悬挑式钢管脚手架设计.docx

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悬挑式钢管脚手架设计

第一节悬挑式钢管脚手架设计

一、悬挑式钢管脚手架设计流程图

二、对话框参数说明

悬挑式钢管脚手架的计算按照搭设形式的不同，包括有联梁和没有联梁的形式。

图4—13

这两种形式的计算有些不同，在主菜单中分别列出。

悬挑脚手架类型一：

悬挑脚手架不带联梁计算简图4—14

悬挑脚手架类型二：

悬挑脚手架带联梁计算简图4—15

1．横向间距或排距（m）：

如下图所示；

2．步距（m）：

图4—16

3．立柱间距（m）：

如下图所示；

双排脚手架俯视图

4．内排架距离墙体长度（m）：

输入双排脚手架的计算外伸长度，按照规范说明，当横向水平杆的构造外伸长度取500mm时，计算外伸长度取300mm，即0.3m；

5．脚手架搭设高度（m）：

输入脚手架的实际搭设高度；

6．脚手架布置：

单排或双排；

7．钢管类型：

在《建筑施工扣件式钢管脚手架规范》中提供了Φ48×3.5和Φ51×3.0两种，实际应用中可能会有Φ48×3.25、Φ48×3.2和Φ48×3.0；

8．连墙件布置：

包括连墙件布置方式和连接方式。

连墙件布置方式可考虑2步2跨，2步3跨，3步3跨和4步3跨，

连墙件连接方式提供了四种连墙件的计算，包括扣件连接、焊缝连接、螺栓连接和膨胀螺栓；

图4—17

9．大小横杆布置：

南方地区通常采用小横杆上铺设大横杆的方式，北方反之；其传力过程不同，具体根据当地情况选择计算。

当采用小横杆上铺设大横杆方式计算时，其两侧的大横杆直接通过扣件连接到立杆，所以以集中力传递到小横杆只有中间的大横杆，可根据实际选择2或3根大横杆（对话框中不含两侧杆）；当采用小横杆上铺设大横杆方式计算时，需要输入大横杆上小横杆的根数，可根据实际选择2或3根小横杆。

10.水平支撑梁的悬挑长度：

水平支撑梁露在建筑物主体结构以外的部分，它应该稍微大于内立杆距离墙体长度与脚手架排距的和；

11.水平支撑梁的锚固长度：

水平支撑梁与建筑物主体结构的连接点，距离水平支撑梁与楼板连接锚固点（如果两锚固点，选择距离比较近的）的长度。

需要特别指出，通常情况下即使有阳台，一般的阳台也不作为锚固受力段考虑，也就是说参数[阳台作为锚固长度]输入0值；但在比较特殊的情况下，阳台比楼板厚或阳台边上有支撑点才有阳台锚固段长度。

如下图

图4—18

12.水平支撑梁的截面特征：

参数表提供了热轧工字钢和槽钢，先确定工字钢或槽钢，再确定工字钢或槽钢的型号；

13.布置参数：

用户可以选择水平支撑梁的多种拉支方式，包括悬臂式挑支结构、上面布置支杆（可以1道或多道，多道时可以平行或共点）、下面布置支杆（可以1道或多道，多道时可以平行或共点）。

对于支杆，我们提供了两种支撑截面供用户选择，包括钢管和等边角钢。

图4—19

14.计算条件：

当水平支撑梁与建筑物主体结构采用螺栓或钢筋与楼板相连接时，采用铰接计算，这时水平支撑梁的锚固长度参数必须大于0；当水平支撑梁与建筑物主体结构的预埋件采焊接连接时，采用固接计算，这时水平支撑梁的锚固长度参数必须等于0；

15.锚固段采用螺栓与楼板连接：

水平支撑梁与建筑物主体结的连接有两种方式，采用螺栓或钢筋与楼板相连接。

16.荷载参数可考虑风荷载、静荷载和活荷载的计算；

图4—20

1）．风荷载计算：

规范中立杆的稳定性计算在考虑与不考虑风荷载时计算方法是不同的；

基本风压：

按照《建筑结构荷载规范》的规定根据不同地区采用；

风荷载高度变化系数：

按照《建筑结构荷载规范》，由建筑物的地区（A类-近海或湖岸区、B类-城市郊区、C类-有密集建筑群市区和D类-有密集建筑群城且房屋较高市区）与计算高度查表确定；

图4—21

对风荷载高度变化系数计算中，风荷载的计算高度必须根据脚手架实际搭设的高度位置输入。

风荷载体型系数：

脚手架规范表4.2.4，风荷载体型系数由挡风系数Φ=1.2*挡风面积/迎风面积确定，用户不必拘泥挡风面积与迎风面积的具体数值，只要它们的比值正确就可以得到正确的结果。

