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1、扣件式钢管脚手架设计计算,周继忠,一、脚手架设计内容,1、设置方案选择：脚手架类型、构架形式、尺寸、相应设置措施。2、承载力可靠性验算：构架结构、地基基础、其它支撑结构。3、安全使用措施：作业面防护、整架和作业区域防护、安全搭设、移动拆除措施、安全使用措施。,单立杆双排脚手架,双立杆脚手架,悬挑脚手架,悬挑脚手架,二、脚手架结构设计项目,1、构架整体稳定性验算，可转化为立杆稳定性计算。2、单肢立杆稳定性计算。3、平杆抗弯和挠度计算。4、连墙杆强度、稳定性计算。5、抗倾覆验算。6、悬挂件、挑支撑、拉件计算。,三、结构设计采用方法,脚手架的承载力应按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式
2、进行设计，对于计算构件的强度、稳定性与连接强度时，采用荷载效应基本组合的设计值，永久荷载分项系数应取1.2，可变荷载分项系数应取1.4；按正常使用极限状态的要求验算变形，采用荷载短期效应组合的设计值。,荷载效应组合,四、脚手架荷载计算,1、恒载标准值：脚手架结构自重标准值gk和构配件自重标准值Qp；2、施工荷载标准值Qk：作业层荷载乘以作业层数；3、风荷载标准值:wk=0.7szw0s风载体形系数；见下表。z风压高度系数；按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001的规定采用）w0基本风压；按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB 50009-2001的规定采用）；在基本风压等于或小于
3、0.35KN/m2的地区，对于仅有栏杆和挡脚板的敞开式脚手架，当每个连墙点覆盖的面积不大于30m2，构造符合规范要求时，验算脚手架立杆的稳定性，可不考虑风荷载作用。,脚手架的风载体型系数s表,注：1、stw值可将脚手架视为桁架，按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB 50009-2001的规定采用）表7.3.1第32项和第36项的规定计算；2、为挡风系数，=1.2An/Aw，其中An为挡风面积；Aw为迎风面积。敞开式单、双排架的值宜按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 JGJ 130-2001附录A表A-3采用。,敞开式单、双排扣件钢管（48*3.5）脚手架的挡风系数,注：当采用51*3钢管时
4、，表中系数乘以1.06。,密目式安全立网全封闭脚手架挡风系数计算：1）密目式安全立网挡风系数建筑施工安全检查标准（JGJ 59-99）条文说明3.0.7条有关内容，“立网应该使用密目式安全网，其标准：每10cm*10cm=100cm2的面积上，有2000个以上网目。”根据以上规定，若每目孔隙面积为A0cm，则密目式安全立网挡风系数为：,其中，An1为密目式安全立网在100cm2内的挡风面积；（每目孔隙面积为1.3mm2）Aw1为密目式安全立网在100cm2内的迎风面积；2）敞开式扣件钢管脚手架的挡风系数为：An2为一步一纵距（跨）内钢管的总挡风面积。3）密目式安全立网全封闭双排脚手架挡风系数：
5、,五、纵向水平杆、横向水平杆计算,纵向水平杆、横向水平杆的抗弯强度=M/WfM弯矩设计值；M=1.2MGk+1.4MQk W截面模量；f钢材的抗弯设计值；MGk脚手架自重标准值产生的弯矩；MQk施工荷载标准值产生的弯矩；挠度计算：vv纵向水平杆按三跨连续梁计算，横向水平杆按简支梁计算，双排架的横杆构造外伸长度a=500时，其计算长度a1可取300。纵向或横向杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力RRc，Rc扣件抗滑承载力设计值（直角扣、旋转扣为8kN、对接扣为3.2kN）；R纵向、横向杆传给立杆的竖向作用力设计值；,六、立杆计算,立杆的稳定性按下式计算不组合风载时 N/（A）f组合风载时 N/（A
6、）+Mw/WfN计算立杆段的轴向力设计值；轴向受压构件的稳定系数，由长细比定，当250时，=7320/2=l0/il0计算长度，l0=khk计算长度附加系数，1.155考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，按下表取；h立杆步距。由风荷载设计值产生的立杆段弯矩MwMw=0.85*1.4Mwk=0.85*1.4wklah2/10,脚手架立杆的计算长度系数表,Mwk风荷载标准值产生的弯矩；wk风荷载标准值，la立杆纵距。计算立杆段的轴向力设计值N：不组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQk组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQkNG1k脚手架结构自重标准
