华北科技学院建筑课程设计—脚手架

1、远航工程扣件式钢管脚手架设计1 设计说明 1.1设计依据1.设计目的：使学生比较全面系统地掌握建筑施工安全技术的措施、方法和有关技能，提高学生分析并解决建筑施工安全生产中的实际问题的能力。掌握脚手架的计算和基本参数；能够对脚手架进行合理的经济比较；熟悉脚手架的安全管理条例。2.设计参考书籍：设计建筑施工安全检查评分标准；建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范； 建筑结构荷载规范 钢结构设计规范1.2现场情况 密集的建筑群城市中心（C类地区），交通便利地形平坦，最低气温为-15度，最高温度为35度，典型的温带季风气候，四季分明，风力在六级以下2 工程概况北京市商务文化中心行政办公业务用房、配套用房

2、工程由行政办公业务用房和配套用房工程组成，其中行政办公业务用房建筑面积102249平方米，地上83244平方米（主楼56615.2平方米，裙房26628.8平方米），地下19005平方米；配套用房建筑面积36015平方米，地上20928平方米，地下15087平方米。商务文化中心行政办公业务用房主楼建筑高度43.2米；主楼地上10层，地下1层；建筑耐火等级一级；抗震设防烈度6度；屋面防水等级二级，采用高分子防水卷材，防水层耐用年限15年；地下室防水等级为一级配套用房工程建筑高度23.85米，地上5层，地下1层；建筑耐火等级一级；抗震设防烈度6度；屋面防水等级二级，采用高分子防水卷材，防水层耐用年

3、限15年；地下室防水等级为一级。3 脚手架工程设计及搭设参数本工程主楼五层以下采用全封闭双排外落地脚手架，六层以上采用全封闭悬挑双排外脚手架，计划在六层楼面设工字钢悬挑并钢丝绳斜拉结构。 脚手架钢管选用48×3.5；外挑工字钢自己验算选型，长度约为3.0米；固定工字钢在楼面上用112和116的圆钢，距外墙边0.2米设置112的钢筋套环，距外墙边1.3米设置116的钢筋套环。立杆纵向间距为1.8米，内立杆距外墙0.35米，外立杆距外墙面为1.4米，大横杆间距为1.5米，小横杆长度为1.5米。脚手架与建筑物的连墙拉结在两步三跨内采用拉撑结合的方式（拉筋用110的钢筋，顶撑用48×

4、;3.5 钢管），或者采用48×3.5 钢管固定在内立杆上。主楼6-9层的悬挑架的3.9×4=15.6m ，加上10层的高度5.5m，及高出屋面的女儿墙高度1.5m，则悬挑架的总高度为(15.6+5.5+1.5)m=22.6m，故按22.6m计算悬挑架荷载，并对水平悬挑梁的强度、刚度、稳定。15层的总高度为20.6m，并对立杆稳定性进行计算与验算。配套用房：立杆纵向间距为1.8米，立杆距外墙0.8米，大横杆间距为1.5米，小横杆长度为1.5米。总高度为23.85m，并对立杆稳定性进行计算与验算。 设计原则：扣件式单排架不宜超过24m，扣件式双排架不宜超过50m，且单排架经济

5、合理。4 脚手架的荷载计算与设计 4.1 主楼脚手架设计4. 1.1计算基数： 计算高度H=22.6 m，步距h=1.5m，立杆纵距la=1.8m，立杆横距lb=1.05m，内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m. 钢管自重G1=37.70N/m，栏杆、挡脚板自重G2=160N/m，安全立网自重G3=3.40N/m2，安全平网自重G4=4.87N/m2，装饰施工活荷载qk=2000.00N/m2，木脚手板自重G5=350.00kN/m2。4.1.2 脚手架结构自重（包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件）： 查扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ302001）附表

6、A-1得：架体每米高度一个立杆纵距的自重 gk1=155.2N/m。NG1K =H×gk1=22.6×155.2=3507.52N4.1.3 构配件自重外立杆木脚手板（按三层考虑）NG2K-1 =3×la×lb×G52=3×1.05×1.8×3502 = 992.25N防护栏杆、挡脚板（按三层考虑）NG2K-2 =3×la×G2=3×1.8×160 =864N安全网（平网按三层考虑）NG2K-3 =H×la×G3+3×la×lb

