扣件式钢管脚手架设计实例解析

1、扣件式钢管脚手架设计实例解析. 、/一1. 前言根据建筑施工安全检查标准（JGJ59-99对外脚手架的规定：提岀逐步淘汰毛竹脚手架，积极推广扣件式钢管脚手架。建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JG130-2001 ）对扣件式钢管脚手架的设计原则和计算方法都作了规定。笔者将以该规范为依据，结合工程实例，系统地对扣件式钢管脚手架的设计计算 和使用过程中应注意的有关事项，作一解析。2. 工程实例概况黄岩东河嘉苑商住楼 13#楼，建筑面积为15000m2，（三幢楼地下室全部连通，地下室呈L形），最高建筑物 3#楼檐口高度为 19.8m， 1#楼.2#楼北侧脚手架和 3#楼南侧脚手架搭设在地下室顶板

2、上。3. 脚手架设计3.1 计算参数的确定（ 1 ）架体尺寸。立杆横距 lb=800mm ，纵距 la=1500mm ，步距 h=1800mm 。搭设高度 21.3m （取 3#楼为 计算对象），立杆底部垫设槽钢。2 ）架体构件见表3）围档材料。采用 2000 目安全网，全高封闭，挡风系数 0.6，自重标准值 5N/m2（6）基本风压。台州地区基本风压为3 0=0.55kN/m2，风压高度变化系数卩z=1.31,脚手架风荷载体型系数卩 s=0.11573.2 横向、纵向水平杆计算式中的M 弯矩设计值，按 M = 1.2MGK为施工荷载标准值产生的弯矩。W 载面模量。f钢材的抗弯强度设计值， f

3、=205N/mm2（ 1 ）横向水平杆的抗弯强度计算横向水平杆的内力按简支计算，计算跨度取立杆的横距lb=800mm ，脚手架横向水平杆的构造计算外0.136kN/m （纵距 1.5m，步距 1.8m），脚手伸长度 a=300mm ， a1=100mm 。 永久荷载标准值 gk 包括每米立杆承受的结构自重标准值 板片重标准值 0.35kN/m2 和栏杆与挡板自重标准值 0.14kN/m （如图 1） 740)this.width=740"border=undefined>图1结构自重计算简图gk=0.136+0.35 X 1.2+0.14=0.696kN/mMA=1/2gka2

4、=1/2X 696X 0.32=31.32NmMB=1/2gka21=1/2X 696X 0.12=3.48NmMA-MB=31.32-3.48=27.84NmMGK=gk/2lb/2-(MA-MB)/gkl2b-MA=696/2 X 0.8/2-(27.84/696 X 0.8)2-31.32=11.32Nm 施工均布活荷载标准值Qk=3kN/m2X 0.75=2.25kN/m740)this.width=740"border=undefined>图 2 施工荷载计算简图MQK=Qkl2b/8=1/8X2250X0.82=180NmM=1.2MGk+1.4MQK=1X.211

5、.31+1.4X180=265.57Nm(T =M/W=265.57X 103/5.08 X 103=52.28N/mm2 v f=205N/mm2所以横向水平杆满足安全要求。(2)纵向水平杆的抗弯强度按图3三跨连续梁计算，计算跨度取纵距la=1500mm。F为纵向水平跨中及支座处的最大荷载，分别按静载P和活载Q进行计算，作用在支座上的F力在弯矩计算时可以不用考虑。740)this.width=740"border=undefined> 考虑静载情况P=gk(lb+a-a1)/2lb=696 X (0.8+0.3+0.1) X (0.8+0.3-0.1)/(2 X 0.8)=5

6、22N图4 静载布置情况考虑跨中和支座最大弯矩。740)this.width=740"border=undefined>图4 静载状况下计算简图M1=0.175PlaMB=Mc=-0.15P/a 考虑活荷载情况Q=1/2qklb=1/2 X2250X0.8=900N按图 5、 6 两种活载最不利位置考虑跨中最大弯矩。740)this.width=740"border=undefined>图 5 活载最不利状况计算简图 740)this.width=740"border=undefined>图 6 活载最不利状况计算简图M1=0.213Qla按图

7、7、 8 两种活荷载最不利位置考虑支座最大弯矩。740)this.width=740"border=undefined>图 7 活载最不利状况计算支座弯矩740)this.width=740"border=undefined>图 8 活载最不利状况计算支座弯矩MB=MC=-0.175Qla根据以上情况分析，可知图 4 与图 5（或图 6）这种静载与活载最不利组合时M1 跨中弯矩最大。MGK=0.175P/a=0.175X 522X 1.5=137.03NmM=1.2MGK+1.4MQK=1<2137.03+1.4 X 287.55 = 567.01Nm(T

8、 =M/W=567.0X 1000/5.08 X 1000=111.6N/mm2 v f=205N/mm2，纵向水平杆抗弯符合要求u< U为容许挠度，按规范要求取1/1501 ）横向水平杆的挠度 考虑静载情况（图 1 ）K1=4MA/qkl2b=4X31.32/696 X0.82=0.28K2=4MB/qkl2b=4X 3.48/696 X 0.82=0.03K1、K2值采用插入法求得系数查建筑结构静力计算手册中梁在均布荷载作用下的最大挠度表，用U 1=0.1972 X qkl4a/24EIE为钢材的弹性模量，E=2.06X 105N/mm2I$ 48X 3.5mm钢管的惯性矩。I=12

