扣件式钢管脚手架计算要点.ppt

1、扣件式钢管脚手架计算要点 1、小横杆计算：强度、刚度 2、大横杆的计算 3、连接扣件的抗滑承载力计算 4、立杆的稳定性计算 5、连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算 6、地基承载力计算 7、型钢悬挑梁的计算,计算常用规范,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ 130-2011) 2001、网络资料依据 建筑结构荷载规范(GB5009-2001) 钢结构设计规范 (GB50017-2003),计算基础知识之一 单位问题,N-mm单位制 (1m=1000mm) 质量单位：吨（t），公斤（kg） kg（质量）与N（力）之间的关系 F=mamX10（重力加速度g=9.8m/s2） 故 1kgf

2、=10N 1tf=10kN 例如：1、钢管48.3X3.6的质量为3.97kg/m，自重荷载标准值39.7N/m； 2、外墙装饰脚手板上活荷载 2kN/m2,相当于200kgf/m2(两、三个工人的体重/m2),计算基础知识之二 荷载类型 永久荷载在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。如结构自重、预应力等。 钢管自重标准值：1）横杆计算时 39.7N/m(48.3X3.6) 不考虑配件自重 2）立杆计算时 :查表A.0.1 考虑扣件自重 ，不含栏杆、挡脚板、安全网自重。 脚手板自重： 冲压钢板 0.3KN/m2 木、竹片脚手板 0.35KN/m2 可变荷载在结构使

3、用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。如施工人员及设备材料重量、风荷载等。 结构施工用脚手架施工层均布荷载标准值：3KN/m2 装饰装修用脚手架施工层均布荷载标准值：2KN/m2 风荷载计算,计算基础知识之三 分项系数,以概率理论为基础的极限状态设计法 荷载标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个分位值。） 刚度计算 荷载设计值-荷载标准值乘以分项系数 强度计算 永久荷载分项系数：1.2 可变荷载分项系数：1.4 组合系数2个以上可变荷载时：0.9（风+均布活荷载）老规范0.85,风压标准值计算 wk=zsw0 wk

4、=.zsw0（w0取n=50的值） JGJ130-2001,wk风荷载标准值（kN/m2）； z风压高度变化系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009规定采用； s脚手架风荷载体型系数，应按JGJ130-2011表4.2.6的规定采用； wo基本风压值 （kN/m2），应按国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001附表D.4的规定采用，取重现期n=10对应的风压值。 郑州: w0=0.3 KN/m2,计算基础知识之四 风荷载,风压高度变化系数z，按照现行国家标准建筑结构荷载规范规定的值进行选取。我们在设计脚手架时，要注意此值的取法， 按现行国家标准建筑结构荷载规范的要求，对于平

5、坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应依据地面粗糙度类别进行选择确定,z与地面粗糙度有关(A、B、C、D四类) 与计算脚手架的离地面高度有关 市区C类10m高处：0.74；30m高处：1.0；60m高处1.35 s 与背靠建筑物的封闭状况有关（墙1.0、其它1.3） 与脚手架自身状况有关（是否封闭、挡风系数大小） 郑州市区C类、30高、框架结构、全封闭外挂密目安全网 wk=zsw0=1.0X1.3X0.8X0.3=0.312kN/m2,计算基础知识之五 钢管（48.3X3.6）截面特性,计算要点之一 小横杆计算,小横杆按照简支梁进行强度(只算弯曲、不算剪切)和挠度计算,例：48*3.5，排距l

6、b=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层,小横杆荷载,恒荷载计算： 小横杆的自重标准值：q1=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值： q2=0.3501.200/3=0.140kN/m,活荷载计算： 活荷载标准值：Q=3.01.2/3=1.200kN/m,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层,小横杆荷载设计值及力学模型,荷载的设计值： q=1.20.038+1.20.140+1.41.200=1.894kN/m 力学模型：,小横杆力学模型说明,小横杆力学模型说明,碗扣式脚手架承载能力提高约15%,