7、5;G4/2=22.6×1.8×3.4+3×1.8×1.05×4.87/2=152.12N纵向横杆（搁置脚手板用，按三层考虑）NG2K-4=3×lb×G1/2=(3×1.05×37.7/2)N=59.38N合计NG2K=(992.25+864+152.12+59.38)N=2067.75N内立杆木脚手板（按三层考虑）NG2K-1 =3×la×lb×G5/2+3×la×lc×G5 =（3×1.05×1.8×350/2+

8、3×0.35×1.8×350）N=1653.75N纵向横杆（搁置脚手板用，按三层考虑）NG2K-2 =3×lb×G1/2+3×lc×G1=（3×1.05×37.7/2+3×0.35×37.7）N=98.97合计NG2K = (1653.75+98.97)N=1752.72N4.1.4 施工均布活荷载（按装饰阶段两层同时施工考虑）外立杆 NQK 外 =2×la×lb×qk/2 =2×1.8×1.05×2000/2=3780N内立

9、杆 NQK 内 =2×la×lb×qk/2 + 2×la×lc×qk=(3780+2×1.8×0.35×2000)N=6300NNG2K-3 =H×la×G3×103+3×la×lb×G4×103/2=30.1×1.8×0.0034×103+3×1.8×1.05×0.00487×103/2=198.1N4.1.5 垂直荷载组合(不考虑风荷载)外立杆N1=1.2

10、5;(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 外=1.2×(3507.52+2067.75)N+1.4×3780=11982.32N内立杆N2=1.2×(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 内=1.2×(3507.52+1752.72)N+1.4×6300=15132.29N4.1.6水平悬挑梁设计 本工程水平悬挑型钢梁采用I18，长3.0m，在六层楼面上预埋112、116的圆钢对工字钢进行背焊固定。 根据钢结构设计规范（GB50017-2002）规定进行下列计算与验算，计算模型：按照悬挑梁进行计算，验算悬挑梁时，不

11、考虑钢丝绳的承载力，只作为附加安全保险。I16截面特性Wx=141×103mm3,I=1130×104mm4,自重q=205.13N/m，弹性模量E=206×103N/mm2，翼缘宽度b=88mm，翼缘平均厚度=9.9mm，高度h=160mm最大弯矩Mmax=N1×ld+N2×lc+q×h2/2=11982.32×1.4+15132.29×0.35+205.13×1.52/2 =22302.32N·m强度验算= Mmax /（x×Wx）x-截面发展系数，对I形截面，查表得：x=1.05

12、； Wx-对x 轴的净截面抵抗矩，查表得：Wx=185×103mm3；f -型钢的抗弯强度设计值，Q235 钢，取f=205N/mm2。=22302.32×103/（1.05×185×103）N/mm2=114.81N/mm2f=205N/mm2，安全。整体稳定验算 根据刚结构设计的规范（GBJ17-88）的规定，轧制普通槽钢受弯要考虑整体稳定问题。按附录一之（二），本悬臂梁跨长1.4米折算成简支梁，其跨度为2×1.4=2.8米，按下列公式计算整体稳定系数：=（570b/l1h）·235/s= 570×88×9.9

13、/（2800×160） ×235/215 =1.21则悬挑梁弯曲应力为：= Mmax /（×Wx）=22302.32×103/（1.21×141×103）=130.72N/mm2f=205N/mm2，安全。刚度验算= N1（lb+lc）3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)×3-lc/(lb+lc+100)/6EI+q(lb+lc+100)4/8EIN1、N2-作用于水平悬挑梁上的内、外立杆荷载（KN）；E-弹性模量，E=206×103N/mm2；I-钢材的抗弯强度设计值，Q235 钢，取f= 215N/mm

14、2。=N1（lb+lc）3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)×3-lc/(lb+lc+100)/6EI+q(lb+lc+100)4/8EI=11982.32×14003/3×2.06×105×1130×104+15132.29×3502×1500×2.77/6×2.06×105×1130×104+0.20513×15004/8×2.06×105×1130×104=(4.7+0.55+0.06)mm=5.31m

15、m <L/250=5.6mm，满足要求。 I16后部锚固钢筋设计锚固钢筋的承载力验算锚固选用116圆钢预埋在平板上，吊环承受的拉力为：N3= Mmax /1.3 =22302.32/1.3 =17155.63N吊环承受的拉应力为：= N/A =17155.63/3.14×82=85.37N/mm2=205 N/mm2，满足要求。锚固钢筋的焊缝验算 = F/（lW·）F-作用于锚固钢筋上的轴心拉力设计值，F=N3=17155.63N；lW-焊缝的计算长度，取lW=40-10=30mm；-焊缝的计算厚度，取8mm。=17155.63/30×8=71.48N/mm

