建筑脚手架施工设计计算方法及算例

1、建筑脚手架施工设计计算方法及算例（技术发展中心 邢锋）摘 要 论文详细叙述了建筑用脚手架施工设计的计算方法， 以扣件式钢管脚手架计算为例。关键词 扣件式钢管脚手架 设置要求 设计内容及计算一、概述 ： 我们在建筑工程施工中，为了满足施工作业需要所设置的操作架子，统称为脚手架。搭设脚手架所需要的成品和材料称为“架设材料” ，是建筑施工企业常备的施工工具。我局是以桥梁施工为主的大型建筑企业，桥梁结构载重大，施工辅助结构种类繁多，施工 手段多种多样，施工支架有特殊的要求，因此，采用的施工支架种类很多，如万能杆件、 军用梁、贝雷梁等；也常用轻型脚手架。常用的轻型脚手架有扣件式钢管脚手架、门式钢管脚手架

2、、碗扣式脚手架以及其他 新型脚手架。轻型脚手架具有重量轻、运输方便、联结快、拆除方便等优点，应用的范 围也比较广泛。本文介绍的扣件式钢管脚手架是我国使用最为普遍的脚手架品种，可用于搭设外脚 手架、里脚手架、满堂脚手架、支撑架以及其他用途的架子。下面主要介绍其外脚手架 构造的设置要求：1、双排脚手架：、立杆：横距为0.91.5m （高层架子不大于1.2m ）,纵距为1.42.0m。单立 杆双排脚手架的搭设限高为 50 m ，当搭设限高 50 m 以上的脚手架时， 35 m 以下应采用 双立杆，或自 35 m 起分段卸载措施，且上部单立杆的高度应小于 30 m 。立杆与大横杆 必须用直角扣件扣紧，

3、不得隔步设置或遗漏。当采用双立杆时，必须都用扣件与同一根 大横杆扣紧。、大横杆：其步距为1.51.8m。上下横杆的接长位置应错开布置在不同的立杆纵距中，与相近立杆的距离不大于纵距的三分之一。、 小横杆：要贴近立杆，搭于大横杆之上并用直角扣件扣紧，在相邻立杆之间 需要加设 1 根或 2 根。、剪刀撑、斜拉杆、连墙杆：为确保整体稳定和抵抗侧力作用的要求，按相应规 定设置剪刀撑或其它相应作用的整体性连接杆件。、护栏和挡脚板：在操作层上设2道护栏和挡脚板，栏杆高度不大于1.1m，挡脚 板亦可用加设低栏杆（距脚手板 0.21.8m ）代替。2、单排脚手架：只有一排立杆，小横杆的另一端搁置在墙体上，构架形

4、式上与双排架基本相同，但使用上有较多的限制：搭设高度不大于 20 m ;连接点的设置数量不得小 于三步三跨一点，连接点采用具有抗拉压作用的刚性构造。3、连墙构造：对外脚手架的安全至关重要，若设置数量不足、构造不符合要求所造 成的事故屡有发生，必须高度重视并确保其设置要求。4、挑支结构：在以下情况使用：搭设单层脚手架，挑扩作业面，适应有阳台、挑篷及其它突出墙面构造情况下的脚手设置要求，设置部分卸载装置以及搭设特殊形式的脚 手架等。二、扣件式钢管脚手架设计及计算：1 、设计内容：、方案的选择，在选用脚手架前认真阅读设计文件，熟悉施工工艺，然后从以下几个方面考虑：脚手架的类别、脚手架的构架形式和尺寸

5、、相应措施；、承载可靠性的验算，包括：构架结构验算，地基、基础和其它支承结构的验算, 专用加工件验算；、安全使用措施，包括：作业面的防护，整架和作业区域的防护，进行安全搭设、 移动和拆除的措施，安全使用措施。2、脚手架构架结构计算项目：、构架的整体稳定性计算，可转化为立杆稳定性计 算；、单肢立杆的稳定性计算；、平杆的抗弯强度和挠度计算；、连墙件的强度 和稳定性验算；、抗倾覆验算；、悬挂件、挑支撑件的验算。3、每种脚手架的计算方法都不相同，下面以扣件式钢管脚手架的计算方法为例、钢管脚手架构造简图：见下图1墙身-L立杆小横杆hpL大横杆垫木K：I12001500(a)单排脚手架脚手板图1-pp -

6、 1!立杆墙身拉撑杆小横杆h大横杆垫木脚手板(b)双排脚手架立杆n小横杆HHH厂H一 h1b 弹性支座Nh-步距h -脚手架底步步距H -连墙点竖向间距b-立杆横距图2立杆稳定性核算简图、荷载：包括施工荷载(操作人员和材料及其设备等重力)载的传递顺序是：脚手板一小横杆T大横杆一立杆一底座一地基、小横杆计算：按简支梁计算,和脚手架自重力。荷MxWn、挠度计算：将荷载换算成等效均布荷载：w鶉盘同时满足规范 、强度计算：按实际堆放位置的标准值计算其最大弯矩:、符号意义：-大小横杆的弯曲应力；I-大、小横杆的跨度；Mx-大、小横杆计算的最大弯矩； Wn -大、小横杆的净截面抵抗矩；f钢管的抗弯、抗压强

7、度设计值，f 205N/mm2 ； w-受弯杆件的挠度；w-受弯杆件的容许挠度；q -脚手板作用在小横杆上的等效均布荷载；I -大小横杆的截面惯性矩；E-钢材的弹性模量，2.06 X105 (MPa )。、大横杆计算：按三跨连续梁计算，用小横杆支座最大反力计算值，在最不利荷 载布置计算其最大弯矩值，、弯曲强度按下式:MxWn 、挠度计算：将标准值的最大反力值进行最不利荷载布置其最大弯矩值，然后换'4算成等效均布值:0.99q l w -100EI、符号意义：q '-大横杆上的等效均布荷载,其它符号意义与小横杆的符号相同、脚手架立杆稳定性计算:、双排脚手架单杆稳定性计算:N1A1

