扣件式钢管脚手架计算要点

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 JGJ130 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 ma mX10 重力加速度g 9 8m s2 故1kgf 10N1tf 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 z s w0wk z s w0 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 3KN 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 z s w0 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 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 0 350 1 200 3 0 140kN m 活荷载计算 活荷载标准值 Q 3 0 1 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 2 0 038 1 2 0 140 1 4 1 200 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 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 205N mm2挠度q 标准值E 2 06X105N 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 扣件的抗滑承载力按照下式计算 规范5 2 5 R RcRc 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 0 038 1 200 0 046kN小横杆的自重标准值 P1 0 038 1 05 3 2 0 060kN脚手板的荷载标准值 P2 0 350 1 05 1 200 2 0 220kN活荷载标准值 Q 3 000 1 050 1 200 2 1 890kN荷载的设计值 R 1 2 0 046 0 06 1 2 0 220 1 4 1 890 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 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 5 2 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 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 m 49m 6 5464kNNG2k NG2脚手板 NG2栏杆 挡脚 NG2安全网 0 350 2层 1 2 1 05 0 3 2 0 17 1 2 2层 2 0 01 1 200 49 0 567 0 204 0 588 1 359kNNGk NG1k NG2k 6 5464 1 359 7 9kN 活荷载标准值NQk1 5kN m2 1 2m 1 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 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 4WkAW2 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 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变形的作用 实际工程中 许多连墙件设置在立杆步距的1 2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 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 1750L2 1 25L1故Lc 1 25L1 300 1 25 1750 300 1887 5取1900mm注意L1L2构造要求与老规范的区别 更严格 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 89kN 12kN 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 93 120 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 0229m 1 750 2 250 0 014m未通过 设计值 标准值 E 2 06X108kN m2I 1 13X107mm4 1 13X10 5m4EI 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 悬挑钢