扣件式钢管脚手架计算要点 1、小横杆计算：强度、刚度 2、大横杆的计算 3、连接扣件的抗滑承载力计算 4、立杆的稳定性计算 5、连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算 6、地基承载力计算 7、型钢悬挑梁的计算 计算常用规范 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规 范(JGJ 130-2011) 2001、网络资料依据 建筑结构荷载规范(GB5009-2001) 钢结构设计规范 (GB50017-2003) 计算基础知识之一 单位问题 lN-mm单位制 (1m=1000mm) l质量单位：吨（t），公斤（kg） lkg（质量）与N（力）之间的关系 F=mamX10（重力加速度g=9.8m/s2） 故 1kgf=10N 1tf=10kN 例如：1、钢管48.3X3.6的质量为3.97kg/m，自重荷载标 准值39.7N/m ； 2、外墙装饰脚手板上活荷载 2kN/m2,相当于200kgf/m2(两、三个工人的体 重/m2) 计算基础知识之二 荷载类型 永久荷载在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可 以忽略不计。如结构自重、预应力等。 钢管自重标准值：1）横杆计算时 39.7N/m(48.3X3.6) 不考虑配件自重 2）立杆计算时 :查表A.0.1 考虑扣件自重 ，不含栏杆、 挡脚板、安全网自重。 脚手板自重： 冲压钢板 0.3KN/m2 木、竹片脚手板 0.35KN/m2 可变荷载在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可 以忽略不计的荷载。如施工人员及设备材料重量、风荷载等。 结构施工用脚手架施工层均布荷载标准值：3KN/m2 装饰装修用脚手架施工层均布荷载标准值：2KN/m2 风荷载计算 计算基础知识之三 分项系数 以概率理论为基础的极限状态设计法 荷载标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值 、中值或某个分位值。） 刚度计算 荷载设计值-荷载标准值乘以分项系数 强度计算 永久荷载分项系数：1.2 可变荷载分项系数：1.4 组合系数2个以上可变荷载时：0.9（风+均布活荷载）老规范0.85 风压标准值计算 wk=zsw0 wk=.zsw0（w0取n=50的值） JGJ130-2001 wk风荷载标准值（kN/m2）； z风压高度变化系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范 GB50009规定采用； s脚手架风荷载体型系数，应按JGJ130-2011表4.2.6的规定采用； wo基本风压值 （kN/m2），应按国家标准建筑结构荷载规范 GB50009-2001附表D.4的规定采用，取重现期n=10对应的风压值。 郑州: w0=0.3 KN/m2 计算基础知识之四 风荷载 风压高度变化系数z，按照现行国家标 准建筑结构荷载规范规定的值进行选取 。我们在设计脚手架时，要注意此值的取法 ， 按现行国家标准建筑结构荷载规范的 要求，对于平坦或稍有起伏的地形，风压高 度变化系数应依据地面粗糙度类别进行选择 确定 l z与地面粗糙度有关(A、B、C、D四类) 与计算脚手架的离地面高度有关 市区C类10m高处：0.74；30m高处：1.0；60m高处1.35 l s 与背靠建筑物的封闭状况有关（墙1.0、其它1.3） 与脚手架自身状况有关（是否封闭、挡风 系数大小） 郑州市区C类、30高、框架结构、全封闭外挂密目安全网 wk=zsw0=1.0X1.3X0.8X0.3=0.312kN/m2 计算基础知识之五 钢管（48.3X3.6）截面特性 外径D壁 厚t截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长质量 (mm)(mm)(cm2)(cm4)(cm3)(cm)(kg/m) 48.33.65.0612.715.261.593.97 外径壁 厚t截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长重力 (mm)(mm)(mm2)(mm4)(mm3)(mm)(N/mm) 48.33.65.06X1021.271X1055.26X10315.90.0397 计算要点之一 小横杆计算 小横杆按照简支梁进行强度(只算弯曲、不算剪切)和 挠度计算 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 小横杆荷载 恒荷载计算： 小横杆的自重标准值：q1=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值： q2=0.3501.200/3=0.140kN/m 活荷载计算： 活荷载标准值：Q=3.01.2/3=1.200kN/m 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 小横杆荷载设计值及力学 模型 荷载的设计值： q=1.20.038+1.20.140+1.41.200=1.894kN/m 力学模型： 小横杆力学模型说明 小横杆力学模型说明 碗扣式脚手架承载能力提高约15% 简支梁内力图结构力学求解器 弯矩图 剪力图 变形图 小横杆强度与挠度校核 l 弯曲应力 f =205 N/mm2 l 挠度 q标准值 E =2.06X105 N/mm2 为什么不计算钢管的抗剪强度 1 作业层上非主节点处的横向水平杆，宜根据支承脚手板 的需要等间距设置，最大间距不应大于纵距的1/2； 2 当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时，双 排脚手架的横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水 平杆上；单排脚手架的横向水平杆的一端应用直角扣件固定 在纵向水平杆上，另一端应插入墙内，插入长度不应小于 180mm； 3 当使用竹笆脚手板时，双排脚手架的横向水平杆的两端 ，应用直角扣件固定在立杆上；单排脚手架的横向水平杆的 一端，应用直角扣件固定在立杆上，另一端插入墙内，插入 长度不应小于180mm。 