组合扣件式钢管脚手架设计计算书.docx

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组合扣件式钢管脚手架设计计算书

组合扣件式（落地+拉吊卸荷）钢管脚手架设计计算书

1.计算参数设定

（1）脚手架基本参数

建筑物最大标高+77.10m，脚手架起搭标高为+15.35m,脚手架最大标高+78.60m，采用单管落地+拉吊卸荷的搭设形式，设4个拉吊段分别是+35.35～+46.15m,+46.15～+56.95m,+56.95～+67.75m,+67.75～+78.60m。

拉吊卸荷采用Φ14mm钢丝绳@1.50m,吊环Φ20mm。

脚手架采用Φ48×3.0钢管，内立杆离墙0.20m；立杆步距h=1.80m，立杆纵距La=1.50m，立杆横距0.70m；纵向水平杆在上，横向水平杆上设有1根纵向水平杆；连墙件按2步2跨布置，脚手架满铺冲压钢脚手板。

脚手架不完全卸荷采用：

立杆向下传递20%荷载。

（2）钢管截面特征

钢管Φ48×3.0mm，截面积A=424mm2，惯性矩I=107800mm4，截面模量W=4490mm3，回转半径i=15.9mm，每米长质量0.0326kN/m，Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2，弹性模量E=206000N/mm2。

（3）荷载标准值

1）永久荷载标准值

每米立杆承受的结构自重标准值为0.1069kN/m

采用冲压钢脚手板,自重标准值为0.07kN/m2

栏杆与挡板采用栏杆、冲压钢脚手板挡板,自重标准值为0.16kN/m，

脚手架上吊挂的安全设施（安全网）自重标准值为0.010kN/m2

2）施工均布活荷载标准值

装修脚手架为2.00kN/m2,结构脚手架为3.00kN/m2

3）风荷载

风压高度变化系数μz=1.23；地面粗糙度按B类

挡风系数=0.80,背靠建筑物按敞开、框架和开洞墙计算，则脚手架风荷载体型系数

μs=1.3=1.3×0.80=1.04,工程位于广东省广州市,基本风压ω0=0.35kN/m2

2.纵向水平杆验算

（1）荷载计算

钢管自重GK1=0.0326kN/m；脚手板自重GK2=0.07×0.35=0.02kN/m；

施工活荷载QK=3.00×0.35=1.05kN/m；

作用于纵向水平杆上线荷载标准值

永久荷载：

q1=1.2×（0.0326+0.02）=0.06kN/m,施工活荷载：

q2=1.4×1.05=1.47kN/m

（2）纵向水平杆受力计算

每根钢管长约6.00m，按四跨连续梁计算,L=1.50m。

1）抗弯强度验算

弯矩系数KM1=-0.107,M1=KM1q1L2=-0.107×0.06×1.502=-0.01kN·m

弯矩系数KM2=-0.121,M2=KM2q2L2=-0.121×1.47×1.502=-0.40kN·m

Mmax=M1+M2=0.01+0.40=0.41kN·m,σ=Mmax/W=0.41×106/4490=91.31kN·m

纵向杆的抗弯强度σ=91.31N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

2）挠度验算

挠度系数Kυ1=0.632,υ1=Kυ1q1L4/（100EI）=0.632×（0.06/1.2）×（1500）4/（100EI）=0.07mm

挠度系数Kυ2=0.967,υ2=Kυ2q2L4/（100EI）=0.967×（1.47/1.4）×（1500）4/（100EI）=2.31mm

υmax=υ1+υ2=0.07+2.31=2.38mm

纵向杆的υmax=2.38mm＜[υ]=L/150=10mm与10mm,满足要求。

3）最大支座反力

Rq1=1.143×0.06×1.50=0.10kN,Rq2=1.223×1.47×1.50=2.70kN,

Rmax=Rq1+Rq2=0.10+2.70=2.80kN

3.横向水平杆验算

（1）荷载计算

钢管自重gk1=0.0326kN/m

中间纵向水平杆传递支座反力R中=Rmax=2.80kN,

旁边纵向水平杆传递支座反力R边=Rmax/2=1.40kN

（2）横向水平杆受力计算

按单跨简支梁计算，跨度为：

L=0.70m

1）抗弯强度验算

Mmax=qL2/8＋R中L/4=0.0326×0.70×0.70/8＋2.80×0.70/4=490000N·mm=0.49kN·m

σ=Mmax/W=490000/4490=109.13N/mm2

横向水平杆的抗弯强度σ=109.13N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

2）挠度验算

集中荷载产生的挠度为:

