《脚手架计算》PPT课件.ppt

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1、脚 手 架 工 程,陆军 费成圆 2011年08月19日,脚手架工程,摘要,脚手架的作用外脚手架类型脚手架事故分析及总结某建筑外围脚手架计算,摘要,脚手架的作用,脚手架（scaffold)指施工现场为工人操作并解决垂直和水平运输而搭设的各种支架。建筑界的通用术语，指建筑工地上用在外墙、内部装修或层高较高无法直接施工的地方，主要为了施工人员上下干活或外围安全网维护及高空安装构件等。脚手架制作材料通常有：竹、木、钢管或合成材料等。,脚手架的作用,外脚手架类型,扣件式钢管外脚手架门式钢管脚手架碗扣式钢管脚手架附着升降脚手架悬挑式外脚手架外挂脚手架插口式脚手架吊篮桥式脚手架,脚手架类型,扣件式钢管外脚

2、手架,脚手架类型,门式钢管脚手架,脚手架类型,碗扣式钢管脚手架,脚手架类型,附着升降式脚手架,脚手架类型,悬挑式外脚手架,脚手架类型,外挂脚手架,脚手架类型,插口式脚手架,脚手架类型,吊篮,脚手架类型,桥式脚手架,脚手架类型,脚手架整体侧移，弯曲，管架严重变形,脚手架事故,连强件随意拆除，导致脚手架倒塌,脚手架事故,*年10月25日*电视台演播中心施工过程中。发生一起模扳支撑系统整体坍塌事故，造成6人死亡。11人重伤。24人轻伤。,脚手架事故,材料问题 钢管锈蚀使壁厚减薄，钢管惯性矩减小；钢管弯曲，变形过大；扣件锈蚀等设计问题 没有进行模板设计和刚度验算，只靠经验来进行支撑系统布置，支撑系统的

3、刚度和稳定性考虑不足应用问题 技术负责人没有对操作工人进行详细的安全技术交底，施工现场管理混乱，操作人员没有严格按设计要求安装和拆除支撑，也是造成倒塌事故的重要原因。,脚手架事故原因,脚手架事故,工程概况,计算的脚手架为三排脚手架，搭设时按构造采用落地式、钢梁悬挑相结合。最大悬挑层数为10层（标准层高3.6m），搭设高度为39米，卸荷按4层一卸，10层卸3次。立杆采用单立管。搭设尺寸为：立杆的纵距取1.50米，立杆的横距0.6、0.9米，大横杆离墙0.5m,步距1.80M（标准层1.75M）。采用的钢管类型为483.5，连墙件2步2跨，竖向间距3.6米，水平间距3.0米。装修阶段施工均布荷载取

4、3.0kN/m2，最多同时施工2层，脚手板按2层一铺设，本段共设5层。由于考虑玻璃幕墙实际施工要求、外脚手架规范以及架体外观的整体性，决定在主钢梁上焊接2道16的小钢梁，按间距1500布置外围2排立杆，内排立杆根据玻璃幕墙的施工要求直接落在22的大钢梁上。,脚手架计算,脚手架计算,大横杆的计算 七.悬挑梁的受力计算 小横杆的计算 八.悬挑梁的整体稳定性计算 扣件抗滑力的计算 九.锚固段与楼板连接的计算 脚手架荷载标准值 十.吊环钢丝绳卸荷验算 立杆的稳定性计算 十一.特殊情况下挑梁受力验算 连墙件的计算,脚手架计算,大横杆按照简支梁进行强度和挠度计算。大横杆主要受自重、脚手板重、施工活荷载作用

5、，在最不利荷载布置下计算大横杆的最大弯矩和变形。,一、大横杆的计算,脚手架计算,地基,立杆,小横杆,大横杆,施工荷载,刚脚手板,垂直载荷的传递路线,1.荷载值计算 钢管的自重标准值 P1=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值0.3kN/m2（取值于扣件式钢管脚手架安全技术规范）P2=（0.30.61.5）/(21.5)+（0.30.91.5）/(31.5)=0.18kN/m 活荷载标准值（按大跨度取值）Q=3.00.9/3=0.9kN/m 静荷载的计算值 q1=1.20.038+1.20.18=0.262kN/m 活荷载的计算值 q2=1.40.9=1.26kN/m 荷载组合：Q=1.26+

6、0.262=1.52KN/m2.抗弯强度计算 按三跨连续梁均布荷载作用下的最大弯矩系数0.1 M=0.1ql2=0.11.521.52=0.342KNM 抗弯强度：=M/W=0.342106/5080=67.3N/mm2 大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!3、挠度计算 最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度=0.667ql4/100EI=0.6671.5215004/1002.06105121900=0.20mm小于L/150=10mm和10mm。满足要求。,脚手架计算,脚手架计算,1.荷载值计算 安全考虑,取最大支座反力F支=0.6qL+0.5qL=1.11.521.

