碗扣式脚手架结构设计计算.docx
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碗扣式脚手架结构设计计算
碗扣式脚手架结构设计计算
1基本设计规定：
1.1本规范的结构设计依据《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84、《建筑结构荷载规范》GB5009-2001和《钢结构设计规范》GB50017-2003及《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002等国家标准的规定。
采用概率理论为基础的极限状态设计法，以分项系数的设计表达式进行设计。
1.2脚手架的结构设计应保证整体结构形成几何不变体系，以“结构计算简图”为依据进行结构计算。
脚手架立、横、斜杆组成的节点视为“铰接”。
1.3脚手架立、横杆构成网格体系几何不变条件应保证（满足）网格的每层有一根斜杆（图1.3）。
图1.3网络结构几何不变条件
1.4模板支撑架（满堂架）几何不变条件应保证（是）沿立杆轴线（包括平面x、y两个方向）的每行每列网格结构竖向每层有一根斜杆（图1.4），也可采用侧面增加链杆与结构柱、墙相连（图1.4-1所示）或采用格构柱法（图1.4-2）。
图1.4满堂架几何不变体系
图1.4－1侧面增加支撑链杆法图1.4－2格构柱法
1.5双排脚手架沿纵轴x方向形成两片网格结构的几何不变条件可采用每层设一根斜杆（图1.5），在y轴方向应与连墙件支撑作用共同分析：
1当两立杆间无斜杆时（图1.5a），立杆的计算长度l0等于拉墙件间垂直距离；
2当两立杆间增设斜杆（图1.5b）则其立杆计算长度l0等于立杆节点间的距离。
3无拉墙件立杆应在拉墙件标高处增设水平斜杆，使内外大横杆间形成水平桁架（图1.5A－A剖面）。
图1.5双排外脚手架结构计算简图
1.6双排脚手架无风荷载时，立杆一般按承受垂直荷载计算，当有风荷载时按压弯构件计算。
1.7当横杆承受非节点荷载时，应进行抗弯强度计算，当风荷载较大时应验算连接斜杆两端扣件的承载力；
1.8所有杆件长细比λ＝l0／i不得大于250。
1.9当杆件变形有控制要求时，应按照正常使用极限状态验算其变形。
1.10脚手架不挂密目网时，可不进行风荷载计算；当脚手架采用密目安全网或其他方法封闭时，则应按挡风面积进行计算。
2施工设计
2.1施工设计应包括以下内容：
1工程概况：
说明所服务对象的主要情况，外脚手架应说明所建主体结构高度，平面形状及尺寸；模板支撑架应按平面图说明标准楼层的梁板结构。
2架体结构设计和计算：
第一步：
制定方案；
第二步：
荷载计算；
第三步：
最不利位置立杆、横杆、斜杆强度验算，连墙件及基础强度验算；
第四步：
绘制架体结构计算图（平、立、剖）。
3确定各个部位斜杆的连接措施及要求，模板支撑架应绘制顶端节点构造图；
4说明结构施工流水步骤，编制构配件用料表及供应计划；
5架体搭设，使用和拆除方法；
6保证质量安全的技术措施。
2.2架体的构造设计尚应符合本规范第六章的有关规定。
3双排脚手架的结构计算
3.1无风荷载时，单肢立杆承载力计算
1立杆轴向力按下式计算：
N=1.2（NG1+NG2）+1.4ΣNQi （3.1－1）
式中：
NG1——脚手架结构自重标准值产生的轴向力（KN/m2）；
NG2——脚手板及构配件自重标准值产生的轴向力（KN/m2）；
ΣNQi——施工荷载产生的轴向力总和，分双排脚手架与模板支撑架两种情况（KN/m2）。
2单肢立杆稳定性按下式计算：
N≤φAf （3.1—2）
式中：
A——立杆横截面积；
φ——轴心受压杆件稳定系数，按细长比查本规范附录C；
f——钢材强度设计值，查本规范附录B表B2。
3.2组合风荷载时单肢立杆承载力计算：
1风荷载对立杆产生弯矩按下式计算：
Mw=1.4al02WK/10 （3.2－1）
式中：
Mw——单肢立杆弯矩（KN·m）；
a——立杆纵矩（m）；
Wk——风荷载标准值（KN/m2）；
l0——立杆计算长度（m）；
2单肢立杆轴向力按下式计算：
Nw=1.2（NG1+NG2）+0.9×1.4ΣNQI （3.2－2）
3立杆压弯强度按下式计算：
Nw/ΦA+0.9βMw/[γW（1-0.8Nw/NE）]≤f （3.2－3）
式中：
β——有效弯矩系数，采用1.0；
γ——截面塑性发展系数，钢管截面为1.15；
W——立杆截面模量；
NE——欧拉临界力，NE=π2EA/λ2（E为材料弹性模量,λ为压杆长细比）。
3.3连墙件计算
1在风荷载作用下连墙件的轴向力应按下式计算：
Nc=1.4WK·L1·H1 （3.3－1）
式中：
Nc——风荷载作用下连墙件轴向力设计值（KN）；
L1、H1——连墙件竖向及水平间距（m）。
2连墙件强度及稳定应按下式计算：
Nc＋No≤Φ·Ac·f （3.3－2）
式中：
No——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力，取3KN；
Ac——连墙件的毛截面积（mm2）；
3当采用钢管扣件连接时应验算其抗滑承载力。
4双排外脚手架的搭设高度
4.1双排外脚手架的搭设高度主要受以下因素影响：
1最不利立杆的单肢承载力（应为立杆最下段）；
2施工荷载及层数及脚手板铺设层数；
3立杆的纵向和横向间距及横杆的步距；
4拉墙件间距；
5风荷载等的影响。
4.2最不利立杆的单肢承载力的计算，应根据1.5条的两种情况确定最不利单肢立杆的计算长度；确定单肢立杆承载能力：
N≤φAf。
4.3计算立杆的轴向力，根据施工条件确定荷载等级和层数以及脚手板的层数，计算立杆的轴向力（图4.3）。
图4.3搭设高度计算图
1脚手板荷载对立杆产生的轴向力：
层数ｍ；脚手板自重载荷G2。
NG2＝ｍG２×ａｂ／2 （4.3－1）
2施工荷载：
层数ｎ；施工荷载Q3。
.
