脚手架工程实例.docx

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脚手架工程实例

工程实例

大悬挑结构扣件式钢管脚手架支撑体系的设计及施工

摘要：

南京林业大学教学六楼位于南京林业大学校内，建筑面积25259m2。

本工程为框架结构，中间11层、两侧7层。

结构九、十层在9~12轴间南北两侧楼面各向外挑出3.9～7.2m，支模高度达35m。

关键字：

钢管脚手架 现场施工

一;工程概况：

　　江苏目前多以扣件式钢管脚手架作为模板支架，但由于项目经理、技术人员对超常规砼结构支模的重要性和严重性认识不足，对扣件式钢管排架支撑的承载力决定因素认识不足，导致了几例典型的模板支架倒塌事故，如南京电视台演播大厅屋盖模板支架整体倒塌、中国银行苏州分行综合业务楼共享空间屋盖模板支架整体倒塌等重大事故。

所幸的是国家已出台了相应的施工规范－《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，可供设计、施工参考。

参照规范并借鉴前人的经验编制了本施工方案，抛砖引玉，供大家参考。

二．搭设方案：

（一）、搭设材料及尺寸：

　　本工程大悬挑结构的模板支架采用扣件式钢管脚手架，立杆支撑在一层地面和二、三层楼面上。

材料采用φ48×3.5钢管、可锻铸铁扣件、九合板模板、木枋斜楞，一架两用，即支撑结构和装修施工使用，但主要用于结构支撑。

考虑要利用悬挑部位原建筑外脚手架做为支撑的一部分，故取定立杆纵横间距为原外脚手架柱距的一半，均为700mm，水平杆纵横向间距为700mm，立杆步距取1500mm。

南侧支撑布置、北侧支撑基本相同。

（二）、构造要求：

　　①立杆间连接宜采用对接扣件，为使接头按规范要求相互错开，底部立杆间隔交叉采用6.0m、6.5m钢管，上部立杆采用4.5m、5.0m钢管。

　　②在支撑体系四边与中间每隔4排立杆从底到顶搭设竖向剪刀撑，纵向3道，横向7道。

　　③每层砼施工分两步进行，先浇筑框架柱，待其到一定强度后与支撑体系做刚性连接后再浇楼面砼，以增强支撑体系的整体稳定性。

　　④支撑体系与结构通过框架柱和预埋钢管作刚性连接，连墙件偏离主节点不大于0.3m，两部五跨，从底部第一步纵向水平杆开始设置。

南京十年一遇风压为0.25KN/m2，本模板支架为敞开式脚手架，仅局部设安全网，且每个连墙件覆盖面积<30m2，故验算时可不考虑风荷载作用。

　　⑤在基坑回填土上支设立杆时，回填土必须分层夯实，其上做8㎝碎石垫层和8㎝厚C20的砼面层，立杆下设底座和50×300mm木条。

且在离底座底30cm处设置纵横向扫地杆。

为防雨水浸泡地基，在支撑体系最外侧立杆外2.0m处设置一浅排水沟。

　　⑥每根立杆上相邻步距的大横杆交替设置于立杆的内外侧，以减小立杆的偏心荷载。

　　⑦整个体系设置3个加强层。

三．支撑稳定验算：

　　梁、板下支撑立杆纵横间距为0.7m，立杆步距为1500mm。

φ48×3.5钢管截面积A=489mm2，抗压强度设计值为：

f＝205N/mm2，回转半径i＝15.8mm。

立杆长细比λ＝L0/I＝1500/15.8＝94.9。

立杆轴心受压时，据立杆长细比λ查《钢结构设计规范》得Ψ＝0.63。

故立杆轴心受压时的稳定承载力设计值为：

 F=ΨfA=0.63×205×489=6.32 t。

（一）、板下支撑稳定验算：

1．设计荷载：

恒载　　　　　　　模板以及钢管支撑自重：

　 0.55　t/㎡

新浇砼重量：

0.11×2.400=0.264　t/㎡

　　　　　　　　　　　钢筋重量：

　0.11×0.250=0.0275　t/㎡

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ∑=0.842　t/㎡

活载　　　　　　　 施工人员及设备重量：

　　 0.10　t/㎡

泵送砼倾倒产生荷载：

　　 0.40　t/㎡

　　　　　　　　　　　　　振捣产生的荷载：

　 0.20　t/㎡

（现场施工情况复杂，为安全见，取三荷载之和）　∑=0.70　t/㎡

设计荷载q=1.2×0.842+1.4×0.70=2.00 t/㎡

2．支撑验算：

　　①钢管支撑的稳定性计算：

　　作用在立杆上荷载为N＝2.00×0.72 =0.98t < F= 6.32 t。

稳定性满足要求。

　　②钢管扣件抗滑验算：

　　当立杆长度与支模长度相差较小时，可在立杆顶加可调支托进行调高。

否则可用两只旋转扣件作钢管接长。

作用在立杆扣件上的荷载为N＝0.98t<1.2t，故立杆双扣件搭接能满足抗滑要求。

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工程实例

（二）、承受上层结构及支撑体系荷载的结构楼板的承载能力验算（以门厅屋面板为例）：

板厚：

δ=11㎝　　双向板底筋：

φ8@200　　双向支座负筋：

φ8@200

板底最大弯矩：

Maz=0.0367ql2=0.0367×2.00×10×2.42=4.23KN•m

支座最大弯矩：

Mao=－0.0784ql2=－0.0784×19.34×2.42=－9.03 KN•m

板上下配筋均为φ8@200，As=As’=251 mm2,砼已达设计强度C35,fcm=19.1MPa

ho=h-（c+d/2）=110-（15+8/2）=91mm，X=fy*As/（fc*b）=210×251/19.1×1000=2.76mm

Mu=fc*b*X* （ho-x/2）=19.1×1000×2.76×（91-2.76/2）=4.72 KN•m＞Maz=4.23 KN•m，板底配筋满足要求；Mu=4.72 KN•m < 9.03 KN•m，板面负筋不能满足承载能力要求。