图4—22

脚手架体型系数根据不同的脚手架类型计算得到。

2）．静荷载计算：

静荷载标准值包括以下内容的组合：

（1）每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m），脚手架规范附录A；

（2）脚手板的自重标准值，规范给出了冲压钢脚手板、竹串片脚手板、木脚手板和竹笆板的标准值，对竹笆板脚手板的自重可取0.15kN/m2；

（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m），规范给出了栏杆冲压钢脚手板、栏杆竹串片脚手挡板、栏杆木脚手挡板和栏杆竹笆片的标准值，对栏杆竹笆片可取0.15kN/m；

（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/m2），通常取0.005kN/m2。

脚手板铺设层数：

根据实际施工中同时铺设脚手板层数确定，如果每层都铺设脚手板，需要用脚手架搭设高度/脚手架步距的结果确定铺设层数。

3）．活荷载计算：

规范给出了用于装修、结构和其它方面的活荷载标准值，与同时施工层数的乘积确定。

所有计算参数全部输入正确后，单击“计算书”按钮，程序自动进行悬挑式钢管脚手架设计的计算，得到相应的标准计算书（WORD格式），供施工组织设计使用。

如单击“取消”按钮，则退出。

单击“帮助”按钮，获得悬挑式钢管脚手架设计的帮助。

三、技术条件

（一）规范中计算要求

按照规范要求设计计算书应该包括的内容：

1.纵向和横向水平杆（大小横杆）等受弯构件的强度计算；

2.扣件的抗滑承载力计算；

3.立杆的稳定性计算；

4.连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算；

5.悬挑水平主梁和联梁的强度计算和按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）整体稳定性计算；

6.锚固段与楼板连接处压环、螺栓和楼板局部受压计算；

7.钢丝拉绳或斜支杆的强度计算。

（二）悬臂挑梁的计算

图4—23

悬臂单跨梁计算简图

支座反力计算公式

支座弯矩计算公式

C点最大挠度计算公式

其中k=m/l,kl=ml/l。

（三）悬挑梁上面联梁的计算

按照集中荷载作用下的简支梁计算，集中荷载P为立杆的传递力，计算简图如下

图4—24

支撑按照简支梁的计算公式

（四）悬挑主梁的计算

悬挑主梁应该按照超静定的连续梁进行计算，根据是否有锚固段来判断计算条件是铰接（压环或螺栓连接主体结构），还是固接（焊接连接主体结构）。

悬臂部分脚手架荷载P的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。

图4—25

水平钢梁的整体稳定性计算公式如下

其中

b——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：

（五）水平钢梁与楼板连接计算

1.水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环，拉环强度计算如下：

水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为

其中[f]为拉环钢筋抗拉强度，取[f]=205N/mm2

水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度。

2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：

锚固深度计算公式

其中N——锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力；

d——楼板螺栓的直径；

[fb]——楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.5N/mm2；

h——楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度。

3.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压计算如下：

混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式

其中N——锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力；

d——楼板螺栓的直径；

b——楼板内的螺栓锚板边长；

fcc——混凝土的局部挤压强度设计值。

（六）支杆连接计算

斜支杆的强度计算：

其中N——受压斜杆的轴心压力设计值；

——轴心受压斜杆的稳定系数,由长细比l/i查表得到；

i——计算受压斜杆的截面回转半径；

l——受最大压力斜杆计算长度；

A——受压斜杆净截面面积；

——受压斜杆受压强度计算值；

[f]——受压斜杆抗压强度设计值，f=205N/mm2。

四、悬挑式钢管脚手架设计算书-1

悬挑式扣件钢管脚手架计算书

钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。

计算的脚手架为双排脚手架，搭设高度为18.6米，立杆采用单立管。

搭设尺寸为：

立杆的纵距1.20米，立杆的横距1.05米，立杆的步距1.20米。

采用的钢管类型为

48×3.5，

连墙件采用2步2跨，竖向间距2.40米，水平间距2.40米。

施工均布荷载为3.0kN/m2，同时施工2层，脚手板共铺设4层。

悬挑水平钢梁采用[16b号槽钢U口水平，其中建筑物外悬挑段长度2.50米，建筑物内锚固段长度1.50米。

悬挑水平钢梁采用悬臂式结构，没有钢丝绳或支杆与建筑物拉结。

一、大横杆的计算:

