按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行设计计算初探

按按 建筑施工扣件式钢管脚手架安建筑施工扣件式钢管脚手架安 全技术规范全技术规范 进行设计计算初探进行设计计算初探 建设部颁布的 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 以下简称 规范 已从 2001 年 6 月 1 日起开始正式施行 这是我国颁布的第一个该类型脚手架国家规范 它适用于工业 与民用建筑施工落地式 底撑式 单 双排扣件式钢管脚手架 的设计与施工 以及水平混凝土结构工程施工中模板支架的设 计与施工 规范 中规定 扣件钢管脚手架施工前 应按本规 范的规定对脚手架结构构件与立杆地基承载力进行计算 从而 规范了该类脚手架的设计计算和施工过程 本文现就以高层建 筑施工中使用较为广泛的一种脚手架搭设形式为例 根据 规 范 的要求说明进行该类脚手架设计计算的主要过程 术语及 符号同 jgj130 2001 规定 1 设计说明 1 1 本设计以深圳市建筑施工中使用较为广泛的全封闭双排结 构脚手架为例 1 2 脚手架的设计尺寸为 立杆横距 lb 1 05m 立杆纵距 la 1 5m 步距 h 1 8m 1 3 本设计中所采用的脚手板为深圳地区使用较为广泛的钢笆 片 其自重标准值为 0 125kn m2 具体做法是 如图 2 在 两立杆间的横向水平杆上等距设置四根纵向水平杆 将钢笆片 用铅丝固定在这四根纵向水平杆上 横向水平杆的外伸部分采 用木脚手板 其自重标准值为 0 35kn m2 图 2 横向水平杆计算简图 1 4 本设计中采用的是由钢管 扣件以及预埋钢筋组成的刚性 连墙件 其间距为两步三跨 具体做法如图 3 图 3 连墙件示意图 1 5 本例所有钢管尺寸都为 48 3 5 截面特性如下表 其 质量应符合现行国家标准 碳素结构钢 gb t700 中 q235 a 级钢的规定 q235 钢坑拉 抗压和抗弯强度设计值 f 205n mm2 弹性模量 e 2 06 105n mm2 本例所使用的安 全立网网目数不少于 2000 目 100cm2 网目尺寸 1 66mm 1 66mm 自重标准值为 0 5kg m2 外径 d 壁厚 t 截面积 a 惯性矩 i 截面 模量 w 回转 半径 i 每米长 质量 mm mm cm2 cm2 cm2 cm2 kg m 48 3 5 4 89 12 19 5 08 1 58 3 84 1 6 深圳地区基本风压值 wo 0 7kn m2 风压高度系数按 c 类 地面粗糙度取值 h 5m 时 z 0 54 h 50m z 1 36 1 7 本例脚手架立杆基础采用压实填土基础 填料为土夹石 碎石 卵石的含量在 30 50 土分层回填平整夯实后的密实 度为 0 94 0 97 其承载力标准值取 180kn m2 然后采用长 2 0m 宽 200mm 厚 60mm 的木反作为垫木 将立杆布置在垫土 的中心线上 如图 4 图 4 基础示意图 2 设计计算 2 1 纵 横向水平杆计算 2 1 1 纵向水平杆的抗弯强度和挠度计算 按三跨连续梁 见图 1 图 1 纵向水平杆计算简图 qgk 0 125 1 05 3 0 4375kn m qqk 3 1 05 3 1 05kn m q 1 2qqk 1 4qqk 1 2 0 1225 1 4 1 05 1 5225kn m m 0 1 q l2a 0 1 1 5225 1 52 0 3426kn m2 m w 0 3426 106 5 08 103 67 43n mm2 f 205n mm2 5ql4a 384ei 0 05q4aei 0 017q4a 16ei 2 21mm la 150 10mm 2 1 2 横向水平杆的抗弯强度和挠度计算 p 1 2qqk la 1 4qqk la 1 2 0 4375 1 5 1 4 1 05 1 5 2 28376kn q 1 2 0 35 1 5 1 4 3 1 5 6 39kn m mq 0 5 6 93 0 32 0 31186kn m 2 1 3 扣件的抗滑承载力 由图 3 可知 ra 5 8017kn rc 8kn 所以能满足抗滑要求 2 2 立杆计算 2 2 1 立杆稳定性计算 以规范允许搭设的最大高度 50m 计算底层立杆段 1 计算部位应根据风荷载产生弯曲压应力大小确定 故先 计算风荷载产生的压应力 an 5980 mm 2 略 aw 10000 mm 2 w 1 2an aw 0 72 s 10 4w z 0 54 mw 0 85 1 4 