扣件式钢管脚手架设计实例解析

1、扣件式钢管脚手架设计实例解析1. 前言根据建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）对外脚手架的规定： 提出逐步淘汰毛竹脚手架，积极推广扣件式钢管脚手架。 建筑施工 扣件式钢管脚手架安全技术规范（JG130-2001）对扣件式钢管脚手架的设计原则和计算方法都作了规定。笔者将以该规范为依据，结 合工程实例，系统地对扣件式钢管脚手架的设计计算和使用过程中 应注意的有关事项，作一解析。2. 工程实例概况黄岩东河嘉苑商住楼13#楼，建筑面积为15000m2 （三幢楼 地下室全部连通，地下室呈 L 形），最高建筑物 3#楼檐口高度为 19.8m, 1#楼.2#楼北侧脚手架和3#楼南侧脚手架搭设在地下室顶板

2、 上。3. 脚手架设计3.1 计算参数的确定(1)架体尺寸。立杆横距lb=800mn,纵距la=1500mn,步距h=1800mm搭设高度21.3m (取3#楼为计算对象)，立杆底部垫设槽 钢。( 2)架体构件。见表(3)围档材料。采用 2000目安全网，全高封闭，挡风系数 0.6， 自重标准值 5N/m2。( 4)脚手板。采用竹篾板，层层满铺，其自重标准值 0.35kN/m2。5)施工活载。主体结构均布活荷载标准值 3kN/m2。度变化系数卩z=1.31，脚手架风荷载体型系数 卩s=0.11573.2 横向、纵向水平杆计算式中的Mk弯矩设计值，按 W 1.2MGK为施工荷载标准值产生的 弯矩

3、。Wk载面模量。f 钢材的抗弯强度设计值，f=205N/mm2(1)横向水平杆的抗弯强度计算横向水平杆的内力按简支计算，计算跨度取立杆的横距 lb=800mm脚手架横向水平杆的构造计算外伸长度 a=300mm a1=100mm。永久荷载标准值 gk 包括每米立杆承受的结构自重标准值0.136kN/m (纵距1.5m，步距1.8m)，脚手板片重标准值0.35kN/m2和栏杆与挡板自重标准值 0.14kN/m (如图1)740)this.width=740border=undefined图 1 结构自重计算简图gk=0.136+0.35 x 1.2+0.14=0.696kN/mMA=1/2gka2

4、=1/2X 696x 0.32=31.32NmMB=1/2gka21=1/2x696x0.12=3.48NmMA-MB=31.32-3.48=27.84NmMGK=gk/2lb/2-(MA-MB)/gkl2b- MA=696/2x 0.8/2 -(27.84/696 x 0.8)2-31.32=11.32Nm施工均布活荷载标准值Qk=3kN/m2图 2 施工荷载计算简图MQK二Qkl2b/8=1/8X 2250X 0.82=180NmM=1.2MGk+1.4MQK=1 & 11.31 + 1.4 X 180=265.57Nm(T =M/W=265.5X 103/5.08 X 103=52.28

5、N/mm2考虑静载情况P二gk(lb+a- a1)/2lb=696 x (0.8+0.3+0.1) x (0.8+0.3 -0.1)/(2 x 0.8 )=522N图 4 静载布置情况考虑跨中和支座最大弯矩。740)this.width=740border=undefined图 4 静载状况下计算简图M1=0.175PlaMB=Mc=-0.15P/a考虑活荷载情况Q=1/2qklb=1/2 x 2250X 0. 8=900N按图 5、6 两种活载最不利位置考虑跨中最大弯矩。740)this.width=740border=undefined 图5活载最不利状况计算简图740)this.widt

6、h=740border=undefined图 6 活载最不利状况计算简图M1=0.213Qla按图 7、 8 两种活荷载最不利位置考虑支座最大弯矩。740)this.width=740border=undefined图 7 活载最不利状况计算支座弯矩740)this.width=740border=undefined图8活载最不利状况计算支座弯矩MB=MC=-0.175Qla根据以上情况分析，可知图 4与图5（或图 6）这种静载与活载最不利组合时M1跨中弯矩最大。MGK=0.175P/a=0.175X 522X 1.5=137.03NmM=1.2MGK+1.4MQK=1*137.03+1.4

7、X 287.55 = 567.01Nm(r=M/W=567.0t 1000/5.08 X 1000=111.6N/mm2c f=205N/mm2纵向水平杆抗弯符合要求。u u u 为容许挠度，按规范要求取1/1501）横向水平杆的挠度考虑静载情况（图1）K1=4MA/qkl2b=4X 31.32/696 X 0.82=0.28K2=4MB/qkl2b=4X 3.48/696 X 0.82=0.03查建筑结构静力计算手册 中梁在均布荷载作用下的最大挠度表，用K1、K2值采用插入法求得系数u 1=0.1972X qkl4a/24EIE为钢材的弹性模量，E=2.06X 105N/mm2考虑活载情况（

8、图2）u 2=5qkl4b/384EI两种情况叠加，得u =u 1 + u 2=0.1972 xgkl4b/24EI+5gkl4b/38EI=0.197 x696X 10-3X 8004/24 x 2.06 x 105x 12.9 x 104+5X 2250X 8004/384 x 2.06 x 10 5X 12.19 x 104=0.57mrr lb/150=180/150=5.33mm所以横向水平杆的挠度满足要求。（2）纵向水平杆的挠度考虑静载情况（图 4）u 1=1.146 x Pl2a/100EI考虑活载情况（图 3）u 2=1.615 x QI2a/100EI两种情况加，得u =U