大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

按照大横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

1.均布荷载值计算

大横杆的自重标准值P1=0.038kN/m

脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050/3=0.052kN/m

活荷载标准值Q=3.000×1.050/3=1.050kN/m

静荷载的计算值q1=1.2×0.038+1.2×0.052=0.109kN/m

活荷载的计算值q2=1.4×1.050=1.470kN/m

大横杆计算荷载组合简图（跨中最大弯矩和跨中最大挠度）

大横杆计算荷载组合简图（支座最大弯矩）

2.强度计算

最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩

跨中最大弯矩计算公式如下:

跨中最大弯矩为

M1=（0.08×0.109+0.10×1.470）×1.2002=0.224kN.m

支座最大弯矩计算公式如下:

支座最大弯矩为

M2=-（0.10×0.109+0.117×1.470）×1.2002=-0.263kN.m

我们选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

=0.263×106/5080.0=51.845N/mm2

大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

3.挠度计算

最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度

计算公式如下:

静荷载标准值q1=0.038+0.052=0.091kN/m

活荷载标准值q2=1.050kN/m

三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度

V=（0.677×0.091+0.990×1.050）×1200.04/（100×2.06×105×121900.0）=0.909mm

大横杆的最大挠度小于1200.0/150与10mm,满足要求!

二、小横杆的计算:

小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

用大横杆支座的最大反力计算值，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。

1.荷载值计算

大横杆的自重标准值P1=0.038×1.200=0.046kN

脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.200/3=0.063kN

活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.200/3=1.260kN

荷载的计算值P=1.2×0.046+1.2×0.063+1.4×1.260=1.895kN

小横杆计算简图

2.强度计算

最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和均布荷载最大弯矩计算公式如下:

集中荷载最大弯矩计算公式如下:

M=（1.2×0.038）×1.0502/8+1.895×1.050/3=0.670kN.m

=0.670×106/5080.0=131.804N/mm2

小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

3.挠度计算

最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和均布荷载最大挠度计算公式如下:

集中荷载最大挠度计算公式如下:

小横杆自重均布荷载引起的最大挠度

V1=5.0×0.038×1050.004/（384×2.060×105×121900.000）=0.02mm

集中荷载标准值P=0.046+0.063+1.260=1.369kN

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度

V2=1369.080×1050.0×（3×1050.02-4×1050.02/9）/（72×2.06×105×121900.0）=2.240mm

最大挠度和

V=V1+V2=2.264mm

小横杆的最大挠度小于1050.0/150与10mm,满足要求!

三、扣件抗滑力的计算:

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算（规范5.2.5）:

R≤Rc

其中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；

1.荷载值计算

横杆的自重标准值P1=0.038×1.050=0.040kN

脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.200/2=0.095kN

活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.200/2=1.890kN

荷载的计算值R=1.2×0.040+1.2×0.095+1.4×1.890=2.808kN

单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:

单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；

双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN；

四、脚手架荷载标准值:

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

静荷载标准值包括以下内容：

（1）每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m）；本例为0.1489

NG1=0.149×18.600=2.770kN

（2）脚手板的自重标准值（kN/m2）；本例采用竹笆片脚手板，标准值为0.15

NG2=0.150×4×1.200×（1.050+0.500）/2=0.558kN

（3）栏杆与挡脚手板自重标准值（kN/m）；本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15

NG3=0.150×1.200×4/2=0.360kN

（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网（kN/m2）；0.005

NG4=0.005×1.200×18.600=0.112kN

经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=3.799kN。

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值NQ=3.000×2×1.200×1.050/2=3.780kN

风荷载标准值应按照以下公式计算

其中W0——基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

W0=0.350

Uz——风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

Uz=1.250

Us——风荷载体型系数：

Us=1.200

经计算得到，风荷载标准值Wk=0.7×0.350×1.250×1.200=0.368kN/m2。

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式

N=1.2NG+0.85×1.4NQ

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW计算公式

MW=0.85×1.4Wklah2/10

其中Wk——风荷载基本风压值（kN/m2）；

la——立杆的纵距（m）；

h——立杆的步距（m）。

五、立杆的稳定性计算:

不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

其中N——立杆的轴心压力设计值，N=9.85kN；

——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.39；

i——计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；

l0——计算长度（m）,由公式l0=kuh确定，l0=2.08m；

k——计算长度附加系数，取1.155；

　u——计算长度系数，由脚手架的高度确定，u=1.50；

A——立杆净截面面积，A=4.89cm2；

W——立杆净截面模量（抵抗矩）,W=5.08cm3；

——钢管立杆受压强度计算值（N/mm2）；经计算得到

=51.49

[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算

<[f],满足要求!