NQ1＝ｎQ３×ａｂ／2 （4.3－2）
4.4计算每步脚手架自重
NG１＝ｈｔ1＋0.5ｔ２＋ｔ３＋ｔ４ （4.4）
式中：
ｈ——步距（ｍ）；
ｔ1——立杆每米重量（KN）；
ｔ２——廊道横杆单件重量（KN）；
ｔ３——纵向横杆单件重量（KN）；
ｔ４——内外立杆间斜杆或十字撑重量（KN）。
4.5搭设高度计算
不组合风荷载时按下式计算：
H＝［Nｓ－（1.2NQ２K＋1.4NQK）］h／1.2NQ１ （4.5）
式中：
Nｓ——单肢立杆承载力，按（3.1—2）式计算。
组合风荷载时的H值应按（3.2—3）立杆压弯公式验算。
5 地基承载力计算
1立杆最小底面积的计算
Ag=N/fg
（1）
式中：
Ag——支撑单肢立杆底座面积（m2）；
fg——地基承载力设计值（Kpa）按地勘报告选用，当地基为回填土时乘以地基承载系数
2当地基为岩石或混凝土时，可不进行计算，但应保证立杆底座与基底均匀传递荷载。
3当地基为回填土时，必须分层夯实，并应考虑雨水渗透的影响。
地基承载系数：
对碎石土、砂土、回填土应取0.4；对粘土应取0.5。
4当脚手架搭设在结构的楼板、挑台上时，立杆底座应铺设垫板，并应对楼板或挑台等的承载力进行验算。
6 模板支撑架计算
6.1单肢立杆承载力的计算
1单肢立杆轴向力计算公式
N=[1.2Q１+1.4（Q３+Q４）]·Lx·Ly+1.2Q2V （6.1—1）
式中：
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距（m）；
V——Lx、Ly段的混凝土体积（m3）。
2单肢立杆承载力计算公式同（3.1—2）。
6.2横杆承载力及挠度计算
1当横杆支撑梁时（图6.2），横杆弯矩按下式计算：
应对横杆进行抗弯强度计算，可将作用在横杆上的均布荷载转化为两集中荷载P。
横杆弯矩按下式计算：
M＝Pc·C （6.2－1）
式中：
M——横杆弯矩（KN·m）；
Pc---梁砼重量及模板重量的1／2；
C----梁边至立杆之间距离。
2横杆抗弯强度按下式计算：
M/W≤f （6.2－2）
式中：
W---钢管的截面模量。
图6.2横杆弯矩计算简图
3横杆的挠度应符合下式规定：
式中：
υｍａｘ——横杆的最大挠度；
［υ］——容许挠度，应按设计要求确定。
6.3碗扣节点承载力按下式验算：
Pc≤Qb （6.3）
式中：
Qb ——下碗扣抗剪强度设计值，取60KN。
6.4当模板支撑架高度大于8米并有风荷载作用时，应对斜杆内力进行计算，并验算连接扣件的抗滑能力（图6.4）。
图6.4斜杆内力计算简图
1当对架体内力计算时将风荷载化解为每一结点的集中荷载W；
2W在立杆及斜杆中产生的内力ＷＶ、Ｗｓ按下式计算：
3自上而下叠加斜杆最大内力为Σn1Ｗｓ，验算斜杆两端连接扣件抗滑强度：
（6.4－3）
式中：
QＣ ——扣件抗滑强度，取8KN。
4当下部无密目安全网时，只需计算顶端模板的风荷载。
6.5高度大于8米的模板支撑架并有风荷载作用时，应验算迎风立杆所产生的拉力，不得超过立杆轴向力荷载，即P—ΣWＶ≥0，否则应采取措施保证架体整体稳定。
相应风荷载在另一侧立杆中产生的压力，应叠加到立杆轴向力中并验算其强度。
6.6当采用缆风绳维持架体整体稳定时，缆风绳的初始拉力在立杆中的数值应叠加到立杆轴力中；缆风绳的拉设与拆除应对称，否则应计算其偏心作用。
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