7、5=2.51kN 钢管的自重标准值q=0.038kN/m 由于F/q=0.01110%,所以可以不考虑自重荷载q 计算简图如图所示2.抗弯强度计算 BC跨中受集中力，此为不等跨一次超静定结构，用力法可求的 M=0.1872F=0.18722.51=0.470KNM 抗弯强度：=M/W=0.47106/5080=92.52N/mm2 小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!3、挠度计算 最大挠度考虑为简支梁集中荷载作用下的挠度=Fl3/48EI=1.5mm小于L/150=10mm和10mm。满足要求。,二、小横杆的计算,纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范

8、5.2.5)R Rc 其中 Rc 扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN；R 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；按大横杆作用下最大支座反力进行计算V=0.6（左）1.521.5+0.5（右）1.521.5=2.51KN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN,三、扣件抗滑力的计算,脚手架计算,作用于脚手架的荷载包括恒荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容：(1)每米立杆承受的架体自重标准值(kN/m)；本例为0.

9、1248 NG1=0.124839=4.9kN(2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；本例采用钢脚手板，自重取0.3 NG2=0.351.5(0.9+0.6)/3=1.125kN(3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本例采用栏杆、木脚手板挡板，标准值为0.11。NG3=0.111.55/3=0.275kN(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005 NG4=0.0051.539=0.29kN 经计算得到，静荷载标准值 NG=NG1+NG2+NG3+NG4=6.6kN。活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。（三排立杆取1/3

10、）经计算得到，活荷载标准值 NQ=3.021.5（0.9+0.6）/3=4.5kN,四、脚手架荷载标准值,脚手架计算,风荷载标准值应按照以下公式计算 Wk=0.7UzUsW0 其中 W0 基本风压(kN/m2)，按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用：W0=0.35 Uz 风压高度变化系数，按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用：Uz=1.25 Us 风荷载体型系数：Us=1.2经计算得到，风荷载标准值Wk=0.70.351.251.200=0.368kN/m2。风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW计算公式 MW=0.851.4Wklah2/10=0.85

11、1.40.3681.51.82/10 其中 Wk 风荷载基本风压标准值(kN/m2)；la 立杆的纵距(m)；取1.5 h 立杆的步距(m);取1.8,脚手架计算,1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 其中 N 立杆的轴心压力设计值，N=1.26.6+1.44.5=14.22kN；轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i查表得到0.199；i 计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；l0 计算长度(m),由公式 l0=kuh 确定，l0=1.1551.51.80=3.0m；k 计算长度附加系数，取1.155；u 计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.5；A 立杆净截面面积，A=4.89

12、cm2；W 立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.08cm3；钢管立杆受压强度计算值(N/mm2)；经计算得到=14.21000/0.199489=146N/mm2 f 钢管立杆抗压强度设计值，f=205.00N/mm2；不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算 f,满足要求!,五、立杆的稳定性计算,脚手架计算,2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 在未考虑卸荷装置作用下，不计算风荷载作用，立杆稳定性已经接近限值，考虑风荷载作用的同时 需考虑卸荷装置的作用。卸荷装置为4层一卸，根据施工手册，采取卸荷装置的外架，荷载可折减25%。经计算得到，N=0.7514.2=10.65kN；其中 N 立杆的轴心压力设计值

13、，N=10.65kN；轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i查表得到0.199；i 计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；l0 计算长度(m),由公式 l0=kuh 确定，l0=1.1551.51.8=3.11m；k 计算长度附加系数，取1.155；u 计算长度系数，由立杆横距及连墙件布置确定；u=1.5 A 立杆净截面面积，A=4.89cm2；W 立杆净截面模量(抵抗矩)，W=5.08cm3；MW 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，MW；钢管立杆受压强度计算值(N/mm2)；经计算得到=10.651000/0.199489+0.21106/5080=159.1N/mm2 f钢管立杆

