扣件式钢管脚手架计算要点教材

1、2021/2/211 扣件式钢管脚手架计算要点扣件式钢管脚手架计算要点 1、小横杆计算、小横杆计算:强度、刚度强度、刚度 2、大横杆的计算、大横杆的计算 3、连接扣件的抗滑承载力计算、连接扣件的抗滑承载力计算 4、立杆的稳定性计算、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、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、地基承载力计算 7、型钢悬挑梁的计算、型钢悬挑梁的计算 2021/2/212 计算常用规范 1. 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 2. 建筑结构荷载规范(GB5009-2001) 3. 钢

2、结构设计规范 (GB50017-2003) 2021/2/213 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) 2021/2/214 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

3、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 2021/2/215 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

4、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 2021/2/216 风压标准值计算风压标准值计算 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

5、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 2021/2/217 风压高度变化系数风压高度变化系数z,按照现行国家标准按照现行国家标准 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定的值进行选取。规定的值进行选取。 我们在设计脚手架时我们在设计脚手架时,要注意此值的取法要注意此值的取法, 按按 现行国家标准现行国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的要求的要求, 对于平坦或稍有起伏的地形对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系风压高度变化

6、系 数应依据地面粗糙度类别进行选择确定数应依据地面粗糙度类别进行选择确定 2021/2/218 2021/2/219 lz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 ls 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） 郑州市区郑州市区C C类、类、3030高、框架结构、全封闭外挂密目安全网高、框架结构、全封闭外挂密目安全网 wk=zsw0=1.0X1.3X0.8X0.3=0.312kN/m2 )(8 . 03 . 12 . 13 . 13 . 1

7、密目安全 w A n A s 2021/2/2110 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 64 44 dD I D dD W 32 44 )2(tDd 2021/2/2111 计算要

8、点之一计算要点之一 小横杆计算小横杆计算 小横杆按照简支梁进行强度小横杆按照简支梁进行强度( (只算弯曲、不算剪切只算弯曲、不算剪切) )和挠和挠 度计算度计算 lb 1.2P+1.4Q 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 2021/2/2112 2021/2/2113 小横杆荷载小横杆荷载 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

9、,纵距la=1.2,高度H=49m,步距h=1.5m 两个施工层 2021/2/2114 小横杆荷载设计值及力学小横杆荷载设计值及力学 模型模型 荷载的设计值: q=1.20.038+1.20.140+1.41.200=1.894kN/m 力学模型: 2021/2/2115 小横杆力学模型说明小横杆力学模型说明 2021/2/2116 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碗扣式脚手架承载能力提高约15% 2021/2/2117 简支梁内力图结构力学求解器 弯矩图 剪力图 变形图 mN ql M.261 8 2 05. 11894 8 2 max 2021/2/211

10、8 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 fmmN W M 2 /4 .51 5080 261000 mm mm l EI ql 2 . 1 12186710506. 2384 4 1050894. 15 )107( 150384 4 5 、 2021/2/2119 为什么不计算钢管的抗剪强度为什么不计算钢管的抗剪强度 2021/2/2120 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

11、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主节点处必须设置一根横向水平杆,用直角扣件扣接用直角扣件扣接 且严禁拆除。（去掉了内排架离墙距离的要求）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: 2021/2/2121 计算要点

12、之二计算要点之二 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 2021/2/2122 2021/2/2123 2021/2/2124 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） mN XX Pl P M .5 .318 2 . 1994267. 0

13、 267. 0 max mN ql q M .57. 6 2 2 . 16 .451 . 0 2 1 . 0 max 2021/2/2125 强度满足要求强度满足要求! ! mN q M P MM .1 .325 57. 65 .318 max max max 205 2 /0 .64 5080 325100 fmmN W M 2021/2/2126 大横杆挠度计算大横杆挠度计算:（荷载标准值）（荷载标准值） mm32.1 025.029.1 121867 5 1006.2100 4 12000456.0677.0 3 1200994883.1 EI100 4 ql677.0 EI100 3

14、Pl883.1 max max max qP 2021/2/2127 大横杆挠度小于大横杆挠度小于1200mm/1501200mm/150与与10mm10mm 刚度满足要求刚度满足要求! ! 2021/2/2128 大横杆在上的情况大横杆在上的情况 q1-脚手板及大横杆自重脚手板及大横杆自重 q2-活荷载活荷载 2021/2/2129 大横杆的构造规定大横杆的构造规定: 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

15、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 2021/2/2130 计算要点之三计算要点之三 扣件抗滑验算 扣件的抗滑承载力按照下式计算扣件的抗滑承载力按照下式计算 (规范规范5.2.5): R Rc Rc扣件抗滑承载力设计值扣件抗滑承载力设计值,取取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。本例即大横杆的支座反力。 试验表明试验表明: 当直角扣件的拧紧力矩达当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时单扣件抗滑承载时单扣件抗滑承载 力为力为8.0kN; 双扣件双扣件,考虑受力不均匀考虑受

