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脚手架和模板工程计算公式参数

脚手架和模板工程计算公式参数

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2008年03月03日　　扣件式钢管脚手架和模板支架工程是土木建筑工程施工中必不成少且十分重要的临时举措措施，它既为工程顺遂施工，又直接影响工程的质量、进度、效率、安全等。

二十余年来，我国...

2008年03月03日

　　扣件式钢管脚手架和模板支架工程是土木建筑工程施工中必不成少且十分重要的临时举措措施，它既为工程顺遂施工，又直接影响工程的质量、进度、效率、安全等。

二十余年来，我国经济快速成长，高层建筑、大跨度建筑大量兴建,商品混凝土泵送现浇钢筋混凝土结构体系的形成，都促使高层脚手架和空间高、跨度大的模板支架应用日渐增多。

随之在工程施工中，编制高层脚手架和模板支架的施工社团预设的重要性也越加较着。

　　特别是最近几年来，扣件式钢管模板支架发生的安全事故，导致了配备布置设备摆设主管部门和工程部门的关切和正视，为了贯彻浙江省配备布置设备摆设厅"关于开展全省配备布置设备摆设安全出产年活动"，笔者受省、市工程管理和施工部门的约请，针对扣件式钢管脚手架和模板支架的预设计算中的某些要端和不懂的题目，作了一些先容，有一部分工程技术职员希望有书面资料，为此，笔者整理成本文，供施工部门技术职员编制施工社团预设时参考。

由于本人对施工技术知之未几，如有不当，请工程界同仁指正。

　　1充分熟悉脚手架和模板支架在工程施工中的重要性，当真做好施工社团预设

　　1.1脚手架工程

　　脚手架是土木建筑工程施工必需施用的重要举措措施，是为包管高处作业安全、顺遂举行施工而搭设的工作平台或作业通道，在结构施工、装修施工和设备管道的安装施工中，都需要按照操作要求搭设脚手架。

　　脚手架是施工中必不成少的，是随着工程进展需要而搭设的。

虽则它是建筑施工中的临时举措措施，工程完成就拆除，但它对建筑施工速度、工作效率、工程质量和工人的人身安全有着直接的影响，如果脚手架搭设不实时，必将会拖延工程进度；脚手架搭设不切合施工需要，工人操作就不利便，质量会得不到包管，工效也提不高；脚手架搭设不牢固，不不变，就容易造成施工中的受伤和死亡事故。

是以，脚手架的选型、构造、搭设质量等决不成疏忽大意、轻率看待。

　　脚手架的品类很多，按搭设位置分：

有外脚手架和里脚手架；按所用材料分：

有木脚手架、竹脚手架和金属（钢管、型钢）脚手架；按构造情势分：

有多立杆式、框式、桥式、吊式、挂式、起落式等；按立杆搭设排数分：

有单排、双排和合座红架；按搭设高度分：

有高层脚手架和平凡脚手架；按搭设用场分：

有砌筑架、装修架、承重架等。

　　不论哪种脚手架工程，都应切合以下基本要求：

（1）要有足够的牢固性和不变性，包管在施工期间对所划定的荷载或在气候条件的影响下不变形、不摇晃、不倾侧，能确保作业职员的人身安全。

（2）要有足够的面积，满足堆料、运输、操作和行走的要求。

　　（3）构造要简单，搭设、拆除和盘运要利便，施用要安全，并能满足屡次周转施用。

　　（4）要随机应变，当场取材，量材施用，尽量节约用料。

　　扣件式钢管脚手架是我国目前土木建筑工程中应用最为广泛的，也是属于多立杆式的外脚手架中的一种，其特点是：

杆配件数量少；装卸利便，利于施工操作；搭设矫捷，能搭设高度大；坚忍耐用，可屡次周转。

　　应用扣件式钢管脚手架在预设与施工中要贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全合用、确保质量。

为了切合这一基本要求，所以扣件式钢管脚手架施工前，要根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）》的划定,（以下均略称《规范》）1.0.4条的划确定编制制施工社团预设。

