扣件式钢管脚手架设计计算

1、扣件式钢管脚手架设计计算,周继忠,1,一、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,2,单立杆双排脚手架,3,双立杆脚手架,4,悬挑脚手架,5,悬挑脚手架,6,二、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,7,三、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

2、,的要求，采用分项系数设计表达式进行设计,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,8,荷载效应组合,计算项目,纵向、横向水平杆,强度与变形,荷载效应组合,永久荷载,施工均布活荷载,永久荷载,施工均布活荷载,脚手架立杆稳定,永久荷载,0.85,施工均布,活荷载,风荷载,连墙件承载力计算,单排架，风荷载,3kN,双排架，风荷载,5kN,9,四、脚手架荷载计算,1,恒载标准值：脚手架结构自重标准值,g,k,和构配件自,重标准值,Q,p,2,施工

3、荷载标准值,Q,k,作业层荷载乘以作业层数,3,风荷载标准值,w,k,0.7,s,z,w,0,s,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,w,0,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,0.35KN/m,2,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,30m,2,构造符合规范要求时，验算脚手架立杆的稳定性,10,可不考虑风荷载作用,脚手架的风载体型系数,s,表,背靠建筑物的状况,全封闭,敞开、框架和开,洞墙,1.3,stw,

4、脚手架状,况,全封闭、半,封闭,敞开,1.0,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,1.2A,n,A,w,其中,A,n,为挡风面积,A,w,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,11,敞开式单、双排扣件钢管,48*3.5,脚手架的挡风系数,步距,m,1.2,1.35,1.5,1.8,2.0,纵距,m,1.2,0.115,0.110,0.105,0.099,0

5、.096,1.5,0.105,0.100,0.095,0.089,0.086,1.8,0.099,0.093,0.089,0.083,0.080,2.0,0.097,0.091,0.087,0.080,0.077,12,注：当采用,51*3,钢管时，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=100cm,2,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,A,0,cm,则密目式安,全立网

6、挡风系数为,1,2,A,n,1,1,2,100,nA,0,1,A,w,1,100,13,其中,A,n1,为密目式安全立网在,100cm,2,内的挡风面积,每目孔隙面积为,1.3mm,2,A,w1,为密目式安全立网在,100cm,2,内的迎风面积,2,敞开式扣件钢管脚手架的挡风系数为,1,2,A,n,2,2,l,a,h,A,n2,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,1,2,A,n,1,2,1,2,1,2,1,2,A,w,14,五、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/Wf,M,弯矩设计值,M=1.2M,Gk,1.4,M,Q

7、k,W,截面模量,f,钢材的抗弯设计值,M,Gk,脚手架自重标准值产生的弯矩,M,Qk,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,a,1,可取,300,纵向或横向,杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力RR,c,R,c,扣件抗滑承载力设计值（直角扣、旋转扣为,8kN,对接扣为,3.2kN,15,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,M,w,Wf,N,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

8、细比定，当,250,时,7320,2,l,0,i,l,0,计算长度,l,0,kh,k,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,Mw,Mw=0.85*1.4M,wk,0.85*1.4w,k,l,a,h,2,10,16,脚手架立杆的计算长度系数表,类别,双排架,立杆横距,m,1.05,1.30,1.55,1.50,连墙件布置,二步三跨,三步三跨,1.05,1.55,1.60,1.80,1.70,1.75,1.80,2.00,单排架,M,wk,风荷载标准值产生的弯矩,w,k,风荷载标准值,l,a,立杆纵距,计算立

9、杆段的轴向力设计值,N,不组合风载时,N=1.2(N,G1k,N,G2k,1.4,N,Qk,组合风载时,N=1.2(N,G1k,N,G2k,0.85*1.4,N,Qk,N,G1k,脚手架结构自重标准值产生的轴力,N,G2k,构配件自重标准值产生的轴力,N,Qk,施工荷载标准值产生的轴力和,17,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,H,S,应按下式计算并取小值,不组合风载时,H,S,Af,1.2N,G2k,1.4,N,Qk,(1.2g,k,组合风载时,H,S,Af,1.2N,G2k,0.85*1.4,N,Qk,AM,wk,W)/(1.2g,k,式中,H,S,按稳定计算的

10、搭设高度,g,k,每米立杆承受的结构自重标准值,kN/m,当按上述计算的,H,S,等于或大于,26m,时，可按下式调整,且不宜超过,50m,H=H,S,1+0.001H,S,H,脚手架搭设高度限值,m,18,七、连墙杆计算,连墙杆的轴力设计值,N,l,N,lw,N,0,N,lw,风载产生的连墙件轴向力设计值,N,0,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,N,lw,1.4w,k,A,w,A,w,每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧面,的迎风面积,19,八、立杆地基承载力计算,pf,g,p,立杆基础底面的平均压力,p=N/A,N,上部结构传