υ1=Pl3/（48EI）=2800×7003/（48EI）=0.90mm

均布荷载产生的挠度为:

υ2=5qL4/384EI=5×0.0326×7004/（384EI）=0mm

υmax=υ1＋υ2=0.90+0=0.90mm

横向水平杆的υmax=0.90mm＜[υ]=L/150=4.67mm与10mm,满足要求。

4.横向水平杆与立杆的连接扣件抗滑验算

R=R中＋Gk1L/2=2.80＋0.0326×0.35=2.81kN

横向水平杆与立杆连接扣件R=2.81kN＜Rc=8.0kN（Rc为扣件抗滑承载力设计值）,满足要求。

5.立杆容许长细比验算

计算长度附加系数k=1.0；考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数μ=1.50

立杆步距h=1.80m；立杆计算长度Lo=kμh=1.0×1.50×1.80=2.70m=2700mm

长细比λ=Lo/i=2700/15.9=169.81

立杆长细比λ=169.81＜[210],满足要求。

轴心受压稳定性系数

Lo=kμh=1.155×1.50×1.80=3.12m=3119mm

λ=Lo/i=3119/15.9=196，查得

=0.188。

6.落地段立杆计算

净高度20.00m,落地段计算高度为20.00m,脚手板铺9层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NGlk=gkH=0.1069×20.00=2.14kN

2）构配件自重：

NG2k=0.33+2.16+0.30=2.79kN

其中：

脚手板重量：

9×1.50×0.35×0.07=0.33kN

栏杆、挡脚板重量：

9×1.50×0.16=2.16kN

安全网重量：

20.00×1.50×0.010=0.30kN

3）活荷包括：

a.施工荷载按2层作业计算（其中1层为结构施工，1层装修施工）得：

ΣNQk=1.50×0.70/2×（3.00+2.00）=2.63kN

b.风荷载标准值计算

风荷载标准值ωk=1.23×1.04×0.35=0.45kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.45×1.50×1.80×1.80/10=0.28kN·m=280000N.mm

（2）立杆稳定性验算

序号

各标高段

立杆作用力（不组合风荷载）

上层立杆传递力

验算作用力

+67.75～+78.60m

7.26

+56.95～+67.75m

7.25

7.26×0.20=1.45

7.25+1.45=8.70

+46.15～+56.95m

7.25

8.70×0.20=1.74

7.25+1.74=8.99

+35.35～+46.15m

7.25

8.99×0.20=1.8

7.25+1.8=9.05

落地段

15.35～+35.35

9.60

9.05×0.20=1.81

9.60+1.81=11.41

序号

各标高段

立杆作用力（组合风荷载）

上层立杆传递力

验算作用力

+67.75～+78.60m

6.89

+56.95～+67.75m

6.88

6.89×0.20=1.38

6.88+1.38=8.26

+46.15～+56.95m

6.88

8.26×0.20=1.65

6.88+1.65=8.53

+35.35～+46.15m

6.88

8.53×0.20=1.71

6.88+1.71=8.59

落地段

15.35～+35.35

9.23

8.59×0.20=1.72

9.23+1.72=10.95

1）不组合风荷载时

N=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.14+2.79）+1.4×2.63=9.60kN

上层立杆传递作用力:

N2=9.05×0.20=1.81,N=N1+N2=9.60+1.81=11.41kN

N/（

A）=11.41×1000/（0.188×424）=143.14N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.14+2.79）+0.9×1.4×2.63=9.23kN

上层立杆传递作用力:

