扣件式钢管脚手架设计计算教学课件

1、扣件式钢管脚手架设计计算周继忠一、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。单立杆双排脚手架双立杆脚手架悬挑脚手架悬挑脚手架二、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。 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的要求，采用分项系数设计表达式进行设计，对于

2、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。 荷载效应组合计算项目荷载效应组合纵向、横向水平杆强度与变形永久荷载+施工均布活荷载脚手架立杆稳定永久荷载+施工均布活荷载永久荷载+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四、脚手架荷载计算 1、恒载标准值：脚手架结构自重标准值gk和构配件自重标准值Qp；2、施工荷载标准值Qk：作业层荷载乘以作业层数；3、风荷载标准值: wk=0.7szw0s风载体形系数；

3、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）w0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/m2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30m2，构造符合规范要求时，验算脚手架立杆的稳定性，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、框架和开洞墙脚手架状况全封闭、半封闭1.01.3敞开stw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

4、第36项的规定计算；2、为挡风系数，=1.2An/Aw，其中An为挡风面积；Aw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。敞开式单、双排扣件钢管（48*3.5）脚手架的挡风系数步距(m)纵距(m)1.21.51.82.01.20.1150.1050.0990.0971.350.1100.1000.0930.0911.50.1050.0950.0890.0871.80.0990.0890.0830.0802.00.0960.0860.0800.077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

5、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=100cm2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A0cm，则密目式安全立网挡风系数为：其中，An1为密目式安全立网在100cm2内的挡风面积；（每目孔隙面积为1.3mm2）Aw1为密目式安全立网在100cm2内的迎风面积；2）敞开式扣件钢管脚手架的挡风系数为：An2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： 五、纵向水平杆、横向水平杆计算 纵向水平杆、横向水

6、平杆的抗弯强度=M/WfM弯矩设计值；M=1.2MGk+1.4MQk W截面模量；f钢材的抗弯设计值；MGk脚手架自重标准值产生的弯矩；MQk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a1可取300。纵向或横向杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力RRc，Rc扣件抗滑承载力设计值（直角扣、旋转扣为8kN、对接扣为3.2kN）；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）+Mw/WfN计算立杆段的轴向力设计值；轴向受压构件的

7、稳定系数，由长细比定，当250时，=7320/2=l0/il0计算长度，l0=khk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MwMw=0.85*1.4Mwk=0.85*1.4wklah2/10 脚手架立杆的计算长度系数表类别立杆横距（m）连墙件布置二步三跨三步三跨双排架1.051.051.701.301.551.751.551.601.80单排架1.501.802.00Mwk风荷载标准值产生的弯矩；wk风荷载标准值，la立杆纵距。计算立杆段的轴向力设计值N：不组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQ

8、k组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQkNG1k脚手架结构自重标准值产生的轴力；NG2k构配件自重标准值产生的轴力；NQk施工荷载标准值产生的轴力和。 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HS，应按下式计算并取小值。 不组合风载时:HS=Af-（1.2NG2k+1.4NQk）/(1.2gk) 组合风载时:HS=Af-1.2NG2k+0.85*1.4(NQk+AMwk/W)/(1.2gk)式中HS按稳定计算的搭设高度；gk每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m）。 当按上述计算的HS等于或大于26m时，可按下式调整且不宜超过50m：H=HS/（1

9、+0.001HS）H脚手架搭设高度限值（m）。 七、连墙杆计算 连墙杆的轴力设计值Nl=Nlw+N0Nlw风载产生的连墙件轴向力设计值N0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 Nlw=1.4wkAwAw每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧面的迎风面积。八、立杆地基承载力计算 pfgp立杆基础底面的平均压力，p=N/A；N上部结构传至基础面的轴力设计值；A基础底面积；fg地基承载力设计值，fg=kcfgkkc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；fgk地基承载力标准值。九、落地架计算实例 1、纵

10、杆抗弯强度及变形计算例：设立杆纵距La=1.5m，横距Lb=1.05m，纵杆等间距设置，间距S=Lb/3=1.05/3=0.35m，施工均布荷载标准值Qk=3kN/m2，竹笆脚手架自重为Qp=0.3kN/m2。1）抗弯强度验算：作用在纵向水平杆永久线荷载标准值qk1=0.30.35=0.105 kN/m作用在纵向水平杆可变线荷载标准值qk2=30.35=1.05 kN/m作用在纵向水平杆永久线荷载设计值q1=1.2 qk1=1.20.105=0.126 kN/m作用在纵向水平杆可变线荷载设计值q2=1.4 qk2=1.4 1.05=1.47 kN/m最大弯矩Mmax=0.1 q1La2+0.1

11、17 q2 La2=0.1*0.126*1.52+0.117*1.47*1.52=0.42 kN.m抗弯强度 N/mm2f2)挠度计算=2.2mmLa/150=10mm 2、横杆及扣件抗滑计算例：设立杆横距为Lb，纵距为La，计算外伸长度为a1，纵杆间距为S，施工均布荷载标准值为Qk，竹笆脚手板均布标准值为Qp。解：作用在纵杆上永久线荷载标准值qk1=QpS作用在纵向水平杆可变线荷载标准值qk2=QkS作用在纵向水平杆永久线荷载设计值q1=1.2 qk1=1.2 QpS作用在纵向水平杆可变线荷载设计值q2=1.4 qk2=1.4 QkS由纵杆传给横杆的集中力标准值：Fk=1.1qk1La+1.