8、、按图式轴心受力格构式压杆计，见图 2不考虑风载时：A KaKh f ,(其中 N=1.2 (n 1NGK1 Ngk2)1.4Nqk )考虑风载时：A b； K2 、符号意义：以下所要查的表全部来自简明施工计算手册N-格构式压杆的轴心压力； Ngk1-脚手架自重产生的轴力，查表7-5取值;Ngk2-脚手架附件及物品重产生的轴力，查表7-7取值;Nqk- 个纵距内脚手架施工荷载标准值产生的轴力可由表7-7查取；ni-脚手架的步距数，A -脚手架内外排立杆的毛截面积之和； -格构式压杆整体稳定系数，按换算长细比cx x，查表7-8 ;入-格构式压杆长细比，查表7-9，卩-换算长细比长系数，查表7-

9、10 ;KH-与脚手架高度有关的调整系数，当H 25m时，取0.8，当H 25m时，1Kh，H 脚手架高度；1旦100Ka-与立杆截面高度有关的调整系数，当内外排立杆均采用两根钢管组合时，Ka=0.7 ;当内外排立杆为单根时取0.85 ;2M 风荷载对格构式压杆产生的弯矩，M qE1 /8 ；q1-风荷载作用于格构式压杆的线荷载；A1-内排或外排的单排立杆危险截面的毛截面面积；N1-不考虑风荷载时由N计算的内排或外排计算截面的轴心压力；1 按1 h| / i-i，查表7 8得的稳定系数；h1脚手架底步步矩或门洞 处的步矩；h-内排或外排立杆的回转半径；cm-操作处水平杆对立杆偏心传力产生的附加

10、应力，当施工荷载Qk 2000N/m2时，取 m 35N/mm2； Qk 3000N/m2，取m 55N/mm2;非施工层的 m 0。(6)、脚手架与结构的连接计算：N+ N 、连接件抗拉、抗压强度按下式计算：-t- 0.85fAn 、连接件与脚手架及主体结构的连接强度按下式计算：NNc) Nvc 、符号意义：Nt(Nc)-风荷载作用对连墙点处产生的拉力或压力，由下式计算Nt(Nc) l/HJWk ,Hi、Li-连墙点的竖向及水平间距；w k-风荷载标准值，An -连接件的净截面积;N vc-连接件的抗压或抗拉设计承载力，采用扣件时，N vc =6kN/只、最大搭设高度：双排扣件钢管脚手架一般

11、搭设高度不宜超过50m，超过时，应采取分段搭设或分段卸荷措施。H由地面起或挑梁上的每段脚手架最大搭设高度公式：Hmax ,其中1旦100Ka Af 1.3(1.2Ngk2 1.4Nqk)H - ?h， Af -可由表7-11查取；h 脚手架的步距。1.2Ngk1三、算例钢管48 X3.5 ,h 1.5m,Wx =5075 mm 3, lx =1.219 X105 mm 4,人群荷载：2.0kN/m2，施工荷载：2.0kN/ m 2，风荷载：0.7kN/ m 21、搭设高度计算：K- AF 1.3(1.2Ngk2 1.4Nqk)H=h1.2Ngk1= 0.85 42.9881.3 (1.2 1.

12、7151.4 8.4) / ( 1.2 X 0.411 ) X1.5=56.5m则最大允许搭设高度计算：HHmax=1 h/100=56.5/ (1+°565)=36m2、脚手架的稳定计算:、小横杆：按简支梁计算，间距 1.2m，q1= (2.0+2.0 )X1.2=4.8kN/mJJJJJJ*I . 2mJ闰3Mx=1/8 q 1l2=1/8 X4.8 X1.22=0.864kN.m0= M =0.864 X1000/5.075 =170.2MPa v q=205 MPa，可Wxfmax =5qil384EI=5.4 mmv L/150 =8.0 mm，可、大横杆：按三跨连续梁计算

13、2 JiSkN.JlSkNMx=Km?F?L=0.213 X2.88 X103 xl.2=736.1N.m ,产卷=736" X103/( 5.°75 X10 3)=145MPa V 0=205 呎，可£- KwFL3 _fmax =100EI3331.615 2.88 10(1.2 10 )54 =3.2 mm v L/150 =8.0 mm ，可100 2.06 101.219 10、立杆计算：b=1.2m ， L=1.2m ，h=1.5m脚手架高34.6m为单管立杆，其折合步数n 1=H/h=34.6/1.5=23 步，、计算脚手架的整体稳定性：A、求 N

14、值：NGK1=0.411kN ，N =1.2 (n1? Ngk1+ N gk2) +1.4 N qk=1.2 (23 X0.411+1.2 X2.95 ) +1.4 X10.5=30.3kN ，B、 求值：查表，卩=20， Ax=8.57，尼x=卩？=171，查表=0.218C、 验算整体稳定性：因立杆为单根，Ka=0.85，高度调整系数Kh=1/ (1+H/100 )=0.74，M=1/8 ?q 风？H12=1/8 X0.7X103X4.52=1.772kN.m=74.1 MPaM 30.3 1031.772 103= +b1A10.218 4 4891.2 489v KAKHf=0.85 X0.74 X205=128.9 MPa ，可、单根钢管稳定性:Ni=1/2 X1.2ni? Ngki+(0.5 X 1.0+0.35 )/1.4 x( 1.2Ngk2+1.4 N qk)=16.66kN , h/1=1500/15.94=94 ，查表 1=0.634i取jm