　　1.2模板支架工程

　　钢筋混凝土现浇的结构工程均需要模板，模板是施工中必不成少的。

模板根据其情势,一般分为：

整体式模板、定型模板、东西式模板、翻滚转动模板、滑动模板、胎膜等。

按材料不同又分为：

木模板、钢木模板、钢模板、铝合金模板、竹模板、胶木模板等。

　　目前，建筑工程中大量应用的是组合式定型钢模板及钢木模板。

模板支架也广泛采用扣件式钢管搭设的支架。

由于高层和超高层建筑的蓬勃成长，现浇结构数量越来越多，响应模板工程所孕育发生的事故也有所增多，如胀凸、炸模、整体倒塌等，所以必需对模板工程加强安全管理。

模板及其支架（承重支模架）的安全性既对混凝土成形质量起着极重要的效用，也直接关系着施工职员的生命安全，是以，《混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）》对此作了严酷的划定：

模板及其支架应根据工程结构情势、荷载巨细、地基土类别、施工设备和材料供应等条件举行施工社团预设；模板及其支架应具备足够的承载能力、刚度和不变性,能可靠地承受浇筑混凝土的重量、侧压力和施工荷载。

具体要求是：

（1）模土地板结构预设计算书的计算简图、荷载取值、内力阐发、支架截面计算方法要合理、精确。

（2）预设计算应包孕模板支架自身及支撑模塔楼、地面承载能力等。

　　（3）技术方案要包孕结构模板大样、支撑体系及毗连件等。

　　（4）采取的技术安全措施要具体、全面。

　　2扣件式钢管脚手架基本构造与主要杆件

　　2.1基本构造

　　扣件式脚手架是由规范的钢管杆件（立杆、横杆、斜杆）和特制扣件组成的脚手架扇骨子与脚手板、防备保护构件、连墙件等组成的，是目前最经常使用的一种脚手架。

（1）钢管杆件。

钢管杆件一般采用外径48m、壁厚3.5cm的烧焊钢管或无缝钢管，也有外径50~5lmm、壁厚3~4mm的烧焊钢管或其它钢管。

用于立杆、大横杆、斜杆的钢管最大长度不宜超过6.5m，最大重量不宜超过250N，以便适合人工盘运。

用于小横杆的钢管长度宜为1.5~2.5m，以适应脚手板的宽度。

　　《规范》对钢管的材质、最大质量、尺寸和表面质量都作了划定，不仅对新钢管，而且对旧钢管都作了严酷的划定必需切合实际遵守。

（2）扣件。

扣件用可锻生铁铸造或用钢板压成，其基本情势有三种（图l）：

供两根成任意角度相交钢管毗连用的反转辗转扣件；供两根成铅直相交钢管毗连用的90度角扣件；供两根对接钢管毗连用的对接扣件。

扣件质量应切合有关的划定，当扣件螺栓拧紧扭力矩达65N·m时扣件不得发生破坏。

　　（a）反转辗转扣件（b）90度角扣件（c）对接扣件

　　图1扣件情势

　　（3）脚手板。

脚手板一般用厚2mm的钢板压制而成，长度2~4m，宽度250mm，表面应有防滑措施。

也可采用厚度不小于50mm的杉木板或松木板，长度3~6m，宽度200~250mm；或采用竹脚手板，有竹笆板和竹片板两种情势。

　　⑷连墙件。

连墙件将立杆与主体结构毗连在一起，可用钢管、型钢或粗钢筋等。

每一个连墙件的笼罩面积应小于40m2。

当脚手架高度大于5Om时，应小于27m2。

连墙件需从底部第一根纵向水平杆处开始配备布置，连墙件与结构的毗连应牢固，凡是采用预埋件毗连。

连墙件是十分重要的毗连件，《规范》对其布置和构造都作了严酷的划定。

　　图2扣件钢管架底座

　　（5）底座。

底座一般采用厚8mm、边长150~200mm的钢板作底板，上焊高150mm的钢管。

底座情势有内插式和外衣式两种，内插式的外径D1比立杆内径小2mm，外衣式的内径D2比立杆外径大2mm（图2）。

　　2.2主要杆件

（1）立杆（也称立柱、站杆等）与地面铅直，是脚手架主要受力杆件。

