施工架結構檢核
目前台灣在施工架的規定上須以CNS 4750為基準，再往上的規格有圓盤系統施工架等超過CNS 4750規格的設備，但在權衡法規與成本下，多數工地仍採用合乎CNS 4750規定的框式施工架作為高處作業的設備，因此本文僅就符合CNS 4750之框式施工架的結構檢核進行討論。
CNS 4750中對於施工架的材質有一定的標準，如表一，其主要結構以STK500作為標準，次要結構及配件則以STK400為標準，兩者機械性質如下：
STK500鋼材機械性質：
極限抗拉強度(T.S) Fu ≧ 5000 kgf / cm2 (實際為5098 kgf/cm2)
材料降伏強度(Y.S) Fy ≧ 3600 kgf / cm2 (實際為3620 kgf/cm2)
STK400鋼材機械性質：
極限抗拉強度(T.S) Fu ≧ 4000 kgf / cm2 (實際為4078 kgf/cm2)
材料降伏強度(Y.S) Fy ≧ 2400 kgf / cm2 (實際為2396 kgf/cm2)
而施工架常用的結構尺寸如表2，本文將以常用結構尺寸進行以下檢核程序。
表一、CNS4750 施工架材質規定
表2、常用施工架尺寸表
一、載重設計
1.自重
以寬 762mm × 高 1700mm的標準架設計，每施工單元之施工架包含一片門型立架、兩側交叉拉桿、兩側下拉桿、水平踏板、爬梯及零星重量，經核算為71.4kg，若施工架與結構物開口距離小於20cm，則免設結構物側之交叉拉桿及下拉桿，若大於20公分除必須封閉開口外亦可用防墜網替代。
門型架：12.5kg
交叉拉桿：4.3kg × 2=8.6kg (單桿長2174mm、啞管單長重0.972kg/m)
下拉桿：1.8 × 2=3.6kg (單桿長1800mm、啞管單長重0.972kg/m)
橫架(踏板)：13.7kg (單片)
爬梯：28kg
零星設備重量：5kg
每施工單元計：71.4kg
若本次施工須搭架10層，則總計714kg
2.活重
考量每層每單元施工架有3名施工人員施工，每名人員含裝備重量為120kg，單一垂直向最多4層進行施工，且單層物料載重為100kg，其活重為3 × 120kg × 4+100kg × 4=1840kg
3.地震力(垂直)
可參考建築物耐震設計規範及解說第二章之公式，本文以0.14W計算，故垂直地震力可估計為0.14×(714+1840)=358kg。
二、結構計算
框架鋼管(外徑42.7mm、厚2.5mm，視為受壓桿件，結構參數詳表3)：
A=3.157cm2、I=6.4cm4、R=1.42cm、L=170cm
KL/r=1×170/1.42=119.72 < 200 ----(OK)
Cc=22EFy=22×2040000/3600=105.76
Cc < KL/r下
Fa=12232EKL/r2=732.908 kgf/cm2
Pa=732.908×3.157=2313.79 kg
單一立架設計載重為自重、活重與垂直地震力之總和(2912 kg)，又一立架具2鋼管支柱，故最下層鋼管設計載重為2912/2=1456 kg
經檢核 1456 < 2313.79 kg ----(OK)
表3 CNS 4435一般結構用碳鋼鋼管尺寸表
三.風力設計
依建築物耐風設計規範及解說第二章，採開放式建築物或地上獨立結構物進行設計。
(職安署超高樓層施工架及作業平台安全性研究報告係採部分封閉式地上獨立結構物設計)
設計風力F=q(z)GCfAc×C
風速壓q(z)=0.06‧K(z)‧Kzt‧[I‧V10(C)]2
K(z)=2.774(z/zg)2α ； z > 5m
本案例最高高度為17公尺，V10(C)設計為37.5m/s (依地區查表)、假設地況B下zg=400m , α=0.25、並假設無懸崖、山脊、山丘下Kzt=1、用途係數I=1。
經算
K(z)=2.774(17/400)^(2×0.25)=0.572
q(z)=0.06×0.572×1×[1×37.5]2=48.26kgf/m2
陣風反應因子G依規範設定為1.88
風力係數Cf設定為0.8
遮風率C設定為0.3 (無防塵網0.103、有防塵網0.3、遮帆布1.0)
1.設置壁連桿
假設每水平3.6公尺、垂直5.1公尺設置壁連桿，每處固定點受力計算如下：
F=q(z)GCfAc×C
F=48.26×1.88×0.8×3.6×5.1×0.3=399.79 kgf
計算每處所受拉應力後
再根據所配置之壁連桿主材及錨定材計算是否於容許拉應力(0.5Fu)內，最後再計算預埋入牆內之預埋構件是否足以抵抗拉力。
若採用螺栓方式安裝壁連桿之螺母，請參考混凝土結構設計規範-附篇D 混凝土結構用錨栓計算埋入深度。
若採用預埋鋼筋並與壁連座滿銲方式，請參考混凝土結構設計規範-第五章 鋼筋之伸展與續接方式計算所需伸展長度。