14、抗压强度设计值，f=205N/mm2；考虑风荷载时，立杆的稳定性计算 f,满足要求!,脚手架计算,连墙件的轴向力计算值应按照下式计算：Nl=Nlw+No其中 Nlw 风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，应按照下式计算：Nlw=1.4 wk Aw wk 风荷载基本风压标准值，wk=0.368kN/m2；Aw 每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积，Aw=3.63.0=10.8m2；No 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN)；No=5.0KN（按双排架取5KN）经计算得到 Nlw=1.40.36810.8=5.56kN连墙件轴向力计算值 Nl=5+5.56=10.56kN 连墙

15、件轴向力设计值 Nf=Af 其中 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l/i=110/1.58的结果查表得到=0.806；A=4.89cm2；f=205.00N/mm2。经过计算得到 Nf=0.8064.89205=80.79kN NfNl，连墙件的设计计算满足要求!,六、连墙件的计算,脚手架计算,首先计算小钢梁的承载力：根据上节所算，立杆荷载取10.65kN，小钢梁是架设在大钢梁上的，大钢梁将承受小钢梁的支座反力。小钢梁选用16工字钢，其抗弯强度如右：16工字钢，截面系数如下：W=185cm3 I=1660cm4f=M/W=4.01000000/185000=21.6N/mm2ff=205 N

16、/mm2 满足要求！按3跨连续梁做为受力模型进行计算，其作用在大钢梁上的支座力为：0.6510.65+0.510.65=12.25KN16小工字钢自重：q1=1.20.205=0.25KN/M悬挑脚手架的水平钢梁按照带悬臂的连续梁计算，钢梁采用22a工字钢。,七、悬挑梁的受力计算,脚手架计算,悬臂部分受脚手架三立杆荷载N的作用，B为与楼板的墙支点，A为锚固点。本工程中，脚手架排距为600mm、900mm，内侧脚手架距离墙体500mm，最远处距离墙体=2000mm。水平支撑梁的截面性能如下（22a工字钢）：惯性矩：I=3400cm4；截面抵抗矩：W=309cm3；截面面积：A=42cm2。弹性模

17、量：E=2.06105；受大钢梁承受小钢梁的支座反力：N=12.25kN；16#工字钢自重：0.25KN/M 则：大钢梁上承受荷载为：12.25+0.251.5=12.625KN水平钢梁自重荷载:q=1.20.33=0.396kN/m,脚手架计算,最大弯矩 Mmax=F10.5+F21.1+F22.0+1/2q2.02抗弯计算强度 f=M/1.05W=46.1106/(1.05309000)=142.09N/mm2 水平支撑梁的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!,脚手架计算,挠度计算：按力的分解原理，将计算模型分解为4个独立受力模型：,C点为变形量（挠度）最大处,=1.03+0.

18、42+0.15+0.54=2.14mm 挠度小于10mm，满足要求！,脚手架计算,水平钢梁采用22a工字钢,计算公式如下 其中 b 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：t 钢梁平均厚度，22a工字钢取：t=12.3mm b 钢梁宽度，22a工字钢槽钢取:b=110mm h 钢梁截面高度，22a工字钢槽钢取:h=220mm 经过计算得到 b=57012.3110235/(2000220235)=1.75 由于b大于0.6，按照钢结构设计规范(GB50017-2003)附录B其值用b查表得到其值为0.92.经过计算得到强度=46.1106/(0.92309000)=174.47N/mm2

19、；水平钢梁的稳定性计算 f,满足要求!,八、悬挑梁的整体稳定性计算,脚手架计算,1.水平钢梁与楼板锚固点采用钢筋拉环，拉环强度计算如下：上图中B点受压，A点受拉。计算钢筋拉环时，计算A点拉力。其受力计算如下：RA=12.625（2/2）+12.625（1.1/2）+12.25(0.5/2)=22.63kN 水平钢梁与楼板受拉点的拉环强度计算公式为：其中f为拉环钢筋抗拉强度，每个拉环按照两个截面计算，根据规范 规定，取f=50N/mm2；所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径N/f=D2/2 D=222630/(3.1450)1/2=17mm 采用直径22的钢筋做拉环能够满足要求。水平钢梁与楼