6.2.3 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。（去掉了内排架离墙距离的要求） 横向水平杆的构造应符合下列规定 ： 计算要点之二 大横杆计算 荷载： 小横杆传递给大横杆的荷载-集中力P设计值 即小横杆的支座反力 : P =qlb/2 =1.894kN/mX1.05m/2 =0.994kN 大横杆的自重-均布力q设计值 q=1.2X0.038kN/m=0.0456kN/m 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 集中荷载P作用弯矩最大值（位置） 均布荷载q作用弯矩最大值（位置） （ l=la=1.2m） 强度满足要求! 大横杆挠度计算：（荷载标准值） 大横杆挠度小于1200mm/150与10mm 刚度满足要求! 大横杆在上的情况 q1-脚手板及大横杆自重 q2-活荷载 大横杆的构造规定： 1 纵向水平杆应设置在立杆内侧，单根杆长度不应小于3跨； 2 纵向水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，并应符合下列规定： 1）两根相邻纵向水平杆的接头不应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 应大于纵距的1/3 计算要点之三 扣件抗滑验算 扣件的抗滑承载力按照下式计算 (规范 5.2.5): R Rc Rc扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN； R纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 ； 本例即大横杆的支座反力。 试验表明： 当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时单扣件抗滑承 载力为8.0kN； 双扣件，考虑受力不均匀，抗滑承载力取12.0kN。 计算偏不安全！为什么？ 较安全算法： 荷载计算：扣件覆盖范围内的横杆及脚手板自重、活荷载 大横杆的自重标准值：P1=0.0381.200=0.046kN 小横杆的自重标准值：P1=0.0381.053/2=0.060kN 脚手板的荷载标准值：P2=0.3501.051.200/2=0.220kN 活荷载标准值： Q=3.0001.0501.200/2=1.890kN 荷载的设计值： R=1.2(0.046+0.06)+1.20.220+1.41.890=3.0kN 扣件抗滑验算满足要求! 计算要点之四 立杆稳定性验算 计算方法力求简单、正确、可靠。 整体稳定、单杆局部稳定合并为一个公式 。 计算部位：最底层立杆 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 值的说明 计算长度系数值是反映脚手架 各杆件对立杆的约束作用。 采用了中国建筑科学研究院建筑 机械化研究分院1964年1965年和 1986年1988年、哈尔滨工业大学 土木工程学院于1988年1989年分 别进行原型脚手架整体稳定性试 验所取得的科研成果，其值在 1.52.0之间。 综合了影响脚手架整体失稳的各 种因素：连墙件、剪刀撑 当然也包含了立杆偏心受荷（初 偏心e=53mm）的实际工况。 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 NG1k-架体自重，查表。 含：立杆、横杆、剪刀撑、扣件重量。 NG2k-构、配件自重， 含：脚手板、栏杆、挡脚板、安全网重量。标准值可查表 4.2.1-1、2。 木脚手板: 0.35kN/m2 栏杆、木挡脚板： 0.17kN/m2 安全网： 0.01kN/m2 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层 两步三跨 NG1k = 0.1336kN/m49m=6.5464kN NG2k = NG2脚手板+ NG2栏杆、挡脚+ NG2安全网 = 0.3502层1.2(1.05+0.3)/2+0.171.22层/2 +0.011.20049 =0.567+0.204+0.588 =1.359kN NGk= NG1k + NG2k =6.5464+1.359 =7.9kN l活荷载标准值 NQk1 = 5kN/m21.2m1.05m/2 =3.15kN l风压标准值 wk=0.312kN/m2 风压引起立杆弯矩标准值，公式5.2.9 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 立杆稳定系数 例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 l0=kuh=1.155X1.5X1.5=2.6m 计算长度系数，查表5.2.8 =l0/i=2600/15.9=164=210 稳定系数 =0.262 查表A.0.6 无风工况立杆稳定核算 验算通过！ 0.9 组合系数 验算通过！ 有风工况立杆稳定核算 连墙件受力： 1、迎风面上的风力 Nlw=1.4WkAW 2、脚手架平面外变形所产生的连墙件轴力 N0= 3kN （单排2kN） 验算内容： 1、强度 2、稳定 Ac-净截面（孔、螺纹等） 计算要点之五 连墙件验算 例：48*3.5，排距lb=