9、.19cm4 考虑活载情况（图 2）U 2=5qkl4b/384EI 两种情况叠加，得U =U 1+U 2=0.1972 X gkl4b/24EI+5gkl4b/38EI=0.197-3XX8060946/X2410X2.06 X105X12.9 X104+5X2250X8004/384 X2.06105 X 12.19 X 104=0.57mrtb/150=180/150=5.33mm所以横向水平杆的挠度满足要求。（ 2）纵向水平杆的挠度 考虑静载情况（图4）U 1=1.146XPl2a/100EI 考虑活载情况（图3）U 2=1.615XQl2a/100EI两种情况加，得U =U 1+U

10、2=1.146XPl3b/100EI+1.615 XQl3a/100EI=l3b（1.146P+1.615Q）/100EI=15003X (1.146 X 522+1.615X 900)/100 X 2.06 X 105X 12.19 X 104=2J76mmt60=1500/150=10mm所以纵向水平杆的挠度满足要求。R< Rc式中R为纵向水平杆传给立杆的竖杆作用力设计值，Rc为扣件抗滑承载力设计值，按规范表取Rc=8.00kN纵向水平杆与立杆连接时扣件受到的垂直作用力包括贴立杆的横向水平杆载F和M1在扣件处引起的与 F同向的最大剪力 V 之和。F=1.2P+1.4Q=1.2 X 5

11、22+1.4 X 900=1886.4IN 8kNV=1.2+0.65P+1.4X0.575Q=1.2X0.65X522+1.2X0.575X900=1131.66NR=F+V=1886.4+1131.66=3018.06N v 8kN所以纵向水平杆与立杆连接时扣件的抗滑承载力满足安全要求。3.3 立杆的稳定计算立杆的稳定计算按下列公式计算N/巾A+Mw/VV f ,式中N为计算立杆段的轴向力设计值，巾为轴向受压构件的稳定系数。A为一立杆的截面面积， Mw 为计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，W 为截面模量，钢材的抗压强度设计值f=205N/mm23.3.1 风荷载标准值wk=0.7 卩 z

12、 卩 aw0=0.7X 1.31 X 0.1157 X 0.55=0.058kN/m2Mk=0.85X 1.4wklah2/10 = 0.85 X 1.4 X 0.058 X 1000X 1.5 X 1.82/10=33.55Nm轴向受压构件的稳定系数巾，根据立杆长细比入规范用表取值，当心250时，按7320/入2计算。计算长度lo=k卩h式中k为计算长度附加系数，取k=1.155 ;卩为考虑脚手架整体因数的单杆计算长度系数，按规范用表取卩=1.5h为立杆步距。lo=k卩h=1.155 X 1.5 X 1.8=3.12n立杆的长细比入=lo/I i为截面回转半径，查表得$ 48 X 3.5mr

13、钢管 i=1.58cm。入=lo/l=3.12/0.0158=197.5，根据立杆长细比查得稳定系数为0.1853.3.4 立杆段的轴向设计值N=1.2(NG1K+NG2K)+0.8X 1.4 E NQK(1)脚手架结构自重标准值产生的轴向力NG1k本工程脚手架共 12步，实际脚手架高度H=12X 1.8=21.6mNG1K=23.4X0.1734=3.745kN=3745N每个立杆段需要 3 个直接扣件， 13 个旋转扣件，则：NG2KE 18.4+13 X 14.6=245N(3)施工荷载标准值产生的轴力总和内力匸NQK外立杆可按一纵距内施工荷载的总和的 1/2 取值E NQK=300X0

14、.8 X 1.5 X 1/2=1800NN=1.2(NG1K+NG2K)=0.8X 1.4 E NQK=1.2X(3745+245)+0.85 X1.4X1800=6930N图9 地下室顶板验算示意图3.3.5 验算立杆的稳定性N/ 巾 A+Mw/W=6930/(0.185X 486)+33.55 X 103/(5.08 X 103)=83.21N/mm2v f=205N/mm2 所以立杆稳定性满足要 求。3.4.1 基本参数1) 边界条件(左端 /下端 /右端 /上端) ：参见图 92) 荷载：均布荷载设计值： q=7.310kN/m3) 几何参数：宽度： lx=3600(mm) 长度： l

15、y=6200(mm) 板厚： h=200(mm)(4)材料特性：混凝土强度等级：C30钢筋等级：二级(V $ 253.4.2 计算结果：(1)弯距值： Mx=3.651kNmMy=1.237kNmMxo = -7.590kNmMyo = -5.410kNm2) lx 向配钢筋：计算面积： 66.42mm2 可选方案： $ 122003) lx 向配钢筋：计算面积： 22.45mm2 可选方案： $ 12200设计实际选用 #12150，满足要求。3.5 连续梁验算几何数据及材料特性混凝土：C30主筋：二级(V $ 25箍筋：一级 3.5.2 内力及配筋1）内力包络图（ 2 ）截面内力及配筋0 支座：弯矩 6.51kN/m ，荷载组合 1剪力 14.09kN ，荷载组合 1上钢筋：2$12,计算面积： 216.00mm2下钢筋：2$ 12,计算面积： 216.00mm2设计为4 $ 20,满足要求1跨中：弯矩1.73kN m,荷载组合1剪力14.09kN，荷载组合1挠度 0.38mm ,裂缝 0.02mm上钢筋：2$ 12,计算面积： 216.00mm2下钢筋：2$ 12,计算面积： 216.00mm2箍筋： $ 650,设计为 4$ 22,满足要求。1 支座：弯矩 1.03kN/m ，荷载组合 1剪力 0.53kN ，荷载组合 1上钢筋：2$ 12,计算面积：