20、板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度，并设置抗裂构造钢筋600mm长。由于本工程结构的特殊性，第一次悬挑高度只有28m，工字钢末端（A端）设一道拉环即可，第二次与第三次悬挑由于高度过大，末端设2道拉环。,九、锚固段与楼板连接的计算,脚手架计算,1、由前面算得可知，外架立杆荷载值如下：荷载组合为：N=14.22kN 2、卸荷装置按4层一卸，预埋22钢筋吊环。埋入深度300mm，并与主筋钩牢。3、钢丝绳验算：查表：619，15.5的钢丝绳破断拉力为125KN 钢丝绳破断拉力换算系数为=0.85 钢丝绳安全系数取K=3.5 则钢丝绳容许拉力S=（1250.85）3

21、.5=30.36KN计算钢梁上的第一道钢丝绳时，按钢丝绳连接点（B、C点）作为固定支座计算。靠近建筑物边的第一道立杆传递荷载取14.2；第二道立杆与第三道立杆传递荷载需要考虑小钢梁的自重荷载（小钢梁自重荷载为0.396KN），则受力简图如下：,十、吊环钢丝绳卸荷验算,B点处最大支座反力为：Rb=14.62+14.22/2=21.73KN,脚手架计算,取钢丝绳与钢梁角度为60，则根据三角函数，钢丝绳实际受力为：N=21.73/cos30=25.1KN30.36KN大于25.1KN，满足要求。,4、吊环验算：吊环按2个4界面验算，22圆钢吊环承载力38KN（抗拉强度取50N/mm2）由于立杆荷载主

22、要作用在悬挑钢梁上，计算吊环时，取1/2荷载作用在钢丝绳上，则（14.622+14.22）/2=21.73KN吊环实际承载力取Q=21.73KN，吊环可以满足要求。,脚手架计算,挑梁在大截面石材柱处间距过大或需要在跳梁上再焊接一条钢梁用于外架立杆落地，此处需要单独做验算。,十一、特殊情况下挑梁受力验算,考虑卸荷装置后，立杆荷载取14.22KN上图由于需要避开石材柱，2根从结构板升出的钢梁间距过大，按石材柱的大小不同，间距在2800-3000之间。由此，需要在2根钢梁中间焊接3根小钢梁，用于中间立杆落脚。小钢梁选用16工字钢，其抗弯强度如下：,脚手架计算,16工字钢，截面系数如下：W=185cm

23、3 I=1660cm4M=1/4FL=0.2514.223=10.655KNf=M/W=10.6551000000/185000=57.65N/mm2满足要求！其作用在大钢梁上的支座力为14.22/2=7.11KN则大钢梁上竖向力为F=14.22+7.11=21.33KN25a工字钢水平支撑梁的截面性能如下：惯性矩：I=5020cm4；截面抵抗矩：W=402cm3；截面面积：A=48.5cm2。弹性模量：E=2.06105；自重：38.1kg/m水平钢梁自重荷载 q=1.20.381=0.46kN/m最大弯矩 抗弯计算强度 f=M/1.05W=77.02106/(1.05402000)=182

24、.5N/mm2 水平支撑梁的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!,脚手架计算,外脚手架计算明白力的传递 可与框架结构主次梁力的分配经行比较大小横杆计算扣件抗滑 计算大横杆的支座反力与Rc比较脚手架荷载标准值 静荷载(1,2,3,4)、活荷载、风荷载 逐项相加不可漏项立杆稳定性 不计风荷载 考虑风荷载,永久 钢管，脚手架自重,把面荷载转化为沿大横杆方向的线荷载 经行抗弯强度 和挠度计算,荷载组合,Q=1.2NG+1.4NQ,11,可变 结构施工荷载,总结,总结,连墙件的轴向力计算值 Nl=Nlw+No Nlw 风荷载产生的连墙件轴向力设计值 Nlw=1.4 wk Aw No 连墙件约束脚手架变形所产生的轴向力(kN)；No=5.0KN）悬臂梁的受力计算 立杆架在小钢梁上，小钢梁在大钢梁上锚固段与楼板连接计算 A点受拉，验算受拉强度即可吊环钢丝绳卸荷验算 B点支座反力最大 100%卸荷进行安全验算特殊情况悬挑梁验算 计算方法与悬挑梁相同,总结,谢谢！,致谢,（2）连墙件连接强度的计算 一般连墙件与建筑物之间连接有四种连接方式。最常用的就是扣件连接。,返回,返回,返回,