7、简支梁内力图结构力学求解器,弯矩图 剪力图 变形图,小横杆强度与挠度校核,弯曲应力 f =205 N/mm2 挠度 q标准值 E =2.06X105 N/mm2,为什么不计算钢管的抗剪强度,1 作业层上非主节点处的横向水平杆，宜根据支承脚手板的需要等间距设置，最大间距不应大于纵距的1/2； 2 当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时，双排脚手架的横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水平杆上；单排脚手架的横向水平杆的一端应用直角扣件固定在纵向水平杆上，另一端应插入墙内，插入长度不应小于180mm； 3 当使用竹笆脚手板时，双排脚手架的横向水平杆的两端，应用直角扣件固定在立杆上；单排脚手

8、架的横向水平杆的一端，应用直角扣件固定在立杆上，另一端插入墙内，插入长度不应小于180mm。 6.2.3 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。（去掉了内排架离墙距离的要求）,横向水平杆的构造应符合下列规定：,计算要点之二 大横杆计算,荷载： 小横杆传递给大横杆的荷载-集中力P设计值 即小横杆的支座反力 : P =qlb/2 =1.894kN/mX1.05m/2 =0.994kN 大横杆的自重-均布力q设计值 q=1.2X0.038kN/m=0.0456kN/m,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层,集中荷载P作

9、用弯矩最大值（位置） 均布荷载q作用弯矩最大值（位置） （ l=la=1.2m）,强度满足要求!,大横杆挠度计算：（荷载标准值）,大横杆挠度小于1200mm/150与10mm刚度满足要求!,大横杆在上的情况 q1-脚手板及大横杆自重 q2-活荷载,大横杆的构造规定： 1 纵向水平杆应设置在立杆内侧，单根杆长度不应小于3跨； 2 纵向水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，并应符合下列规定： 1）两根相邻纵向水平杆的接头不应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应大于纵距的1/3,计算要点之三 扣件抗滑验算,扣件的抗滑承载

10、力按照下式计算 (规范5.2.5): R Rc 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； 本例即大横杆的支座反力。 试验表明： 当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时单扣件抗滑承载力为8.0kN； 双扣件，考虑受力不均匀，抗滑承载力取12.0kN。,计算偏不安全！为什么？,较安全算法：荷载计算：扣件覆盖范围内的横杆及脚手板自重、活荷载 大横杆的自重标准值：P1=0.0381.200=0.046kN 小横杆的自重标准值：P1=0.0381.053/2=0.060kN 脚手板的荷载标准值：P2=0.3501.051.200/2=0.220kN 活荷

11、载标准值： Q=3.0001.0501.200/2=1.890kN 荷载的设计值： R=1.2(0.046+0.06)+1.20.220+1.41.890=3.0kN 扣件抗滑验算满足要求!,计算要点之四 立杆稳定性验算,计算方法力求简单、正确、可靠。 整体稳定、单杆局部稳定合并为一个公式。 计算部位：最底层立杆,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=

12、49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,值的说明,计算长度系数值是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用。 采用了中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院1964年1965年和1986年1988年、哈尔滨工业大学土木工程学院于1988年1989年分别进行原型脚手架整体稳定性试验所取得的科研成果，其值在1.52.0之间。 综合了影响脚手架整体失稳的各种因素：连墙件、剪刀撑 当然也包含了立杆偏心受荷（初偏心e=53mm）的实际工况。,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,NG1k-架体自重，查表。 含：立杆、横杆、剪刀撑、扣件重量

13、。 NG2k-构、配件自重， 含：脚手板、栏杆、挡脚板、安全网重量。标准值可查表4.2.1-1、2。 木脚手板: 0.35kN/m2 栏杆、木挡脚板： 0.17kN/m2 安全网： 0.01kN/m2,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨,NG1k = 0.1336kN/m49m=6.5464kN NG2k = NG2脚手板+ NG2栏杆、挡脚+ NG2安全网 = 0.3502层1.2(1.05+0.3)/2+0.