N2=8.59×0.20=1.72,N=N1+N2=9.23+1.72=10.95kN

N/（

A）＋MW/W=10.95×1000/（0.188×424）＋280000/4490=199.73N/mm2

立杆稳定性为199.73N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

7.支撑支承面验算

钢管立杆高配套底座200×100mm,支承面为混凝土板（按C20考虑）支承板厚=100mm

上部荷载为：

F=10.95kN

（1）支承面受冲切承载力验算

βs=2.00,ft=1.10N/mm2,h0=85mm,βh=1.00

η=0.4+1.2/βs=1.00,σpc,m=0N/mm2,um=2×（200+85）+2×（100+85）=940mm

（0.7βhft+0.25σpc,m）ηumh0=[（0.7×1.0×1.10+0.25×0）×1.00×940×85]=61.52kN

受冲切承载力61.52kN＞F=10.95kN,满足要求。

（2）支承面局部受压承载力验算

Ab=（0.20+2×0.10）×（0.10×3）=0.12m2,Al=0.20×0.10=0.02m2

βl=（Ab/Al）0.5=2.45，fcc=0.85×9600=8160kN/m2，ω=0.75

ωβlfccAl=0.75×2×8160×0.02=244.80kN

支承面局部受压承载力244.80kN＞F=10.95kN,满足要求。

8.拉吊卸荷段立杆

8.1+67.75～+78.60m,拉吊段净高度为10.85m,拉吊段计算高度为10.85m,拉吊段底标高为+67.75m,脚手板铺6层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1069×10.85=1.16kN

2）构配件自重：

NG2k=0.22+1.44+0.16=1.82kN

其中：

脚手板重量：

6×1.50×0.35×0.07=0.22kN

栏杆、挡脚板重量：

6×1.50×0.16=1.44kN

安全网重量：

10.85×1.50×0.010=0.16kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.70/2×（3.00+2.00）=2.63kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+67.75m,μz=1.79;水平风荷载标准值ωk=1.79×1.04×0.35=0.65kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.65×1.50×1.80×1.80/10=0.40kN·m=400000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（1.16+1.82）+1.4×2.63=7.26kN

N/（A）=7.26×1000/（0.188×424）=91.08N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（1.16+1.82）+0.9×1.4×2.63=6.89kN

N/（A）＋MW/W=6.89×1000/（0.188×424）＋400000/4490=175.52N/mm2

立杆稳定性为175.52N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.2+56.95～+67.75m,拉吊段净高度为10.80m,拉吊段计算高度为10.80m,拉吊段底标高为+56.95m,脚手板铺6层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1069×10.80=1.15kN

2）构配件自重：

NG2k=0.22+1.44+0.16=1.82kN

其中：

脚手板重量：

6×1.50×0.35×0.07=0.22kN

栏杆、挡脚板重量：

6×1.50×0.16=1.44kN

安全网重量：

10.80×1.50×0.010=0.16kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.70/2×（3.00+2.00）=2.63kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+56.95m,μz=1.71;水平风荷载标准值ωk=1.71×1.04×0.35=0.62kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.62×1.50×1.80×1.80/10=0.38kN·m=380000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+1.4×2.63=7.25kN

上层立杆传递作用力:

N2=7.26×0.20=1.45,N=N1+N2=7.25+1.45=8.7kN

N/（A）=8.70×1000/（0.188×424）=109.14N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+0.9×1.4×2.63=6.88kN

上层立杆传递作用力:

N2=6.89×0.20=1.38,N=N1+N2=6.88+1.38=8.26kN

N/（A）＋MW/W=8.26×1000/（0.188×424）＋380000/4490=188.26N/mm2

立杆稳定性为188.26N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.3+46.15～+56.95m,拉吊段净高度为10.80m,拉吊段计算高度为10.80m,拉吊段底标高为+46.15m,脚手板铺6层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1069×10.80=1.15kN

2）构配件自重：

NG2k=0.22+1.44+0.16=1.82kN

其中：

脚手板重量：

6×1.50×0.35×0.07=0.22kN

栏杆、挡脚板重量：

6×1.50×0.16=1.44kN

安全网重量：

10.80×1.50×0.010=0.16kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.70/2×（3.00+2.00）=2.63kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+46.15m,μz=1.62;水平风荷载标准值ωk=1.62×1.04×0.35=0.59kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.59×1.50×1.80×1.80/10=0.36kN·m=360000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+1.4×2.63=7.25kN

上层立杆传递作用力:

N2=8.70×0.20=1.74,N=N1+N2=7.25+1.74=8.99kN

N/（A）=8.99×1000/（0.188×424）=112.78N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+0.9×1.4×2.63=6.88kN

上层立杆传递作用力:

N2=8.26×0.20=1.65,N=N1+N2=6.88+1.65=8.53kN

N/（A）＋MW/W=8.53×1000/（0.188×424）＋360000/4490=187.19N/mm2

立杆稳定性为187.19N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.4+35.35～+46.15m,拉吊段净高度为10.80m,拉吊段计算高度为10.80m,拉吊段底标高为+35.35m,脚手板铺6层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1069×10.80=1.15kN