7、值产生的轴力；NG2k构配件自重标准值产生的轴力；NQk施工荷载标准值产生的轴力和。,当立杆采用单管时，敞开式、全封闭、半封闭脚手架的可搭设高度HS，应按下式计算并取小值。不组合风载时:HS=Af-（1.2NG2k+1.4NQk）/(1.2gk)组合风载时:HS=Af-1.2NG2k+0.85*1.4(NQk+AMwk/W)/(1.2gk)式中HS按稳定计算的搭设高度；gk每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m）。当按上述计算的HS等于或大于26m时，可按下式调整且不宜超过50m：H=HS/（1+0.001HS）H脚手架搭设高度限值（m）。,七、连墙杆计算,连墙杆的轴力设计值Nl=Nlw+N0
8、Nlw风载产生的连墙件轴向力设计值N0连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴力（kN），单排取3，双排取5。由风载产生的轴向力设计值 Nlw=1.4wkAwAw每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧面的迎风面积。,八、立杆地基承载力计算,pfgp立杆基础底面的平均压力，p=N/A；N上部结构传至基础面的轴力设计值；A基础底面积；fg地基承载力设计值，fg=kcfgkkc脚手架地基承载力调整系数；碎石土、砂土、回填土为0.4；粘土为0.5;岩石、砼为1.0；fgk地基承载力标准值。,九、落地架计算实例,1、纵杆抗弯强度及变形计算例：设立杆纵距La=1.5m，横距Lb=1.05m，纵杆等间距设置，间距S=
9、Lb/3=1.05/3=0.35m，施工均布荷载标准值Qk=3kN/m2，竹笆脚手架自重为Qp=0.3kN/m2。1）抗弯强度验算：作用在纵向水平杆永久线荷载标准值qk1=0.30.35=0.105 kN/m作用在纵向水平杆可变线荷载标准值qk2=30.35=1.05 kN/m作用在纵向水平杆永久线荷载设计值q1=1.2 qk1=1.20.105=0.126 kN/m作用在纵向水平杆可变线荷载设计值q2=1.4 qk2=1.4 1.05=1.47 kN/m最大弯矩Mmax=0.1 q1La2+0.117 q2 La2=0.1*0.126*1.52+0.117*1.47*1.52=0.42 kN
10、.m抗弯强度 N/mm2f,2)挠度计算=2.2mmLa/150=10mm,2、横杆及扣件抗滑计算,例：设立杆横距为Lb，纵距为La，计算外伸长度为a1，纵杆间距为S，施工均布荷载标准值为Qk，竹笆脚手板均布标准值为Qp。解：作用在纵杆上永久线荷载标准值qk1=QpS作用在纵向水平杆可变线荷载标准值qk2=QkS作用在纵向水平杆永久线荷载设计值q1=1.2 qk1=1.2 QpS作用在纵向水平杆可变线荷载设计值q2=1.4 qk2=1.4 QkS由纵杆传给横杆的集中力标准值：Fk=1.1qk1La+1.2qk2La=1.1QpSLa+1.2QkSLa=SLa(1.1Qp+1.2Qk)由纵杆传给
11、横杆的集中力设计值：F=1.1q1La+1.2q2La=1.1*1.2QpSLa+1.2*1.4QkSLa=SLa(1.1*1.2Qp+1.2*1.4Qk),1)抗弯强度当纵杆两根时:S=Lb/3最大弯矩M=FLb/3,=M/W当纵杆三根时:S=Lb/4最大弯矩M=FLb/2,=M/W2)挠度计算当纵杆两根时:S=Lb/3当纵杆三根时:S=Lb/43)扣件抗滑计算横向杆外伸端处纵向杆传给横向杆的集中力设计值:F/=1.1q1/La+1.2q2/La=1.1*1.2QpLaa1/2+1.2*1.4QkLaa1/2=0.5a1La(1.1*1.2Qp+1.2*1.4Qk)当纵杆两根时:S=Lb/3
12、R=2F+F/(1+a1/Lb)当纵杆三根时:S=Lb/4R=2.5F+F/(1+a1/Lb),3、密目式安全立网全封闭双排脚手架整体稳定验算,例：已知立杆纵距La=1.2m，横距Lb=1.05m，步距h=1.5m，计算外伸长度a1=0.3m，钢管为48*3.5mm，2步3跨连墙布置，施工地区在基本风压为0.45kN/m2大城市郊区（地面粗糙度为B类）,施工均布荷载标准值(一层操作层)Qk=3kN/m2，脚手板自重标准值0.3 kN/m2，铺设四层，Qp1=4*0.3 kN/m2，栏杆、挡脚板自重标准值Qp2=0.11 kN/m，建筑结构为框架结构，用密目网全封闭脚手架，其挡风系数=0.872
13、，密目网自重Qp3=0.005kN/m2，脚手架高度：HS=50m，H=48m。,1）分析立杆稳定计算部位组合风荷载 N/（A）+Mw/Wf把Mw=0.85*1.4Mwk=0.85*1.4wklah2/10 wk=0.7szw0 N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQk代入简化为：1.2HSgk/(A)+0.85*1.4*0.7szw0lah2/(10W)+1.2NG2k/(A)+0.85*1.4NQk/(A)f令脚手架自重产生的轴压力g=1.2HSgk/(A)风荷载产生的弯曲应力:w=0.85*1.4*0.7szw0lah2/(10W)用s=1.3=1.3*0.872=1.1
