建筑脚手架施工设计计算方法及算例

施工技术通讯—施工设计篇８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、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：⑴、立杆：横距为0.9～1.5m（高层架子不大于1.2m），纵距为1.4～2.0m。单立杆双排脚手架的搭设限高为50m，当搭设限高50m以上的脚手架时，35m以下应采用双立杆，或自35m起分段卸载措施，且上部单立杆的高度应小于30m。立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧，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。⑵、大横杆：其步距为1.5～1.8m。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。⑶、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。⑷、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。⑸、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0.2～1.8m）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20m；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：⑴、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、相应措施；⑵、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，施工技术通讯—施工设计篇９专用加工件验算；⑶、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：⑴、构架的整体稳定性计算，可转化为立杆稳定性计算；⑵、单肢立杆的稳定性计算；⑶、平杆的抗弯强度和挠度计算；⑷、连墙件的强度和稳定性验算；⑸、抗倾覆验算；⑹、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⑴、钢管脚手架构造简图：见下图1（b）双排脚手架（a）单排脚手架拉撑杆脚手板立杆小横杆墙身h垫木大横杆1200～1500大横杆垫木h墙身小横杆立杆脚手板弹性支座N立杆小横杆hbhH1HHH1111h-脚手架底步步距1H-连墙点竖向间距b-立杆横距h-步距图2立杆稳定性核算简图图1钢管脚手架简图⑵、荷载：包括施工荷载（操作人员和材料及其设备等重力）和脚手架自重力。荷载的传递顺序是：脚手板→小横杆→大横杆→立杆→底座→地基。⑶、小横杆计算：按简支梁计算，①、强度计算：按实际堆放位置的标准值计算其最大弯矩：fWMnX。②、挠度计算：将荷载换算成等效均布荷载：.15038454lwEIqlw同时满足规范JGJ130-2001Tab5.1.8[w]≤10mm；③、符号意义：--大小横杆的弯曲应力；l--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、抗压强度设计值，2/205mmNf；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，2.06×105（MPa）。⑷、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，①、弯曲强度按下式：fWMnX②、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，然后换算成等效均布值：.10099.04'wEIlqw③、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。施工技术通讯—施工设计篇１０⑸、脚手架立杆稳定性计算：①、按图式轴心受力格构式压杆计，见图2不考虑风载时：fKKANHA，（其中N=1.2（QKGKGKNNNn4.1)211）考虑风载时：fKKAbMANHA11②、双排脚手架单杆稳定性计算：fKKANHAm11③、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--一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；n1-脚手架的步距数，A--脚手架内外排立杆的毛截面积之和；Φ--格构式压杆整体稳定系数，按换算长细比xcx，查表7-8；λx--格构式压杆长细比，查表7-9，μ--换算长细比长系数，查表7-10；KH--与脚手架高度有关的调整系数，当Hm25时，取0.8，当Hm25时，10011HKH，H—脚手架高度；KA--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；M—风荷载对格构式压杆产生的弯矩，8/211HqM；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；得的稳定系数；，查表按87/1111ihh1处的步矩；脚手架底步步矩或门洞1i--内排或外排立杆的回转半径；σm--操作处水平杆对立杆偏心传力产生的附加应力，当施工荷载。；非施工层的取，；时，取0/55/3000/35/20002222mmKmKmmNmNQmmNmNQ⑹、脚手架与结构的连接计算：施工技术通讯—施工设计篇１１①、连接件抗拉、抗压强度按下式计算：fANNnct85.0②、连接件与脚手架及主体结构的连接强度按下式计算：CVCtNNN)(③、符号意义：)(CtNN--风荷载作用对连墙点处产生的拉力或压力，由下式计算kCtwLHNN114.1)(，H1、L1--连墙点的竖向及水平间距；wk--风荷载标准值，An--连接件的净截面积；[NVc]--连接件的抗压或抗拉设计承载力，采用扣件时，[NVc]=6kN/只。⑺、最大搭设高度：双排扣件钢管脚手架一般搭设高度不宜超过50m，超过时，应采取分段搭设或分段卸荷措施。由地面起或挑梁上的每段脚手架最大搭设高度公式：,1001maxHHH其中hNNNAfKHGKQKGKA122.1)4.12.1(3.1，Af--可由表7-11查取；h—脚手架的步距。三、算例钢管Φ48×3.5，,5.1mhWx=5075mm3，Ix=1.219×105mm4，人群荷载：2.0kN/m2，施工荷载：2.0kN/m2，风荷载：0.7kN/m21、搭设高度计算：H=hNNNAFKGKQKGKA122.1)4.12.1(3.1={［)4.84.1715.12.1(3.1988.4285.0］/（1.2×0.411）}×1.5=56.5m则最大允许搭设高度计算：Hmax=100/1HH=56.5/（1+0.565）=36m2、脚手架的稳定计算：⑴、小横杆：按简支梁计算，间距1.2m，q1=（2.0+2.0）×1.2=4.8kN/m，Mx=1/8q1l2=1/8×4.8×1.22=0.864kN.m，σ=XXWM=0.864×1000/5.075=170.2MPa＜[σ]=205MPa，可fmax=EIlq384541=5.4mm＜L/150=8.0mm，可施工技术通讯—施工设计篇１２⑵、大横杆：按三跨连续梁计算Mx=KM•F•L=0.213×2.88×103×1.2=736.1N.m，σ=XXWM=736.1×103/（5.075×103）=145MPa＜[σ]=205MPa，可fmax=EIFLKW1003=4533310219.11006.2100)102.1(1088.2615.1=3.2mm＜L/150=8.0mm，可⑶、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n1=H/h=34.6/1.5=23步，①、计算脚手架的整体稳定性：A、求N值：NGK1=0.411kN，N=1.2（n1•NGK1+NGK2）+1.4NQK=1.2（23×0.411+1.2×2.95）+1.4×10.5=30.3kN，B、求Φ值：查表，μ=20，λx=8.57，λcx=μ•λx=171，查表Φ=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=1/8×0.7×103×4.52=1.772kN.m，则11AbMAN=4894218.0103.303+4892.110772.13=74.1MPa＜KAKHf=0.85×0.74×205=128.9MPa，可②、单根钢管稳定性：N1=1/2×1.2n1•NGK1+［（0.5×1.0+0.35）/1.4］×（1.2NGK2+1.4NQK）=16.66kN，λ1=ih=1500/15.94=94，查表Φ1=0.634取σM=35MPa，单根钢管截面积A1=489mm2，则111AN+σM=16.66×103/（0.634×489）+35=88.7MPa＜KAKHf=0.85×0.74×205=128.9MPa，可四、结束语建筑脚手架是施工作业中必不可少的手段、设备，没有它就难以进行施工作业和确保施工安全、进度，同时占用大量的资金。本文主要介绍了扣件式钢管脚手架，具有重量轻、工效快、降低成本、经济效益高等多方面的优点，而受到了施工单位的重视和大量使用。