16、2=160N/mm2，满足要求。综上所述，当挑梁采用I16时，其强度、挠度、稳定性均符合要求。4.1.7立杆稳定性计算 1. 无风荷载时，立杆稳定性计算：N/（A）fN 计算立杆最大垂直力设计值，取N=N2=15132.29N；轴心受压构件的稳定系数，根据长细比查（JGJ1302001）附录C 表C 取值，根据第5.3.3 条规定：立杆计算长度 l0=kh=1.155×1.5×150=260cm，长细比= l0/i（钢管回转半径）= 260/1.59=163.52，查附录C，=0.2635，A立杆的截面面积，查本规范附录B表B采用：A=506mm2。立杆稳定性计算：N/（A

17、）=15132.29/（0.2635×506）=113.49N/mm2<f=205N/mm2,安全。2在风荷载作用下，立杆稳定性计算：N/（A）+MW/WfMW由风荷载设计值产生的弯矩，按本规范（5.3.4）式计算；W 钢管立杆的截面模量，查附录B 表B：W=5.26cm3；由风荷载产生的弯矩计算水平风荷载标准值k=z·s·0z风压高度变化系数，查建筑结构荷载规范（GBJ9）：C类地区，脚手架最高处43.2m，查表得：z=1.168；s脚手架风荷载体型系数，按本规范4.2.4 规定采用，查表得：敞开式脚手架的挡风面积为1.5×1.8×0.

18、09 =0.243m2，密目网的挡风系数取0.8，则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后，脚手架综合挡风面积为：（1.5×1.8-0.243）×0.8+0.243=2.21m2其综合挡风系数为=2.21/（1.5×1.8）=0.82根据规范查表4.2.4，背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为1.3，即：s =1.3×0.82=1.066；0基本风压。根据建筑结构荷载规范（GBJ9）规定：0=0.45k=1.168×1.066×0.45=0.56KN/m2由风荷载产生的弯矩计算MW = 0.9×1.4×k la h

19、2/10 = 0.9×1.4×0.52×1.8×1.52/10=0.27KN.m立杆稳定性计算N/（A）+MW/W =113.49+0.27×106/(5.26×103)=164.82N/mm2<f=205 N/mm2,安全。41.8连墙件计算 连墙构造对外脚手架的安全至关重要，必须引起高度重视，确保架体稳固。连墙拉筋用110钢筋拉到剪力墙上,顶撑用48×3.5 钢管，水平距离5.4m，竖向距离为3米。由风荷载产生的连墙件轴向力设计值：N1w=1.4k Aw=1.4×0.56×3×5.4=

20、12.7KN连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0，对双排脚手架取5.0KN，连墙件轴向力设计值 Nl=N1w+N0=12.7+3=15.7KN110拉筋的承载力：N=fys=210×3.14×52=16.485KNN1w=15.70KN，所以连墙件拉筋用110筋满足要求。 4.1.9五层以下脚手架的荷载计算与设计 1计算基数：一层5米，2-5层是3.9×4=15.6m 总高度=20.6m计算高度H=20.6 m，步距h=1.5m，立杆纵距la=1.8m，立杆横距lb=1.05m，内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m.钢管自重G1=3

21、7.70N/m，栏杆、挡脚板自重G2=160N/m，安全立网自重G3=3.40N/m2，安全平网自重G4=4.87N/m2，装饰施工活荷载qk=2000.00N/m2，木脚手板自重G5=350.00kN/m2。脚手架结构自重（包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件）：查扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ302001）附表A-1得：架体每米高度一个立杆纵距的自重 gk1=155.2N/m。NG1K =H×gk1=20.6×155.2=3197.12N构配件自重木脚手板（按三层考虑）NG2K-1 =3×la×lb×G5/2+3×

22、la×lc×G5 =（3×1.05×1.8×350/2+3×0.35×1.8×350）N=1653.75N纵向横杆（搁置脚手板用，按三层考虑）NG2K-2 =3×lb×G1/2+3×lc×G1=（3×1.05×37.7/2+3×0.35×37.7）N=98.97N合计NG2K = (1653.75+98.97)N=1752.72N施工均布活荷载（按装饰阶段两层同时施工考虑）内立杆 NQK 内 =2×la×lb