其效用是将脚手架上所堆放的物件和操作职员的全部荷载，路程经过过程底座（或垫座）传到地基上。

（2）大横杆（也称顺水杆、纵向水平杆等）与墙面平行，其效用是与立杆连成整体，将脚手板上的堆放物料和操作职员的荷载传到立杆上。

当采用竹脚手片时，则大横杆不传递荷载，仅作纵向连络杆件。

　　（3）小横杆（也称横楞、横向水平杆等）与墙面铅直，效用是直接承受脚手板上的荷载，并将其传到大横杆上。

当采用竹脚手片，则路程经过过程小横杆把荷载传到立杆上。

　　⑷斜撑是紧贴脚手架外排立杆,与立杆斜交并与地面约成45°~60°角，上下持续配备布置，形成"之"字形，主要在脚手架拐角处配备布置，效用是防止架子沿纵长标的目的倾侧。

　　（5）剪刀撑（也称十字撑、十字盖）是在脚手架外侧交叉成十字形的双支斜杆。

双杆互相交叉，并都与地面成45°~60°夹角，效用是把脚手架连成整体，增长脚手架的整体不变。

　　⑹抛撑（支撑、压栏子）是配备布置在脚手架四周的支撑架子的斜杆。

一般与地面成60°夹角，效用是增长脚手架横向不变，防止脚手架向外倾侧或全部倒出。

　　⑺连墙杆是沿立杆的竖向半大于层高且不该大于4m，水平标的目的半大于3L（L为立杆纵距）配备布置的、能承受拉和压且与主体结构相连的水平杆件，其效用主如果承受脚手架的全部风荷载和脚手架里外排立杆不均匀下沉所孕育发生的荷载。

　　（8）扫地杆是在脚手架底部纵飞横向配备布置并与立杆相毗连，主如果增强架子的整体刚度。

　　以上各类杆件位置可参见《规范》条则申明中的图1。

　　3扣件式钢管脚手架和模板支架预设计算

　　3.1基本划定

（1）扣件式钢管脚手架和模板支架工程（以下均略称''脚手架和模板支架''）结构的预设理论和方法与建筑结构预设同样都是按照《建筑结构可靠度预设统一规范（GB50068-2001）》举行，是以几率理论为基础的极限状态预设方法，与现行国家规范《钢结构预设规范（GBJ17-88）》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）》相相符。

（2）脚手架和模板支架结构施工社团预设的目的，是要在划定的施用刻日内，不超过结构承载能力极限状态和正常施用极限状态。

承载能力极限状态是对应于脚手架和模板支架结构或构件到达最大承载力或不舒服于继续承载的变形。

计算阐发主如果思量有关安全性的不懂的题目。

正常施用极限状态是对应于脚手架或模板支架结构或构件到达正常施用（如变形）的划定限值。

验算杆件变形主如果思量有关合用性的不懂的题目。

　　（3）脚手架和模板支架结构承载能力计算,采用极限状态预设方法，以分项系数预设的表达式S

　　根据脚手架或模板支架的荷载、杆件布置等环境，一般要举行以下几个方面的预设计算：

　　（Ⅰ）纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和毗连扣件的抗滑承载力计算；

　　（Ⅱ）立杆的不变性计算；

　　（Ⅲ）连墙件的强度、不变性和毗连强度的计算；

　　（Ⅳ）立杆地基承载力计算。

　　⑷计算脚手架构件的强度、不变性与毗连强度时，应采用荷载效应基本组合的预设值。

永世荷载分项系数应取1.2，可变荷载分项系数应取1.40。

　　（5）脚手架中的受弯构件，应根据正常施用极限状态的要求验算变形。

验算构件变形时，应采用荷载短期效应组合的预设值。

　　⑹当纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距半大于55mm时，立杆不变性计算中可不思量此偏心距的影响。

　　⑺钢材的强度预设值与弹性模量，扣件、底座的承载力预设值，受弯构件（纵向、横向水平杆等的允许挠度）和受压构件允许长细比λ=l0/i,（其中为l0计算长度；i为反转辗转半径），《规范》均提出了数据或限值。