14、171.22层/2 +0.011.20049 =0.567+0.204+0.588 =1.359kN NGk= NG1k + NG2k =6.5464+1.359 =7.9kN,活荷载标准值 NQk1 = 5kN/m21.2m1.05m/2 =3.15kN 风压标准值 wk=0.312kN/m2 风压引起立杆弯矩标准值，公式5.2.9,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨,立杆稳定系数,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨,l0=kuh=1.155X1

15、.5X1.5=2.6m,计算长度系数，查表5.2.8,=l0/i=2600/15.9=164=210,稳定系数 =0.262 查表A.0.6,无风工况立杆稳定核算,验算通过！,0.9 组合系数 验算通过！,有风工况立杆稳定核算,连墙件受力： 1、迎风面上的风力 Nlw=1.4WkAW 2、脚手架平面外变形所产生的连墙件轴力 N0= 3kN （单排2kN） 验算内容： 1、强度 2、稳定 Ac-净截面（孔、螺纹等）,计算要点之五 连墙件验算,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨,连墙件稳定系数,例：48*3.5，排距lb=1

16、.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨,=l/i=500/15.9=31.4,稳定系数 =0.914 查表A.0.6,连墙件稳定核算、连接验算,稳定验算通过！ Nl=7717N =7.7kN Rc=8kN 连接扣件抗滑验算通过！(若不通过，增加扣件),连墙件的说明,采用形式：扣件式连接、焊接，螺栓连接等，最常用的扣件式连接方式。 注意两个问题。 1 限制连墙件偏离主节点的最大距离300mm 只有连墙件在主节点附近方能有效地阻止脚手架发生横向弯曲失稳或倾覆，若远离主节点设置连墙件，因立杆的抗弯刚度较差，将会由于立杆产生局部弯曲，减弱甚至起不到约束脚手架横向

17、变形的作用。 实际工程中，许多连墙件设置在立杆步距的12附近，这对脚手架稳定是极为不利的。 2 第一步立柱所承受的轴向力最大，是保证脚手架稳定性的控制杆件。在该处设连墙件，也就是增设了一个支座，这是从构造上保证脚手架立杆局部稳定性的重要措施之一。,K-标准值（设计值安全） Nk-立杆轴向力13.89kN （取立杆稳定计算时的设计值安全、方便） A-基础地面面积（钢垫板、木垫块等） fg-地基承载能力（天然地基、回填土0.4）,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨,计算要点之六 地基承载力计算,抗弯强度、整体稳定性和挠度；

18、锚固件及其锚固连接的强度； 梁下建筑结构的承载能力验算。,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨,计算要点之七 悬挑钢梁（不小于16工）计算,超过一定规模的危险性较大的分部分项工程,吊拉钢索为安全储备，按构造设置，不计入悬挑梁受力（变形大） 注意lc、lc1、 lc2 、lc3的取值与上图中L1和L2的关系 L1=Lc1=100+1050+500+100=1750 L21.25L1 故Lc 1.25L1-300=1.25*1750-300=1887.5 取1900mm 注意L1 L2构造要求与老规范的区别（更

19、严格）,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 里立杆距墙500,荷载,N-立杆轴向力 13.89kN12kN（H49 H19） q-悬挑梁自重205.13N/m=0.20513kN/m,16工截面特性,例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 里立杆距墙500,弯矩图kN.m,剪力图kN,型钢悬挑梁的抗弯强度计算公式： 型钢悬挑梁的整体稳定性验算公式：,悬挑梁整体稳定系数 b,y=lc/iy=1750/18.9=93120,

20、当悬挑长度不大于2.3m（2m）米时，按GB50017 公式B.5-1 计算：,整体稳定计算,计算不通过！,变形图 0.0229m1.750*2/250=0.014m 未通过！(设计值？标准值？) E=2.06X108kN/m2 I =1.13X107mm4=1.13X10-5m4 EI=2327.8kN.m2,悬挑梁构造要点 悬挑钢梁前端应采用吊拉卸荷，吊拉卸荷的吊拉构件有刚性的，也有柔性的，如果使用钢丝绳，其直径不应小于14，使用预埋吊环其直径不宜小于20（或计算确定），预埋吊环应使用HPB235级钢筋制作。钢丝绳卡不得少于3个。 悬挑钢梁悬挑长度一般情况下不超过2m能满足施工需要，但在工程结构局部有可能满足不了使用要求，局部悬挑长度不宜超过3米。大悬挑另行专门设计及论证。 在建筑结构角部，钢梁宜扇形布置（联梁问题） ；如果结构角部钢筋较多不能留洞，可采用设置预埋件焊接型钢三角架等措施。