9、1 + u 2=1.146 X PI3b/100EI+1.615 X QI3a/100EI=l3b(1.146P+1.615Q)/100EI=15003X (1.146 X 522+1.615X 900)/100 X 2.06 X 105X 12.19X 104=2.76mm la/150=1500/150=10mm所以纵向水平杆的挠度满足要求。R Rc式中R为纵向水平杆传给立杆的竖杆作用力设计值，Rc为扣件抗滑承载力设计值，按规范表取 Rc=8.00kN纵向水平杆与立杆连接时扣件受到的垂直作用力包括贴立杆的横向水平杆载F和M1在扣件处引起的与F同向的最大剪力V之和F=1.2P+1.4Q=1.

10、2 X 522+1.4 X 900=1886.4Nv 8kNV=1.2+0.65P+1.4 X 0.575Q=1.2 X 0.65 X 522+1.2 X 0.575 X 900=1131 .66NR=F+V=1886.4+1131.66=3018.06N 8kN所以纵向水平杆与立杆连接时扣件的抗滑承载力满足安全要求。3.3 立杆的稳定计算立杆的稳定计算按下列公式计算N/巾A+Mw/Wf,式中N为计算立杆段的轴向力设计值，巾 为轴 向受压构件的稳定系数。A为一立杆的截面面积，Mw为计算立杆段 由风荷载设计值产生的弯矩，W为截面模量，钢材的抗压强度设计值 f=205N/mm2。 风荷载标准值wk

11、=0.7 卩 z 卩 aw0=0.7X 1.31 x 0.1157 x 0.55=0.058kN/m2Mk=0.85X 1.4wklah2/10 =0.85x1.4x0.058x1000x1.5x1.82/10=33.55Nm轴向受压构件的稳定系数 巾，根据立杆长细比 入规范用表取值, 当入250时，按7320/入2计算。计算长度lo=k卩h,式中k为计算长度附加系数，取k=1.155 ;卩为考虑脚手架整体因数的单杆计算长度系数，按规范用表取卩=1.5 ;h为立杆步距。lo=k卩h=1.155 X 1.5 x 1.8=3.12m，立杆的长细比入=lo/I , i为截面回转半径，查表得 48X

12、3.5mm钢管 i=1.58cm 。入=10/1=3.12/0.0158=197.5，根据立杆长细比查得稳定系数为0.185立杆段的轴向设计值N=1.2(NG1K+NG2K)+0.8X 1.4 刀 NQK(1)脚手架结构自重标准值产生的轴向力 NG1k本工程脚手架共12 步，实际脚手架高度 H=12X 1.8=21.6mNG1K=23.4X 0.1734=3.745kN=3745N每个立杆段需要 3 个直接扣件， 13 个旋转扣件，则：NG2K二水 18.4+13 X 14.6=245N(3)施工荷载标准值产生的轴力总和内力刀 NQK外立杆可按一纵距内施工荷载的总和的 1/2 取值刀 NQK=

13、300X 0.8 X 1.5 X 1/2=1800NN=1.2(NG1K+NG2K)=0.8X 1.4 刀 NQK=1.2X(3745+245)+0.85 X1.4X1800=6930N图 9 地下室顶板验算示意图验算立杆的稳定性N/ 巾 A+Mw/W=6930/（0.185X 486）+33.55 X 103/（5.08 X 103）=83.21N/ mmf=205N/mm2所以立杆稳定性满足要求。3.4 地下室顶板验算（取最大板块 6.2X 3.6m）基本参数（ 1 ）边界条件（左端 / 下端/右端/ 上端）：参见图 92）荷载：均布荷载设计值： q=7.310kN/m(3)几何参数：宽度

14、：lx=3600(mm)长度：ly=6200(mm)板厚： h=200(mm)(4)材料特性：混凝土强度等级：C30钢筋等级：二级(V 25)计算结果：(1 )弯距值：(2) lx向配钢筋：计算面积：66.42mm2可选方案： 12200(3) lx向配钢筋：计算面积：22.45mm2可选方案： 12200设计实际选用 #1215，0 满足要求。3.5 连续梁验算几何数据及材料特性混凝土： C30主筋：二级（V 25） 箍筋：一级 内力及配筋（ 1 ）内力包络图（ 2）截面内力及配筋0支座：弯矩6.51kN/m，荷载组合1剪力14.09kN，荷载组合1上钢筋： 2 12，计算面积： 216.00mm2下钢筋： 2 12，计算面积： 216.00mm2设计为 4 20，满足要求1跨中：弯矩1.73kN m 荷载组合1剪力14.09kN，荷载组合1挠度0.38mm 裂缝0.02mm上钢筋：2 12，计算面积： 216.00mm2下钢筋：2 12，计算面积： 216.00mm2箍筋： 650设计为4 22,满足要求。1支座：弯矩1.03kN/m，荷载组合1剪力0.53kN，荷载组合1上钢筋：2 12,计算面积：216.00mm2下钢筋：2 12