　　3.2扣件式钢管脚手架预设计算

（1）荷载。

效用在脚手架结构上的荷载按时间的异常变化来分，主如果两种：

　　①永世荷载（恒荷载）：

在施用期间，其值不任何时间间变化，或其变化与均等值比拟可以纰漏不计的荷载。

如脚手架结构自重，也称恒荷载，包孕立杆，纵、横水平杆、剪刀撑、斜撑和扣件等结构自重，和脚手板、栏杆、挡脚掌、安全网等防备保护举措措施的重量。

　　②可变荷载：

在施用期间，其值按时间而变化，且其变化值与均等值比拟是不成纰漏的。

在脚手架上有：

（i）施工荷载（活荷载），包孕效用在脚手架上施工作业职员，用具、堆材等重量；（ii）风荷载。

（2）荷载效应组合。

脚手架结构预设要举行荷载效应组合，要按照施用过程中可能出现的荷载最不利的组合。

《规范》表4.3.1已经供给了脚手架计算项目的荷载效应组合的内容。

　　（3）纵向水平杆飞横向水平杆计算

　　①受弯强度的计算

　　σ=M/W≤f

　　式中M=1.2MGK+1.4MQK为弯矩预设值；MGK为由脚手板自重规范值孕育发生的弯距；MQK为由脚手板上施工荷载规范值孕育发生的弯距；系数1.2、1.4分别为恒荷载和活荷载的分项系数；W为截面模量；f为钢材抗弯强度预设值。

　　②挠度计算

　　要切合V≤[V]

　　此处V为在荷载效用下孕育发生的挠度；[V]为允许挠度。

　　③计算内力与挠度时的计算跨度取值

　　纵向水平杆宜取三跨持续梁计算；横向水平杆宜按简支梁计算。

但当采用竹脚手片时，纵向水平杆可不举行计算。

　　④扣件抗滑承载力验算（扣件是脚手架的毗连件，也是传力件）

　　R≤RC

　　式中R为纵、横向水平杆传给立杆的竖向作使劲预设值；Rc为扣件抗滑承载力预设值（按《规范》表5.1.7采用）。

　　⑷立杆不变性计算

　　①规范方法：

可取一个计算单元（立杆的一个纵距）计算。

　　不组合风荷载时：

N/φA≤f

　　其中N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4∑NQK

　　组合风荷载时：

N/φA+MW/W≤f

　　其中N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85x1.4∑NQK

　　式中N为计算立杆段的轴向力预设值；NG1K为脚手架结构自重规范值孕育发生的轴向力；NG2K为构配件自重规范值的轴向力；∑NQK为施工荷载规范值孕育发生的轴向力全体；A为立杆截面面积；f为钢材抗压强度预设值；φ为立杆受压的不变系数，根据立杆长细比λ取值；Mw为计算立杆段由风荷载预设值孕育发生的弯矩，可按《规范》公式5.3.4求出。

　　关于立杆的计算长度l0的确定

　　l0=kμh

　　式中k为计算长度附加系数其值为1.155；μ为思量整体不变因素的单杆计算长度系数，可按脚手架立杆排数、横向间隔及连墙件布置查表确定，一般为1.5~2.0；h为立杆步距。

　　②手册方法：

目前国内已经出书的施工安全技术手册、高层建筑施工手册、建筑施工脚手架实用手册等所先容的方法，在有些施工单位中也时常应用。

大抵有两种：

　　（i）建筑施工安全技术手册、高层建筑施工手册的方法[2，3]

　　不组合风荷载时：

N/φA≤KAKHf

　　式中φ为格构式压杆（立杆）整体不变性系数，按换算长细比λ0=μλX得出；μ为换算系数，根据立杆横向间距和连墙件的间距确定按表1取值；λX格构式压杆（由内、外排立杆及横向水平杆组成）的长细比，按表2取值；N为格构式压杆的轴向压力；KA为立杆（钢管数）的调整系数，单管取0.85，双管取0.70；KH=1/（1+H/150）为高度折减系数；H为脚手架高度（m）；f为钢材抗压强度预设值。