12、2qk2La=1.1QpSLa+1.2QkSLa=SLa(1.1Qp+1.2Qk)由纵杆传给横杆的集中力设计值：F=1.1q1La+1.2q2La=1.1*1.2QpSLa+1.2*1.4QkSLa=SLa(1.1*1.2Qp+1.2*1.4Qk)1)抗弯强度当纵杆两根时:S=Lb/3最大弯矩M=FLb/3,=M/W当纵杆三根时:S= Lb/4最大弯矩M=FLb/2,=M/W2)挠度计算当纵杆两根时:S=Lb/3当纵杆三根时:S= Lb/43)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/=1.1q1/La+1.2q2/La=1.1*1.2QpLaa1/2+1.2*1.4QkL

13、aa1/2=0.5a1La(1.1*1.2Qp+1.2*1.4Qk)当纵杆两根时:S=Lb/3R=2F+F/(1+a1/Lb)当纵杆三根时:S= Lb/4R=2.5F+F/(1+a1/Lb) 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a1=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/m2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)Qk=3kN/m2，脚手板自重标准值0.3 kN/m2，铺设四层，Qp1=4*0.3 kN/m2，栏杆、挡脚板自重标

14、准值Qp2=0.11 kN/m，建筑结构为框架结构，用密目网全封闭脚手架，其挡风系数=0.872，密目网自重Qp3=0.005kN/m2，脚手架高度：HS=50m，H=48m。1）分析立杆稳定计算部位组合风荷载 N/（A）+Mw/Wf把Mw=0.85*1.4Mwk=0.85*1.4wklah2/10 wk=0.7szw0 N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQk代入简化为：1.2HSgk/(A)+0.85*1.4*0.7szw0lah2/(10W)+1.2NG2k/(A)+ 0.85*1.4NQk/(A)f令脚手架自重产生的轴压力g=1.2HSgk/(A)风荷载产生的弯曲应力:

15、 w=0.85*1.4*0.7szw0lah2/(10W)用s=1.3=1.3*0.872=1.1336代入上式w=0.85*1.4*0.7z*1.1336*0.45*1.2*1.52*106/(10*5.08*103)=22.6z根据分析计算立杆稳定验算最不利部位为脚手架底部。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NG1k= HSgk=50*0.1291=6.455kN构配件自重标准值得产生的轴向力NG2k=0.5(Lb+a1)LaQp1+ Qp2La+LaHQp3=0.5(1.05+0.

16、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NQk=0.5(Lb+a1)LaQk =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*0.7z*1.1336*0.45*1.2*1.52*106/(10*5.08*103)=22.6z4)立杆稳定验算组合风荷载时N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85*1.4NQk =1.2(6.455+1.392)+0.85*1.4*2.43=12.31kNN/（A）+Mw/W=12.31*103/(0.262*489)+22.6=96.08+2

17、2.6=118.68N/mm2不组合风载时N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQk =1.2(6.455+1.392)+1.4*2.43=12.82kNN/（A）=12.82*103/(0.262*489)=100.06N/mm2 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，建筑结构形式为框架结构，基本风压0.45kN/m2，地面粗糙类别为B类，连墙见采用48*3.5mm。用扣件连接。解：脚手架上水平风载标准值wk=0.7szw0计算部位取50m处，地面粗糙度

18、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=1.1323wk=0.7szw0=0.7*1.67*1.1323*0.45=0.60kN/m2连墙件的轴力 Nl=Nlw+N0=1.4wkAw+5=1.4*0.6*2*1.8*3*1.2+5=15.89kNRC=8kN, Nl=15.89KnRC单扣不满足要求,应采用双扣件。连墙件稳定验算：=lH/i=50/1.58=32=150 =0.912，Nl/（ A）=15.89*103/(0.912*489)=35.63N/mm2满足要求。 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

19、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0.25kN/m2，安全网0.005kN/m2，所挑范围允许一步架施工，每一步架上施工荷载3kN/m2。 荷载计算1、钢管：1）双排立杆 1.8*2*0.0384=0.138kN2)大横杆 1.8*4*0.0384=0.276kN3)小横杆 1.6*1*0.0384=0.061kN4)外排立杆剪刀撑 1.8* *1*0.0384=0

20、.098kN5)附墙杆 1.5*1*0.0384=0.058kN2、扣件 6*0.015=0.09kN3、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=0.016kN5、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P1=1.2*11.656/2+1.4*3.78=12.286kN外立杆P2=1.2*11.656/2+1.4*2.7=10.774kNl0=kh=1.155*1.5(1.7)1.8

21、=3.12(3.534)=l0/i=312(353.4)/1.58=197(224)N/（A）=12286/(0.186*489)=135MPaN/（A）=12286/(0.145*489)=189.96MPa 7、挑架计算（三角形钢架） 300 1000 A P1 P2 RAX C RAY 3300 RBX B RBY MA=00.3P1+1.3P2-3.3RBX=0 0.3*12.286+1.3*10.774-3.3RBX=0 RBX=5.36 X=0 RBX+RAX=0 RAX =-5.36取AC段,令MC=0 1.3RAY-1*P1=0 RAY=9.45 Y=0 RBY+RAY=P1+

22、P2 RBY=13.61分析杆件内力，并选择截面。NBC= =14.63 MAC=0.3RAY=2.835 QAC= 2.836 钢管f=205N/mm2，E=2.06*105十一、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10

23、0mm，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。幻灯片 342、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0.4l，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

24、。 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1m，应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。立杆顶端宜高出女儿墙上皮1m，高出檐口上皮1.5m。5、连墙件的布置应符合下列规定：宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm，一字型、开口型脚手架的两端必须设置连墙件，连墙件的垂直间距不应大于建筑物的层高，并不大于4m（2步。） 6、对高度在24m以下的单、双排脚手架，宜采用刚性连墙件与建筑物可靠连接，亦可采用拉筋和顶撑配合使用的附墙连接方式。严禁使用仅有拉筋的柔性连墙件。7、对高度在24m以上的双排脚手架，必须采用刚性连墙件与建筑物可靠连接。连墙件的构造必须采