16、力不均匀,抗滑承载力取抗滑承载力取12.0kN。 2021/2/2131 2021/2/2132 计算偏不安全计算偏不安全! !为什么为什么? ? kN82.3kNN2314 612253 2 . 16 .45 10 11 994 15 34 5 3 2 1 15 19 1 qlP q R P RR 2021/2/2133 较安全算法较安全算法: : 荷载计算荷载计算: :扣件覆盖范围内的横杆及脚手板自重、活荷载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大横杆的自重标准值: :P1=0.038P1=0.0381.200=0.046kN1.200=0.046kN 小横杆的自重标

17、准值小横杆的自重标准值: :P1=0.038P1=0.0381.051.053/2=0.060kN3/2=0.060kN 脚手板的荷载标准值脚手板的荷载标准值: :P2=0.350P2=0.3501.051.051.200/2=0.220kN1.200/2=0.220kN 活荷载标准值活荷载标准值: : Q=3.000Q=3.0001.0501.0501.200/2=1.890kN1.200/2=1.890kN 荷载的设计值荷载的设计值: : R=1.2R=1.2(0.046+0.06)+1.2(0.046+0.06)+1.20.220+1.40.220+1.41.890=3.0kN 1.89

18、0=3.0kN 扣件抗滑验算扣件抗滑验算满足要求满足要求! ! 2021/2/2134 计算要点之四计算要点之四 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 2021/2/2135 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 2021/2/2136 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

19、步三跨 2021/2/2137 值的说明 计算长度系数计算长度系数值是反映脚手架各值是反映脚手架各 杆件对立杆的约束作用。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采用了中国建筑科学研究院建筑机 械化研究分院械化研究分院19641964年年19651965年和年和 19861986年年19881988年、哈尔滨工业大学年、哈尔滨工业大学 土木工程学院于土木工程学院于19881988年年19891989年分年分 别进行原型脚手架别进行原型脚手架整体稳定性试验整体稳定性试验 所取得的科研成果所取得的科研成果, ,其其值在值在 1.52.01.52.0之间。之间。 综合了影响脚手架整体失

20、稳的各种综合了影响脚手架整体失稳的各种 因素因素: :连墙件、剪刀撑连墙件、剪刀撑 当然也包含了当然也包含了立杆偏心受荷（初偏立杆偏心受荷（初偏 心心e=53mme=53mm）的实际工况。的实际工况。 2021/2/2138 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 2021/2/2139 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

21、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 2021/2/2140 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 =6.546

22、4+1.359 =7.9kN 2021/2/2141 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 mN hlw M ak wk .24.84 10 5 . 12 . 1312 10 2 2 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 2021/2/2142 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

23、.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 2021/2/2143 无风工况立杆稳定核算 验算通过! 22 1 /205/4 .108 489262. 0 13890 489262. 0 31504 . 179002 . 1 4 . 12 . 1 mmNfmmN N A NN A NQkGk 无风 2 /205mmNf A N 无风 2021/2/2144 0.9 组合系数 验算通过! mNMMWkW.10624.844 . 19 . 04 . 19 . 0 有风工况立杆稳定核算 2 /205mm

24、Nf W M A NW 有风 22 1 /205/126 9 .20105 5080 106000 489262. 0 31504 . 19 . 079002 . 1 W 4 . 19 . 02 . 1 W mmNfmmN M A NNM A NWQkGkW 有风 2021/2/2145 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） 计算要点之五计算要点之五 连墙件验算 例:48*3.5,排距lb=1.05,纵距la=1.2,高度H=49m,步距h=1

25、.5m 两个施工层、两步三跨 2 /17420585. 085. 0mmNf A N c l 2 /17420585. 085. 0mmNf A Nl 2021/2/2146 2021/2/2147 2021/2/2148 连墙件稳定系数 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 =l/i=500/15.9=31.4 稳定系数 =0.914 查表A.0.6 2021/2/2149 连墙件稳定核算、连接验算 稳定验算通过! Nl=7717N =7.7kN Rc=8kN 连接扣件抗滑验算通过!(若不通过,增加扣件) 22 0lw

26、 /17485. 0/3 .17 489914. 0 7717 489914. 0 30006 . 333124 . 1 mmNfmmN N A NN A Nl 2021/2/2150 连墙件的说明连墙件的说明 采用形式:扣件式连接、焊接,螺栓连接等,最常用的扣件 式连接方式。 注意两个问题。 1 限制连墙件偏离主节点的最大距离300mm 只有连墙件在主节点附近方能有效地阻止脚手架发生横 向弯曲失稳或倾覆,若远离主节点设置连墙件,因立杆的抗弯刚 度较差,将会由于立杆产生局部弯曲,减弱甚至起不到约束脚手 架横向变形的作用。 实际工程中,许多连墙件设置在立杆步距的12附近,这对 脚手架稳定是极为不