　　组合风荷载时：

N/φA+M/b1A1≤KAKHf

　　式中A为计算单元脚手架内、外立杆面积之和；A1为脚手内或外一根立杆面积；b1为脚手内、外立杆间隔。

M为风荷载效用对格构式压杆孕育发生的弯矩。

　　表1长细比换算系数μ

　　脚手架的立

　　杆横距b（m）脚手架与主体结构连墙点竖向间距H1（m）

　　2h3h4h

　　1.05252016

　　1.30322419

　　1.55403024

　　注:

表中数据是根据脚手架连墙点纵向间距为三倍立杆纵距计算所得，若为四倍时应乘以1.03的增大系数。

　　表2格构式压杆的长细比λX

　　脚手架的立

　　杆横距b（m）脚手架与主体结构连墙点竖向间距H1（m）

　　2.73.03.64.04.054.54.85.46.0

　　1.055.145.716.867.627.718.579.1410.2811.43

　　1.304.154.625.546.156.236.927.388.319.23

　　1.553.503.874.655.165.235.816.196.977.74

　　注:

①表中数据按λX=2H1/b计算。

　　②当脚手架底步以上步距h及H1不同时，应以底步以上较大的h和较大的H1作为查表根据。

　　（ii）建筑施工脚手架实用手册的方法[4]

　　不组合风荷载时：

N′/φA≤f

　　式中φ为立杆受压不变性系数，按λ=μh/i得出；μ为立杆计算长度系数。

取值与《规范》方法同；h为步距。

　　组合风荷载时：

N′/φA+MW/W≤f

　　式中N′=1.2（NG1K+NG2K）/K1+1.4∑NQK为立杆轴向力预设值；K1为高度调整系数，按表3取值。

其余符号同前。

　　表3K1的取值

　　支架高度

　　H1（m）263033374043464952

　　K10.8700.8500.8330.8160.8000.7840.7690.7550.741

　　（5）连墙件计算

　　NL=NLW+N0

　　式中NL为连墙件轴向力预设值；NLW=1.4WKAW风荷载孕育发生连墙件轴向力预设值；WK为风荷载规范；AW为每一个连墙件笼罩面积内脚手架外侧的迎风面积；N0为约束脚手架平面外变形所孕育发生的轴向力，单排架取3kN，双排架取5kN。