14、336代入上式w=0.85*1.4*0.7z*1.1336*0.45*1.2*1.52*106/(10*5.08*103)=22.6z根据分析计算立杆稳定验算最不利部位为脚手架底部。,2)验算长细比=kh/i=1.155*1.5*150/1.58=164210满足要求。3)计算立杆段轴压力设计值N:脚手架结构自重产生的轴力NG1k=HSgk=50*0.1291=6.455kN构配件自重标准值得产生的轴向力NG2k=0.5(Lb+a1)LaQp1+Qp2La+LaHQp3=0.5(1.05+0.3)*1.2*4*0.3+0.11*1.2+1.2*48*0.005=1.392kN施工荷载标准值产生
15、的轴向力总和NQk=0.5(Lb+a1)LaQk=0.5(1.05+0.3)*1.2*3=2.43kN风荷载产生的弯曲应力w=0.85*1.4*0.7z*1.1336*0.45*1.2*1.52*106/(10*5.08*103)=22.6z,4)立杆稳定验算组合风荷载时N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQk=1.2(6.455+1.392)+0.85*1.4*2.43=12.31kNN/（A）+Mw/W=12.31*103/(0.262*489)+22.6=96.08+22.6=118.68N/mm2不组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQk=1.2(6.4
16、55+1.392)+1.4*2.43=12.82kNN/（A）=12.82*103/(0.262*489)=100.06N/mm2,4、密目网全封闭双排脚手架连墙件计算,例：已知密目网全封闭双排脚手架,其挡风系数=0.871，脚手架高50m，立杆纵距La=1.2m，步距h=1.8m，连墙件按2步3跨布置，建筑结构形式为框架结构，基本风压0.45kN/m2，地面粗糙类别为B类，连墙见采用48*3.5mm。用扣件连接。,解：脚手架上水平风载标准值wk=0.7szw0计算部位取50m处，地面粗糙度为B类，风压高度变化系数 z=1.67脚手架体形系数s=1.3=1.3*0.871=1.1323wk=0
17、.7szw0=0.7*1.67*1.1323*0.45=0.60kN/m2连墙件的轴力 Nl=Nlw+N0=1.4wkAw+5=1.4*0.6*2*1.8*3*1.2+5=15.89kNRC=8kN,Nl=15.89KnRC单扣不满足要求,应采用双扣件。连墙件稳定验算：=lH/i=50/1.58=32=150=0.912，Nl/（A）=15.89*103/(0.912*489)=35.63N/mm2满足要求。,十、挑脚手架计算,挑脚手架计算主要是指悬挑基础架的设计计算，基础架形式有斜撑钢管加吊杆、三角形钢架、下撑式挑梁钢架、下撑式空间钢架。例：某工程标准层层高3.3，悬挑高度14.4，沿楼层周
18、围隔1.8m设一榀桁架，桁架之间用大横杆连通并设剪刀撑。沿纵向取1.8m长,计算一个步架1.8高荷载，钢管3.84kg/m，扣件1.5kg/个，木脚手板0.25kN/m2，安全网0.005kN/m2，所挑范围允许一步架施工，每一步架上施工荷载3kN/m2。,荷载计算1、钢管：1）双排立杆 1.8*2*0.0384=0.138kN2)大横杆 1.8*4*0.0384=0.276kN3)小横杆 1.6*1*0.0384=0.061kN4)外排立杆剪刀撑 1.8*1*0.0384=0.098kN5)附墙杆 1.5*1*0.0384=0.058kN2、扣件 6*0.015=0.09kN3、木脚手板 1
19、.8*(1+0.4+0.2)*0.25=0.72kN(包括挡脚板)4、安全网 1.8*1.8*0.005=0.016kN5、所挑高度范围内施工荷载每根内立杆承受施工荷载（0.5+0.2）*1.8*3=3.78kN每根外立杆承受施工荷载 0.5*1.8*3=2.7kN,6、每根立杆承受全部荷载内立杆P1=1.2*11.656/2+1.4*3.78=12.286kN外立杆P2=1.2*11.656/2+1.4*2.7=10.774kNl0=kh=1.155*1.5(1.7)1.8=3.12(3.534)=l0/i=312(353.4)/1.58=197(224)N/（A）=12286/(0.186
20、*489)=135MPaN/（A）=12286/(0.145*489)=189.96MPa,7、挑架计算（三角形钢架）300 1000 A P1 P2 RAX C RAY 3300 RBX B RBY,MA=00.3P1+1.3P2-3.3RBX=0 BX=0 RBX=5.36 X=0 RBX+RAX=0 RAX=-5.36取AC段,令MC=0 1.3RAY-1*P1=0 RAY=9.45 Y=0 RBY+RAY=P1+P2 RBY=13.61,分析杆件内力，并选择截面。NBC=14.63 MAC=0.3RAY=2.835 QAC=2.836 钢管f=205N/mm2，E=2.06*105,十