23、5;qk/2 + 2×la×lc×qk=(3780+2×1.8×0.35×2000)N=6300N垂直荷载组合(不考虑风荷载)N2=1.2×(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 内 =1.2×（3197.12+1752.72）+1.4×6300N=14759.81N2立杆稳定性计算 1.无风荷载时，立杆稳定性计算：N/（A）fN 计算立杆最大垂直力设计值，取N=N2=14759.81N；轴心受压构件的稳定系数，根据长细比查（JGJ1302001）附录C 表C 取值，根据第5.3.3 条规定

24、：立杆计算长度 l0=kh=1.155×1.5×150=260cm，长细比= l0/i（钢管回转半径）= 260/1.59=163.52，查附录C，=0.2635，A立杆的截面面积，查本规范附录B表B采用：A=506mm2。立杆稳定性计算：N/（A）=14759.81/（0.2635×506）=110.70N/mm2<f=205N/mm2,安全。2.在风荷载作用下，立杆稳定性计算：N/（A）+ MW /WfMW由风荷载设计值产生的弯矩，按本规范（5.3.4）式计算；W 钢管立杆的截面模量，查附录B 表B：W=5.26 cm3； 由风荷载产生的弯矩计算1）水平

25、风荷载标准值k=z·s·0z风压高度变化系数，查建筑结构荷载规范（GBJ9）：C类地区，脚手架最高处20.6m，查表得：z =0.8496；s脚手架风荷载体型系数，按本规范4.2.4 规定采用，查表得：敞开式脚手架的挡风面积为1.5×1.8×0.09=0.243m2，密目网的挡风系数取0.8，则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后，脚手架综合挡风面积为：（1.5×1.8-0.243）×0.8+0.24=2.21 N/mm2其综合挡风系数为=2.21/（1.5×1.8）=0.82根据规范查表4.2.4，背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架

26、风载体型系数为1.3，即：s =1.3×0.82=1.066；0基本风压。根据建筑结构荷载规范（GBJ9）规定：0=0.45。k=0.45×0.8496×1.066=0.40755KN/ m22）由风荷载产生的弯矩计算MW = 0.9×1.4×k la h2/10 = 0.9×1.4×0.40755×1.8×1.52/10=0.2080KN.m 立杆稳定性计算N/（A）+ MW /W =110.70+0.2080×106/(5.26×103)=150.24 N/mm2<f=205

27、 N/mm2,安全。4.2 配套用房脚手架设计配套用房工程建筑高度23.85米，地上5层，第一层为5m 第五层为5.5 m 2-4层为3×4.45 =13.35 m4.2.1. 计算基数1.计算高度H=23.85m，步距h=1.5m，立杆纵距la=1.8m，立杆横距lb=1.05m，内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m.钢管自重G1=37.70N/m，栏杆、挡脚板自重G2=160N/m，安全立网自重G3=3.40N/m2，安全平网自重G4=4.87N/m2，装饰施工活荷载qk=2000.00N/m2，木脚手板自重G5=350.00kN/m2。2. 脚手架结构自

28、重NG1K（包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件）：查扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ302001）附表A-1得：架体每米高度一个立杆纵距的自重gk1=155.2N/m。NG1K =H×gk1=23.85×155.2=3701.52N构配件自重木脚手板（按三层考虑）NG2K-1 =3×la×lb×G5/2+3×la×lc×G5 =（3×1.05×1.8×350/2+3×0.35×1.8×350）N=1653.75N纵向横杆（搁置脚手板用，按三

29、层考虑）NG2K-2 =3×lb×G1/2+3×lc×G1=（3×1.05×37.7/2+3×0.35×37.7）N=98.97N合计NG2K = (1653.75+98.97)N=1752.72N施工均布活荷载（按装饰阶段两层同时施工考虑）内立杆 NQK 内 =2×la×lb×qk/2 + 2×la×lc×qk=(3780+2×1.8×0.35×2000)N=6300N垂直荷载组合(不考虑风荷载)N2=1.2×(N