27、利的。 2 第一步立柱所承受的轴向力最大,是保证脚手架稳定性的控制 杆件。在该处设连墙件,也就是增设了一个支座,这是从构造上 保证脚手架立杆局部稳定性的重要措施之一。 2021/2/2151 K-标准值（设计值安全） Nk-立杆轴向力13.89kN （取立杆稳定计算时的设计值安全、方便） A-基础地面面积（钢垫板、木垫块等） fg-地基承载能力（天然地基、回填土0.4） 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 计算要点之六计算要点之六 地基承载力计算 g k f A N k p 2021/2/2152 1. 抗弯强度、整体

28、稳定性和挠度; 2. 锚固件及其锚固连接的强度; 3. 梁下建筑结构的承载能力验算。 例:48*3.5,排距lb=1.05,纵距la=1.2,高度H=19m（总高60m）,步距h=1.5m 两 个施工层、两步三跨 计算要点之七计算要点之七 悬挑钢梁（不小于16工）计算 2021/2/2153 超过一定规模的危险性较大的分部分 项工程 深基坑工程 （一）开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护和降水工程 （二）开挖深度虽未超过5m,但地质条件、周围环境和地下管线复杂,或影响毗 邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。 模板工程及支撑体模板工程及支撑体 系系 （一

29、）工具式模板工程:包括滑模、爬模、飞模等工程。 （二）混凝土模板支撑工程:搭设高度8m及以上;搭设跨度18m及以上;施工总荷 载15kN/m2及以上;集中线荷载20kN/m及以上; （三）承重支撑体系:用于钢结构安装等满堂支撑体系,承受单点集中荷载700kg 以上。 起重吊装及安装拆 卸工程 （一）采用非常规起重设备、方法,且单件起吊重量在100kN及以上的起重吊装 工程; （二）起重量300kN及以上的起重设备安装工程;高度200m及以上内爬起重设 备的拆除工程。 脚手架工程脚手架工程 （一）搭设高度50m及以上的落地式钢管脚手架工程;（二）提升高度150m及 以上附着式整体和分片提升脚手架

30、工程;（三）架体高度20m及以上悬挑式脚手 架工程; 拆除、爆破工程 其他 （一）施工高度50m及以上的建筑幕墙安装工程;（二）钢跨度大于36m及以上 的钢结构安装工程;跨度大于60m级以上的网架和索膜结构安装工程;（三）开挖 深度超过16m的人工挖孔桩工程;（四）地下暗挖、顶管及水下作业工程;（五） 采用新技术、新工艺、新材料、新设备及尚无相关技术标准的危险性较大的分 部分项工程。 2021/2/2154 2021/2/2155 吊拉钢索为安全储备,按构造设置,不计入悬挑梁受力（变形大） 注意lc、lc1、 lc2 、lc3的取值与上图中L1和L2的关系 L1=Lc1=100+1050+50

31、0+100=1750 L21.25L1 故Lc 1.25L1-300=1.25*1750-300=1887.5 取1900mm 注意L1 L2构造要求与老规范的区别（更严格） 例:48*3.5,排距lb=1.05,纵距la=1.2,高度H=19m（总高60m）,步距h=1.5m 两 个施工层、两步三跨 里立杆距墙500 2021/2/2156 荷载 N-立杆轴向力 13.89kN12kN（H49 H19） q-悬挑梁自重205.13N/m=0.20513kN/m 2021/2/2157 16工截面特性 截面积A 惯性矩I截面模量W回转半径i 每米长质量 IxIyWxWyixiy (cm2)(c

32、m4)(cm3)(cm)(kg/m) 26.131113093.114121.26.851.8920.513 截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长重力 (mm2)(mm4)(mm3)(mm)(N/mm) 2613.19310001410002120068.518.90.20513 2021/2/2158 例:48*3.5,排距lb=1.05,纵距la=1.2,高度H=19m（总高60m）,步距h=1.5m 两 个施工层、两步三跨 里立杆距墙500 2021/2/2159 弯矩图kN.m 2021/2/2160 剪力图kN 2021/2/2161 型钢悬挑梁的抗弯强度计算公式: 型钢悬挑梁

33、的整体稳定性验算公式: f W M n max f W M b max 2021/2/2162 悬挑梁整体稳定系数 b y=lc/iy=1750/18.9=931.750*2/250=0.014m 未通 过!(设计值?标准值?) E=2.06X108kN/m2 I =1.13X107mm4=1.13X10-5m4 EI=2327.8kN.m2 2021/2/2165 悬挑梁构造要点 悬挑钢梁前端应采用吊拉卸荷,吊拉卸荷的吊拉构件有刚性 的,也有柔性的,如果使用钢丝绳,其直径不应小于14,使用 预埋吊环其直径不宜小于20（或计算确定）,预埋吊环 应使用HPB235级钢筋制作。钢丝绳卡不得少于3个。 悬挑钢梁悬挑长度一般情况下不超过2m能满足施工需要, 但在工程结构局部有可能满足不了使用要求,局部悬挑长度 不宜超过3米。大悬挑另行专门设计及论证。 在建筑结构角部,钢梁宜扇形布置（联梁