2）构配件自重：

NG2k=0.22+1.44+0.16=1.82kN

其中：

脚手板重量：

6×1.50×0.35×0.07=0.22kN

栏杆、挡脚板重量：

6×1.50×0.16=1.44kN

安全网重量：

10.80×1.50×0.010=0.16kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.70/2×（3.00+2.00）=2.63kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+35.35m,μz=1.52;水平风荷载标准值ωk=1.52×1.04×0.35=0.55kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.55×1.50×1.80×1.80/10=0.34kN·m=340000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+1.4×2.63=7.25kN

上层立杆传递作用力:

N2=8.99×0.20=1.8,N=N1+N2=7.25+1.8=9.05kN

N/（A）=9.05×1000/（0.188×424）=113.53N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（1.15+1.82）+0.9×1.4×2.63=6.88kN

上层立杆传递作用力:

N2=8.53×0.20=1.71,N=N1+N2=6.88+1.71=8.59kN

N/（A）＋MW/W=8.59×1000/（0.188×424）＋340000/4490=183.49N/mm2

立杆稳定性为183.49N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

9.钢丝绳和吊环验算

通过比较，以+35.35～+46.15m拉吊段的钢丝绳受力最大，故以此进行钢丝绳和吊环验算。

（1）钢丝绳验算

h=3.45m,La=0.70m,离墙距离=0.20m,N=9.05kN

钢丝绳采用φ=14mm,α=0.85,K=6,K,=0.356,Ro=1570kN/mm2

破断拉力总和F破=K,D2Ro=0.356×142×1570=109.55kN

钢丝绳允许拉力[P]=F破α/K=109.55×0.85/6.00=15.52kN

Toa=9.05×（0.902+3.452）0.5/3.45=9.35kN,Tob=9.05×（0.202+3.452）0.5/3.45=9.06kN。

钢丝绳承受拉力Toa=9.35kN<[P]=15.54kN,Tob=9.06kN<[P]=15.54kN，钢丝绳强度满足要求。

（2）吊环验算

吊环采用Φ20mm光面圆钢，As=3.14×（20/2）2=314mm2，f=65N/mm2

fAs=2×65×314=40820N=40.82kN

每个吊环承受的拉力为：

N拉=Toa+Tob=9.35+9.06=18.41kN

吊环允许拉力40.82kN＞N拉=18.41kN，满足要求。

10.连墙件计算

连墙件采用Φ48×3.0钢管,截面积为424mm2；f=205N/mm2

按每个结构层花排设置,连墙件按2步2跨布置,脚手架最高78.60m

连墙件轴向力设计值N1=N1W＋N0,其中:

风压高度变化系数μz=1.87（标高+78.60m）,基本风压ωo=0.35kN/m2;

挡风系数=0.800,背靠建筑物按敞开、框架和开洞墙计算，则脚手架风荷载体型系数

μs=1.3=1.3×0.800=1.040,风荷载标准值ωk,=1.87×1.040×0.35=0.68kN/m2

N1W=1.4ωkAω=1.4×0.68×2×1.80×2×1.50=10.28kN

连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力,按双排脚手架,取No=3.00kN

N1=NlW＋N0=10.28+3.00=13.28kN（N1＜8kN采用单扣件，8kN≤N1＜16kN采用双扣件）

14连墙件采用Φ48×3.0钢管,双扣件连接满足要求。

L0=0.20+0.10=0.30m=300mm,i=15.9mm,λ=L0/i=300/15.9=18.9,1=0.949

σ=N1/1A连墙件=13280/（0.949×424）=33.00N/mm2

连墙件稳定σ=33.00N/mm2＜0.85f=174N/mm2,满足要求。

11.计算结果

脚手架起搭标高为+15.35m，分段脚手架最大标高+78.60m,采用单管落地+拉吊卸荷的搭设形式，从+15.35m开始设4个拉吊段分别是+35.35～+46.15m,+46.15～+56.95m,+56.95～+67.75m,+67.75～+78.60m。

脚手架采用Φ48×3.0钢管，内立杆离墙0.20m；立杆步距1.80m，立杆纵距1.50m，立杆横距0.70m；横向水平杆在下，横向水平杆上设有1根纵向水平杆；拉吊卸荷采用Φ14mm钢丝绳@1.50m,吊环Φ20mm；连墙件按2步2跨布置，脚手架满铺冲压钢脚手板。

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