30、G1K + NG2K)+1.4×NQK 内 =1.2×（3701.52+1752.72）+1.4×6300N=15365.09N4.2.2立杆稳定性计算 1. 无风荷载时，立杆稳定性计算：N/（A）fN 计算立杆最大垂直力设计值，取N=N2=15.39fkN；轴心受压构件的稳定系数，根据长细比查（JGJ1302001）附录C 表C 取值，根据第5.3.3 条规定：立杆计算长度 l0=kh=1.155×1.5×150=260cm，长细比= l0/i（钢管回转半径）= 260/1.59=163.522，查附录C，=0.2635，A立杆的截面面积，查

31、本规范附录B表B采用：A=506mm2。立杆稳定性计算：N/（A）=15365.09/（0.2635×506）=115.24N/mm2<f=205N/mm2,安全。2. 在风荷载作用下，立杆稳定性计算：N/（A）MW +/WfMW由风荷载设计值产生的弯矩，按本规范（5.3.4）式计算；W 钢管立杆的截面模量，查附录B 表B：W=5.26cm3； 由风荷载产生的弯矩计算1）水平风荷载标准值k=z·s·0z风压高度变化系数，查建筑结构荷载规范（GBJ9）：C类地区，脚手架最高处23.85m，查表得：z =0.902；s脚手架风荷载体型系数，按本规范4.2.4 规

32、定采用，查表得：敞开式脚手架的挡风面积为1.5×1.8×0.09=0.243 m2，密目网的挡风系数取0.8，则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后，脚手架综合挡风面积为：（1.5×1.8-0.243）×0.8+0.24=2.21 m2其综合挡风系数为=2.21/（1.5×1.8）=0.82根据规范查表4.2.4，背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为1.3，即：s =1.3×0.82=1.066；0基本风压。根据建筑结构荷载规范（GBJ9）规定：=0.45。k=0.45×0.902×1.066=0.433KN/

33、m2 2）由风荷载产生的弯矩计算MW= 0.9×1.4×k la h2/10 = 0.9×1.4×0.433×1.8×1.52/10=0.2210KN.m 立杆稳定性计算N/（A）+ MW /W =115.24+0.2210×106/(5.26×103)=157.26N/mm2<f=205 N/ mm2安全。5 扣件式脚手架安全技术搭设安全技术措施及要求1)单位工程负责人应按施工组织设计中有关脚手架的要求，向架设和使用人员进行技术交底。2)应按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)第8

34、.1.18.1.5条的规定和施工组织设计的要求对钢管、扣件、脚手板等进行检查验收，不合格产品不得使用。3)经检验合格的构配件应按品种、规格分类、堆放整齐、平稳、堆放场地不得有积水。4)应清除搭设场地杂物，平整搭设场地，并使排水畅通。5)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。6)脚手架底座面标高宜高于自然地坪50mm。7)脚手架基础经验收合格后，应按施工组织设计的要求放线定位。8)脚手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两步。9)每搭完一步脚手架后，应按规范JGJ 1302001表8.2.4的规定校正步距、纵距、横距及立杆的垂直

35、度。10) 底座安放应符合下列规定： 底座、垫板均应准确地放在定位线上。 垫板宜采用长度不少于2跨、厚度不小于50mm的木垫板，也可采用槽钢。11) 立杆搭设应符合下列规定： 严禁将外径48mm与51mm的钢管混合使用。 相邻立杆的对接扣件不得在同一高度内，错开距离应符合JGJ 130-200l第6.3.5条的规定。 开始搭设立杆时，应每隔6跨设置一根抛撑，直至连墙件安装稳定后，方可根据情况拆除。 当搭至有连墙件的构造点时，在搭设完该处的立杆、纵向水平杆、横向水平杆后，应立即设置连墙件。 顶层立杆搭接长度与立杆顶端伸出建筑物的高度应符合JGJ 130-2001第6.35、6.36条的规定。12) 纵向水平杆搭设应符合下列规定： 纵向水平杆的搭设应符合JGJ 130-2001第6.2.1条的构造规定。 在封闭型脚手架的同一步中，纵向水平杆应四周交圈，用直角扣件与内外角部立杆固定。13) 横向水平杆搭设应符合下列规定： 搭设横向水平杆应符合JGJ130-2001第622条的构造规定。 双排脚手架横向水平杆的靠墙一端至墙装饰面的距离不宜大于100mmn 单排脚手架的横向水平杆不应设置在下列部位：a设计上不允许留脚手眼的部位。b过梁上与过梁两端成60°角的三角形范围内及过梁净跨度1/