壁連座之螺母不建議採用膨脹螺栓，因為施工品質難以控管下，恐因為與混凝土結構摩擦力不足而導致螺栓承受不住拉力拔出。
2.無設置壁連桿，設置斜撐材 (假設架4層每水平向1組設置1斜撐)
高度較低之外牆整修且不方便設置壁連桿之工作，可改以設置斜撐材抵抗風壓如圖1，將6m鋼管以60°之角度在5m高度與施工架以萬向接頭鎖接，2m高度處增加一橫桿提升斜撐材勁度，斜撐材採42.7mm之GIP管，其材料性質如下：
降伏強度Fy=2520 kg/cm2
外徑D=4.27cm
管厚t=0.23cm
斷面積A=2.919cm2
慣性矩I=5.975cm4
旋轉半徑r=1.431cm
彈性係數E=2040000 kg/cm2
桿件無支撐長度L=370cm
以受壓桿件計算容許壓應力：
KL/r=258.56
Cc=22EFy=22×2040000/2520=126.41
KL/r > CC
Fa=12232EKL/r2=157.13 kgf/cm2
Pa=157.13×2.919=458.95 kgf
取抗傾倒之安全係數為2下，抗傾倒力矩M1計算如下：
M1=Pa×(cos60°)×L/2=458.95×cos60°×500/2=57368.75 kgf-cm
此外施工架自重亦可提供抗傾倒力矩M2
M2=單組自重W×組數(垂直4層水平1組) ×L(施工架寬度之中心)
本處施工架自動將爬梯移除改為2組踏板並不計零星重為52.1kg
M2=52.1×4×1×(76.2/2)=7940.04kgf-cm
風力計算
K(z)=2.774(8.5/400)^(2×0.25)=0.362
q(z)=0.06×0.404×1×[1×37.5]2=30.54kgf/m2
所產生之傾倒力矩Mw=F×Lw(架高一半)
F=q(z)GCfAc×C (此處A=1.7×1.8×4×1=12.24)
F=30.54×1.88×0.8×12.24×0.3=168.66 kgf
Mu=168.66×170×4/2=57344.4kgf-cm
M1+M2 > Mu ----(OK)
圖1 鋼管斜撐式意圖
四、三角托架計算
建築等工程在進行到較高處施工時，為利低處淨空以方便進料等動線，往往會在牆上打三角托架，並設置架上橫板，然後將施工架組立於三角托架上方，因此三角托架的設置數量就必須經過縝密的計算，以承受上方載重。
本篇假設每5層施工架設置三角托架，水平間距為90cm，且5層中每3層有活載重作業，施工架採65×65×6等邊角鋼製作，尺寸如圖2，相關參數如下(可參考鋼結構設計手冊)：
Fy=2520 kgf/cm2
S=6.26cm3
K=2.0
R=1.98cm
A=7.53 cm2
載重W=71.4×5+3×100=657kg
1.上弦材撓曲應力分析
最大彎矩Mmax=657×35×(90/180)=11497.5
撓曲應力fb=Mmax/S=1837 kgf/cm2
容許撓曲應力Fb=0.6αFy=1890 kgf/cm2 ; α:短期提高25%
fb < Fb ----(OK)
2.剪應力分析
最大剪力Vmax=657×90/100=591.3 kgf (整個重量用單位面積來take)
fv=Vmax/A=591.3/7.53=78.53 kgf/cm2
Fv=0.4Fy=1008 kgf/cm2
fv < Fv ----(OK)
3.下斜桿軸壓分析(受壓桿件)
斜桿長92.2cm ;
最大載重Wmax=657×90/100=591.3 kgf (整個重量用單位面積來take)
斜桿最大軸力Pmax=591.3/2×92.2/60=454.32 kgf
fa=Pmax/A=454.32/7.53=60.33 kgf
斜桿角鋼受壓桿件檢核
KL/r=2×92.2/1.98=93.12 < 200 ----(OK) [此處一為活動端K=2]
Cc=22EFy=126.41
Cc > KL/r
Fa=975 kgf/cm2
fa < Fa ----(OK)
圖2 三角托架尺寸圖
4.三角托架固定 (托架上設2支啞管再放承重板如圖3)
a.採M12化學錨栓上下2支固定，單支容許拉力1700kg、容許剪力1310kg。
透過彎矩計算拉力T=(657/2×17.5+657/2×52.5)/60=383.25 kgf
T < 1700×2 kg ----(OK)
最大剪力Vmax=591.3 kg
Vmax < 1310×2 kg ----(OK)
b.若三角採用銲接於鋼結構上則依AISC-2016規範檢核填角銲滿銲強度
並可以參考技師報計算http://www.twce.org.tw/modules/freecontent/include.php?fname=twce/paper/1062/2-1.htm
圖3 托架承重配置圖
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