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

其中N——立杆的轴心压力设计值，N=9.06kN；

——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.39；

i——计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；

l0——计算长度（m）,由公式l0=kuh确定，l0=2.08m；

k——计算长度附加系数，取1.155；

u——计算长度系数，由脚手架的高度确定；u=1.50

A——立杆净截面面积，A=4.89cm2；

W——立杆净截面模量（抵抗矩），W=5.08cm3；

MW——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，MW=0.076kN.m；

——钢管立杆受压强度计算值（N/mm2）；经计算得到

=62.22

[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；

考虑风荷载时，立杆的稳定性计算

<[f],满足要求!

六、连墙件的计算:

连墙件的轴向力计算值应按照下式计算：

Nl=Nlw+No

其中Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值（kN），应按照下式计算：

Nlw=1.4×wk×Aw

wk——风荷载基本风压值，wk=0.368kN/m2；

Aw——每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积，Aw=2.40×2.40=5.760m2；

No——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力（kN）；No=5.000

经计算得到Nlw=2.964kN，连墙件轴向力计算值Nl=7.964kN

连墙件轴向力设计值Nf=

A[f]

其中

——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l/i=50.00/1.58的结果查表得到

=0.92；

A=4.89cm2；[f]=205.00N/mm2。

经过计算得到Nf=91.702kN

Nf>Nl，连墙件的设计计算满足要求!

连墙件采用扣件与墙体连接。

经过计算得到Nl=7.964kN小于扣件的抗滑力8.0kN，满足要求!

连墙件扣件连接示意图

七、悬挑梁的受力计算:

悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算

悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。

悬臂单跨梁计算简图

支座反力计算公式

支座弯矩计算公式

C点最大挠度计算公式

其中k=m/l,kl=ml/l,k2=m2/l。

本工程算例中，m=2500mm，l=1500mm，ml=500mm，m2=1550mm；

水平支撑梁的截面惯性矩I=934.50cm4，截面模量（抵抗矩）W=116.80cm3。

受脚手架作用集中强度计算荷载N=1.2×3.80+1.4×3.78=9.85kN

水平钢梁自重强度计算荷载q=1.2×25.15×0.0001×7.85×10=0.24kN/m

k=2.50/1.50=1.67

kl=0.50/1.50=0.33

k2=1.55/1.50=1.03

代入公式，经过计算得到

支座反力RA=33.836kN

支座反力RB=-13.779kN

最大弯矩MA=20.935kN.m

截面应力

=20.935×106/（1.05×116800.0）=170.702N/mm2

水平支撑梁的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

受脚手架作用集中计算荷载N=3.80+3.78=7.58kN

水平钢梁自重计算荷载q=25.15×0.0001×7.85×10=0.20kN/m

最大挠度Vmax=11.138mm

按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录A结构变形规定，受弯构件的跨度对悬臂梁为悬伸长度的两倍，即5000.0mm

水平支撑梁的最大挠度小于5000.0/400,满足要求!

八、悬挑梁的整体稳定性计算:

水平钢梁采用[16b号槽钢U口水平,计算公式如下

其中

b——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：

经过计算得到

b=570×10.0×65.0×235/（3100.0×160.0×235.0）=0.75

由于

b大于0.6，按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录B其值用

b'查表得到其值为0.688

经过计算得到强度

=20.94×106/（0.688×116800.00）=260.53N/mm2；

水平钢梁的稳定性计算

>[f]=205,不满足要求!

九、锚固段与楼板连接的计算:

1.水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环，拉环强度计算如下：

水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=13.779kN

水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为

其中[f]为拉环钢筋抗拉强度，按照《混凝土结构设计规范》10.9.8[f]=50N/mm2；

所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径D=[13779×4/（3.1416×50×2）]1/2=14mm

水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度。

2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：

锚固深度计算公式

其中N——锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N=13.78kN；

d——楼板螺栓的直径，d=20mm；

[fb]——楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.5N/mm2；

h——楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h要大于13778.87/（3.1416×20×1.5）=146.2mm。

3.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，混凝土局部承压计算如下：

混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式

其中N——锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N=13.78kN；

d——楼板螺栓的直径，d=20mm；

b——楼板内的螺栓锚板边长，b=5d=100mm；

fcc——混凝土的局部挤压强度设计值，计算中取0.95fc=13.59N/mm2；

经过计算得到公式右边等于131.6kN

楼板混凝土局部承压计算满足要求!

五、悬挑式钢管脚