11、至基础面的轴力设计值,A,基础底面积,f,g,地基承载力设计值,f,g,k,c,f,gk,k,c,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,f,gk,地基承载力标准值,20,九、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,L,a,1.5m,横距,L,b,1.05m,纵杆等间距设置，间距,S=L,b,3=1.05/3=0.35m,施工均布荷载标准值,Qk=3kN/m,2,竹笆脚手,架自重为,Qp=0.3kN/m,2,1,抗弯强度验算,作用在纵向水平杆永久线荷载标准值,q,k1,0.3,0.35=0.105,kN/m,作用在纵向

12、水平杆可变线荷载标准值,q,k2,3,0.35=1.05,kN/m,作,用,在,纵,向,水,平,杆,永,久,线,荷,载,设,计,值,q,1,1.2,q,k1,1.2,0.105=0.126,kN/m,作用在纵向水平杆可变线荷载设计值,q,2,1.4,q,k2,1.4,1.05=1.47,kN/m,最大弯矩,M,max,0.1,q,1,L,a,2,0.117,q,2,L,a,2,0.1*0.126*1.5,2,0.117*1.47*1.5,2,0.42,kN.m,M,max,0,42,10,抗弯强度,W,5,08,10,3,82,68,N/mm,2,f,6,21,2,挠度计算,l,v,0,677

13、,q,k,1,0,99,q,K,2,100,EI,4,a,1500,0,677,0,105,0,99,1,05,5,4,100,2,06,10,12,19,10,4,2.2mmLa/150=10mm,22,2,横杆及扣件抗滑计算,例：设立杆横距为,L,b,纵距为,L,a,计算外伸长度为,a,1,纵,杆间距为,S,施工均布荷载标准值为,Q,k,竹笆脚手板均布,标准值为,Q,p,解：作用在纵杆上永久线荷载标准值,q,k1,Q,p,S,作用在纵向水平杆可变线荷载标准值,q,k2,Q,k,S,作用在纵向水,平杆永久线荷载设计值,q,1,1.2 q,k1,1.2 Q,p,S,作用在纵向水平杆可变线荷载设

14、计值,q,2,1.4 q,k2,1.4 Q,k,S,由纵杆传给横杆的集中力标准值,F,k,1.1q,k1,L,a,1.2q,k2,L,a,1.1Q,p,SL,a,1.2Q,k,SL,a,SL,a,1.1Q,p,1.2Q,k,由纵杆传给横杆的集中力设计值,F=1.1q,1,L,a,1.2q,2,L,a,1.1*1.2Q,p,SL,a,1.2*1.4Q,k,SL,a,SL,a,1.1*1.2Q,p,1.2*1.4Q,k,23,1,抗弯强度,当纵杆两根时,S=L,b,3,最大弯矩,M=FL,b,3,M/W,当纵杆三根时,S,L,b,4,最大弯矩,M=FL,b,2,M/W,2,挠度计算,当纵杆两根时,

15、S=L,b,3,23,L,a,1,1,Q,p,1,2,Q,k,L,b,23,F,k,L,b,648,EI,1944,EI,3,3,4,当纵杆三根时,S,L,b,4,19,L,a,1,1,Q,p,1,2,Q,k,L,b,19,F,k,L,b,384,EI,1536,EI,4,3,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,1.1q,1,L,a,1.2q,2,L,a,1.1*1.2Q,p,L,a,a,1,2+1.2*1.4Q,k,L,a,a,1,2=0.5a,1,L,a,1,1*1.2Q,p,1.2*1.4Q,k,当纵杆两根时,S=L,b,3,R=2F+F,1+a,1,L,b,

16、当纵杆三根时,S,L,b,4,24,R=2.5F+F,1+a,1,L,b,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,a,1,0.3m,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/m,2,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,Q,k,3kN/m,2,脚手板自重标准值,0.3,kN/m,2,铺设四层,Q,p1,4*0.3,kN/m,2,栏杆、挡脚板自重标,准值,Q,p2,0.11,kN/m,建筑结构为框架结构，用密目网,全,封,闭

17、,脚,手,架,其,挡,风,系,数,0.872,密,目,网,自,重,Q,p3,0.005kN/m,2,脚手架高度,H,S,50m,H=48m,25,1,分析立杆稳定计算部位,组合风荷载,N,A,M,w,Wf,把,Mw=0.85*1.4M,wk,0.85*1.4w,k,l,a,h,2,10,w,k,0.7,s,z,w,0,N=1.2(N,G1k,N,G2k,0.85*1.4,N,Qk,代入简化为,1.2H,S,g,k,(A),0.85*1.4*0.7,s,z,w,0,l,a,h,2,(10W)+1.2N,G2k,(A),0.85*1.4,N,Qk,(A)f,令脚手架自重产生的轴压力g,1.2H,S