mwk 10 0 11kn m mww 0 11 106 5 08 103 21 74n mm2 2 计算脚手架自重标准值产生的轴向力 nglk 由 规范 附录 a 表 a 1 查得一个柱距范围内每米高脚手架自 重产生的轴心压力标准值 gk 0 1248kn m 则 50m 高脚手架结 构自重产生轴心压力标准值为 nglk h gk 50 0 1248 6 24kn 3 计算构配件自重标准值产生的轴向力 nglk 结果如下表 构 立 配 杆 件 脚手板 n 栏杆 n 挡脚板 n 安全网 n ng2k n 内立杆 492 2 315 0 8072 外立杆 492 2 1728 189 375 2 784 注 脚手板的辅设按 规范 7 3 12 条规范 自顶层作业层 往下每隔 12m 满铺一层 共计 5 层 其自重为 5 125 1 05 1 5 0 5 n 里立杆还需加上外伸 300mm 部 分的自重 其值为 0 3 1 5 0 3 2 kn 栏杆在每步架的外立杆上设置 施工作业层设置两道 其余 各层设置一道 共计 30 疲乏 自重为 38 4 15 30 n 脚手踢脚板为 180mm 高的木脚手板档板 自重为 350 1 5 0 18 2 n 安全网自重力 5 1 5 50 n 4 计算外立杆施工荷载标准值产生的辅向力总和 注 当 计算里立杆时还应加上外伸部分的荷载 3 1 5 1 05 2 2 4 725kn 5 计算底层外立杆的轴向力设计值 n n 1 2 ng1k ng2k 0 85 1 4 16 45kn 6 计算底层外立杆稳定性 查有知 n a mw w 16450 0 185 489 21 63 203 5n mm2 f 205n mm2 7 按稳定性计算脚手架最大搭设高度 h 48353mm 48m 26m 所以还应按公式 h hs 1 0 001hs 进行调整 h hs 1 0 001hs 45m 所以该脚手架的最大搭设高度为 45m 即 hs 45m 2 3 连墙件计算 以 45m 高处进行计算 5m 1 计算连墙件轴向力设计值 n1 z 1 3 s 0 72 wk 0 7 1 3 0 72 0 7 0 46kn m2 nlw 1 4 wk aw 1 4 0 46 2 1 8 3 1 5 10 433kn no 5kn nl nlw no 15 433kn 2 计算连墙件稳定承载力 l 500mm l i 70 1 58 44 查表知 0 827 nla 15433 0 912 489 36 2n mm2 f 205n mm2 3 计算扣件的抗滑移承载力 直角扣件的抗滑移设计值 rc 8kn n1 15 433kn 所以抗滑移 承载力不满足要求 可以减小连墙件的设置间距 也可采用两 只直角扣件与脚手架的内外立杆连接 4 连墙件与墙体连接侧的钢管净截面强度计算和预埋钢筋 的抗剪承载力计算 钢管的净截面强度计算 nl a 2 d t 15433 489 2 20 3 5 44 22n mm2 f 205n mm2 预埋钢筋抗剪强度验算 4nl 2 d2 24 6n mm2 125n mm2 满足要求 2 4 立杆地基承载力计算 1 计算地基承载力设计值 kc 0 5 fgk 0 18n mm2 fg kc fgk 0 5 0 18 0 09n mm2 2 计算立杆基础底面平均压力 p 有效基础底面积取 0 25m2 p n a 16450 250000 0 0658 n mm2 p fg 地基满足要求 3 设计注意事项 1 新颁 规范 中对永久荷载 可变荷载的定义与以往参 考资料中的相关定义有所区别 新颁 规范 中将架体的构 配件自重 包括脚手板 栏杆 挡脚板 安全网等防护设施的 自重作为永久荷载 而在 建筑施工脚手架实用手册 中这一 部分荷载是作为可变荷载考虑的 这使得荷载的取值更加合理 更加便于理解 2 在进行基础设计时应根据工程的实际地质情况进行严格 的设计计算 对回填土的质量必须严格要求 需要时应改作灰 土或沙石土夯填 并有防雨水浸泡措施 以防止基础在荷载和 雨水的作用下产生显著沉降 基础施工完后应组织技术人员进 行验收 合格后方可进行下道工序的施工 3 从上例的计算过程中我们可以看出 新颁 规范 对连 墙件的设计提出了严格的要求 例如 目前工程中普遍采用钢 管扣件作为连墙件 其间距通常为两步三跨或三步三跨 当采 用单扣件作为连接时 每个扣件的最大抗滑承载力只有 8kn 减去连墙件约束架平体平面外的变形所产生的轴向力 5 kn 每 个连墙件所能承受的风荷载只有 3 kn 显然这种连墙件在一些 高层脚手架的设计中就无法满足规范的要求 所