　　连墙件AN≥NL/f

　　式中AN为连墙件截面积。

　　扣件、预埋件等可按有关划定分别计算。

　　⑹立杆地基承载力计算

　　应切合P≤fg=KCfgK

　　式中P为杆基底均等压力；fg为地基承载力预设值；KC为调整系数，碎石土、砂土、回填土取0.4，粘土取0.5,片岩、混凝土取1.0；fgK为地基承载力规范值。

　　⑺脚手架搭设高度及高度限值

　　①当脚手架立杆为单管时，脚手架可搭设高度HS应按规范公式计算。

　　②当HS≥26m时，思量高度因素，可按下式调整，但不宜超过5Om，即搭设高度限值

　　[H]=HS/（1+0.00lHS）

　　③《规范》划定扣件式钢管脚手架高度不宜超过5Om。

这是指立杆采用单杆，当超过50m时，要稳重，并应采用加强措施，如采用双管立杆、分段悬挑、分段卸荷等措施。

　　3.3扣件式钢管模板支架预设计算

　　扣件式钢管模板支架在现行《规范》和施工手册中所提出的计算阐发方法与扣件式钢管脚手架的计算基本相同，《规范》对模板支架计算方法和构造要求还分别列入专门章节。

一方面由于都是采用扣件式钢管支架结构，在计算与构造有基本类同的方面，但另一方面在荷载取值、计算阐发、构造措施上也有区别。

（1）荷载。

模板支架所受荷载主要有两项。

　　①永世荷载（恒荷载）

　　（i）模板及支架自重：

定型组合钢模0.75kN/m2；

　　定型组合钢模及支架1.1kN/m2。

　　（ii）所灌溉的混凝土重量，按24kN/m3计。

　　（iii）钢筋自重：

用钢量大的按工程图实计，一般梁土地板结构可按钢筋混凝土每立米米钢筋重1.1kN，梁每立米米钢筋重1.5kN计。

　　②可变荷载（施工活荷载）

　　（i）施工职员、施工设备、混凝土堆积：

计算模板及模板下楞木时取2.5kN/m2，另再以集中荷载2.5kN计，二者比较内力M值，取大的值。

计算楞木下直接支承构件时取1.5kN/m2，计算支架立杆及其它构件时取1.OkN/m2。

　　（ii）振捣混凝土时，孕育发生的荷载：

对水平面模板取2kN/m2；对铅直面模板取4kN/m2；

　　（iii）新浇捣混凝土对模板侧面的压力：

采用内部振荡器时，可按下式计算，并取最小值：

　　F=0.22rt0β1β2√v或F=24H

　　式中F为对模板侧面压力（kN/m2）；r为24kN/m3；t0为初凝时间；β1为外加剂影响系数，掺加为1.2，不掺加为1.0；β2为坍落度影响系数，坍落度3cm为0.85，5~9cm为1.0,11~15cm为1.15；v为浇捣速度（m/h）；H浇捣混凝土的高度。

　　侧压力用于计算侧摸，计算模板支架可以不计。

模板支架计算把以上有关荷载效用下的规范值乘以分项系数后，得到预设值。

（2）模板支架立杆不变性计算

　　①《规范》划定的计算公式，与脚手架立杆相同，

　　即当不思量风荷载组应时N/φA≤f

　　当思量组合风荷载时N/φA+MW/W≤f

　　其中关于立杆计算长度l0=h+2a的取值，笔者建议在预设计算时要根据模板支架的现实环境注意其合用范围。

　　②安全技术施工手册和高层建筑施工手册对荷载阐发作了具体先容，模板支架立杆仅对木立杆作了先容，未关于扣件式钢管模板支架的计算。

参照脚手架计算也是有两种方法。

当不思量组合风荷载时：

　　施工安全技术手册方法：

N/φA≤KAKHf

　　建筑脚手架实用手册方法：

N′/φA

　　4了解扣件式钢管脚手架和模板支架（结构支架）的特性，应注意掌握的几个要端

　　4.1了解扣件式钢管结构支架的工作特性，理解预设方法的本色

（1）脚手架和模板支架钢管都是路程经过过程扣件毗连，而扣件又是用人工扳紧螺栓毗连，这种毗连节点是达不到刚性节点要求的，节点刚性巨细与扣件质量，人工搭设质量密切相干，所以扣件式钢管支架基本上都属于半刚性的节点，而且各节点的约束性能存在着很大的差异。

（2）钢管、扣件材料有初始缺陷，特别是经屡次周转重复施用的钢管、扣件其缺陷更紧张，如管子的初弯曲、锈蚀、截面缺损、管子端面不服、扣件的裂缝、破碎和搭设尺寸偏差等。

　　（3）所受荷载异常变化性大，尤其是模板支架所受荷载的巨细、位置很不均匀，且有动力影响。

　　⑷支架结构的杆件受力均路程经过过程于日件传递，全处于偏心受荷状态。

　　（5）与墙毗连件位置变化多，尤其高、大模板支架毗连件难以确定和包管。

　　归纳起来：

扣件式钢管用作脚手架、模板支架，其工作特性是存在荷载异常变化大，初始缺陷多，受力工况差，包管架子结构的整体不变和局部不变的不确定因素多等。

目前对这些不懂的题目的研究、测试还很不够，也缺少系统堆集和统计，虽则在理论上、结构阐发上《规范》和手册提出了一些具体的计算公式方法，但从总体上看照旧很简单的。

现实上还不具备以几率理论极限状态预设方法的条件，是以，目前扣件式钢管脚手架、模板支架的预设本色上照旧半几率、半经验的预设方法。

明确这一点儿是十分重要的。

　　由于扣件式钢管结构支架不确定的因素很多，就很难用一个计算公式和几个参量来包罗这些不确定的多变因素，所以也就不能纯粹倚赖阐发计算。

应该运用概念预设的方法，既正视数据的阐发