21、一、构造要求,1、纵向水平杆构造 纵向水平杆宜设置在立杆内侧，长度不宜小于3跨；纵向水平杆接长宜采用对接扣件连接，也可采用搭接。采用对接扣件应交错布置，两根相邻纵向水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内，不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm，各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3；搭接长度不应小于1m，应等间距设置3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不应小于100mm，纵向水平杆设置在横向杆上时，应等间距布置，且间距不应大于400mm。幻灯片 34,2、横向水平杆的构造 主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣接且严禁拆除。主节点处
22、两个直角扣件的中心距不应大于150mm。在双排脚手架中，靠墙一端的外伸长度a不应大于0.4l，且不应大于500mm；3、脚手架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。,4、立杆接长除顶层顶步外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。立杆上的对接扣件应交错布置：两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开
23、的距离不宜小于500mm；各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；搭接长度不应小于1m，应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。立杆顶端宜高出女儿墙上皮1m，高出檐口上皮1.5m。5、连墙件的布置应符合下列规定：宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm，一字型、开口型脚手架的两端必须设置连墙件，连墙件的垂直间距不应大于建筑物的层高，并不大于4m（2步。）,6、对高度在24m以下的单、双排脚手架，宜采用刚性连墙件与建筑物可靠连接，亦可采用拉筋和顶撑配合使用的附墙连接方式。严禁使用仅有拉筋的柔性连墙件。7、对高度在24m以上的双排脚手架，必须
24、采用刚性连墙件与建筑物可靠连接。连墙件的构造必须采用可承受拉力和压力的构造。8、高度在24m以下的单、双排脚手架，均必须在外侧立面的两端各设置一道剪刀撑，并应由底至顶连续设置；中间各道剪刀撑之间的净距不应大于15m；高度在24m以上的双排脚手架应在外侧立面整个长度和高度上连续设置剪刀撑。,9、一字型、开口型双排脚手架的两端均必须设置横向斜撑，中间宜每隔6跨设置一道。高度在24m以下的封闭型双排脚手架可不设置横向斜撑，高度在24m以上的封闭型脚手架，除拐角应设置横向斜撑外，中间应每隔6跨设置一道。10、当脚手架基础下有设备基础、管沟时，在脚手架使用过程中不应开挖，否则必须采取加固措施。11、脚手
25、架必须配合施工进度搭设，一次搭设高度不应超过相邻连墙件以上二步。12、立杆搭设应符合规定：严禁将外径48mm与51mm的钢管混合使用。,13、连墙件、剪刀撑、横向斜撑的搭设应符合规定：剪刀撑、横向斜撑应随立杆、纵向杆和横向杆等同步搭设。14、拆除脚手架时，应符合下列规定：1）拆除作业必须由上而下逐层进行，严禁上下同时作业；2）连墙件必须随脚手架逐层拆除，严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆脚手架；分段拆除高差不应大于2步，如高差大于2步，应增设连墙件加固。15、卸料时，各配件严禁抛掷至地面。16、旧扣件使用前应进行质量检查，有裂缝、变形的严禁使用，出现滑丝的螺栓必须更换。,17、脚手架搭设人员必须是经过按现行国家标准特种作业人员安全技术考核管理规则（GB 5036）考核合格的专业架子工。上岗人员应定期体检，合格者方可持证上岗。18、作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得超载。不得将模板支架、缆风绳、泵送混凝土和砂浆的输送管等固定在脚手架上；严禁悬挂起重设备。19、在脚手架使用期间，严禁拆除下列杆件：1）主节点处的纵、横向水平杆，纵、横向扫地杆；2）连墙件。20、脚手架的接地、避雷措施应按现行行业标准施工现场临时用电安全技术规范（JGJ 46）规定执行。,谢 谢,