18、,g,k,(A,风荷载产生的弯曲应力,w,0.85*1.4*0.7,s,z,w,0,l,a,h,2,(10W,用,s,1.3,1.3*0.872=1.1336,代入上式,w,0.85*1.4*0.7,z,1.1336*0.45*1.2*1.5,2,10,6,(10*5.08*10,3,22.6,z,根据分析计算立杆稳定验算最不利部位为脚手架底部,26,2,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,N,G1k,H,S,g,k,50*0.1291=6.455kN,构配件自重标准值得产生的轴向力,N,G

19、2k,0.5(L,b,a,1,LaQ,p1,Q,p2,L,a,L,a,HQ,p3,0.5(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的轴向力总和,N,Qk,0.5(L,b,a,1,LaQ,k,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*0.7,z,1.1336*0.45*1.2*1.5,2,10,6,(10*5.08,10,3,27,22.6,z,4,立杆稳定验算,组合风荷载时,N=1.2(N,G1k,N,G2k,0.85*1.4,N,Qk,1.2(6.455+1.

20、392)+0.85*1.4*2.43,12.31kN,N,A,M,w,W=12.31*10,3,(0.262*489)+22.6=96.08+22.6,118.68N/mm,2,不组合风载时,N=1.2(N,G1k,N,G2k,1.4,N,Qk,1.2(6.455+1.392)+1.4*2.43=12.82kN,N,A,12.82*10,3,(0.262*489)=100.06N/mm,2,28,4,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,2

21、,构形式为框架结构，基本风压,0.45kN/m,地,面粗糙类别为,B,类，连墙见采用48*3.5mm,用扣件连接,29,解：脚手架上水平风载标准值,w,k,0.7,s,z,w,0,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=1.1323,w,k,0.7,s,z,w,0,0.7*1.67*1.1323*0.45=0.60kN/m,2,连墙件的轴力,N,l,N,lw,N,0,1.4w,k,A,w,5=1.4*0.6*2*1.8*3*1.2+5=15.89kN,R,C,8kN,N,l,1

22、5.89Kn,R,C,单扣不满足要求,应采用双扣件,连墙件稳定验算：=l,H,i=50/1.58=32,150,0.912,N,l,A,15.89*10,3,(0.912*489)=35.63N/mm,2,满足要求,30,十、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,2,2,0

23、.25kN/m,安全网,0.005kN/m,所挑范围允许一步,架施工，每一步架上施工荷载,3kN/m,2,31,荷载计算,1,钢管,1,双排立杆,1.8*2*0.0384=0.138kN,2,大横杆,1.8*4*0.0384=0.276kN,3,小横杆,1.6*1*0.0384=0.061kN,4,外排立杆剪刀撑,1.8,2,1*0.0384=0.098kN,5,附墙杆,1.5*1*0.0384=0.058kN,2,扣件,6*0.015=0.09kN,3,木脚手板,1.8*(1+0.4+0.2)*0.25=0.72kN,包括,挡脚板,4,安全网,1.8*1.8*0.005=0.016kN,5,

24、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,32,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,P,1,1.2*11.656/2+1.4*3.78=12.286kN,外立杆,P,2,1.2*11.656/2+1.4*2.7=10.774kN,l,0,kh,1.155*1.5(1.7)1.8=3.12(3.534,l,0,i=312(353.4)/1.58=197(224,N,A,12286/(0.186*489)=135MPa,N,A,12286/(0.145*489)=189.96MPa,33,7,挑架

25、计算（三角形钢架,300 1000,A P,1,P,2,R,AX,C,R,AY,3300,R,BX,B,R,BY,34,M,A,0,0.3P,1,1.3P,2,3.3R,BX,0,0.3*12.286+1.3*10.774-3.3R,BX,0,R,BX,5.36,X,0,R,BX,R,AX,0,R,AX,-5.36,取,AC,段,令,M,C,0,1.3R,AY,1*P,1,0,R,AY,9.45,Y,0,R,BY,R,AY,P,1,P,2,35,R,BY,13.61,分析杆件内力，并选择截面,N,BC,=14.63,R,2,2,BX,R,BY,M,AC,0.3R,AY,2.835,Q,AC,2

26、.836,钢管,f=205N/mm,2,E=2.06*10,5,36,十一、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

27、,幻灯片,34,37,38,2,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,0.4,l,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,39,4,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