故该楼板下层必须增设支撑。

采用在上部支撑下原位重新顶上支撑，立杆顶部与砼面接触处用木方顶紧，底部与砼楼地面间设50×300mm的垫木。

（三）、F、A轴大梁梁下支撑稳定计算：

　　取受荷载较不利的大梁――F、A轴上九层楼面的连续梁计算，其截面300×1000。

其最不利受荷是当其正上方第十层梁浇筑时，两层梁的恒载和施工活载传到支撑立杆上，其荷载计算如下。

1．设计荷载：

恒载　　　　　　　　　模板自重：

（0.3+2×1.0）×0.05＝0.115　t/m

新浇砼重量：

　　 0.3×1.0×2.4=0.72　t/m

　　　　　　　　　　　钢筋重量：

　　　0.3×0.20=0.06　t/m

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ∑g=0.895　t/m

活载　　　　　　施工人员及设备的荷载：

（0.3+0.35×2）×0.25＝0. 25 t/m

　　　　　　　　（考虑浇筑施工时梁两侧各0.35m宽板带传给梁的荷载）

设计荷载　　　　q=1.2×2×0.895+1.4×0. 25=2.498 t/m

（考虑十层梁浇筑时传给九层梁的恒载，恒载乘2）

2． 支撑验算：

　　梁支模仍采用江苏目前最典型的支模方式——钢管排架顶部水平钢管传力支模。

梁自重及施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至水平钢管，水平钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆。

这样立杆所受的力为偏心力，偏心距为e=53mm，偏心率ε＝M*A/（N*W）=e*A/W=53×489/5000=5.18≤30，据立杆长细比λ、偏心率ε查《钢结构设计规范》得弯矩作用平面内稳定系数Ψp=0.186。

故立杆偏心受压时的稳定承载力设计值为：

 Fp=Ψp fA＝0.186×205×489＝1.89 t。

　　①．钢管支撑的稳定性计算：

　　作用在立杆上荷载为N＝2.498×0.7/3=0.583t < Fp=1.89t。

稳定性满足要求。

　　②．件抗滑验算：

　　作用在立杆扣件上的荷载为N＝0.583t <0.8t，故抗滑能满足要求。

鉴于结构的重要性，在直角扣件下在增设一个等扣件。

（四）、檐沟边大梁梁底支撑稳定计算：

　　本结构九、十层悬挑结构设计为桁架结构，为满足设计要求，决定将斜梁施工缝留置在梁端2000m处；为减少支撑受荷，在梁内预留斜板钢筋，将梁板分开浇筑。

　　檐沟边大梁梁底支撑按整个支撑体系内立管间距700mm验算，确定其是否需要加密。

因檐沟处纵横梁节点处荷载较大，取其下一榀排架验算。

1．设计荷载：

恒载　　　　　　模板自重：

[（0.25+2×0.6）+（0.6×2+0.43×2）+0.5]×0.7×0.05

+（0.3×2+0.5×2）×2.0/2×0.05　　＝0.220　t

新浇砼重量：

[0.25×0.6+0.07×（0.6+0.43）+0.5×0.11]×0.7×2.4

+0.3×0.5×2.0/2×2.4　　　　 =0.826　t

　　　　　　　 钢筋重量（按砼重1/10计）：

　　　0.1×0.826=0.083　t

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ∑g=1.129　t

活载　　　　　 施工人员及设备的荷载：

（0.6+0.25+0.5）×0.25×0.7＝0.236 t

设计荷载　　　　q=1.2×1.129+1.4×0.236=1.685 t

2．支撑验算：

　　1）.钢管支撑的稳定性计算：

　　顶部立杆杆底承受荷载N=1.685/2=0.843t < Fp=1.89t，满足要求。

　　2）.扣件抗滑验算：

　　作用在立杆扣件上荷载N＝1.685/2 =0.843t>0.8t，单扣件抗滑不能满足要求。

考虑结构的重要性，将梁下支撑立管加密至@350，并在节点下排架及左右两榀排架采用双扣件抗滑，这样能满足要求。

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工程实例

四．其他主要技术与安全措施：

　　1.九、十、十一层悬挑结构设计为桁架结构，此处各层挑梁在支模时需待顶层（十一、十层）梁砼强度达到设计要求时方可拆模。

　　2.参加支撑体系搭设的作业人员必须是持证上岗的架子工，作业时戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。

对施工人员进行详细的技术、安全交底，施工中及时检查，对未按施工方案施工之处及时整改，浇筑前全面检查，确保万无一失。

　　3. 剪刀撑、斜撑要随立杆、水平杆同步搭设，底层斜杆下端必须支撑在垫板上。

施工中要经常校验立杆垂直度，全高垂直偏差不得大于架高的1/400，且不大于100mm。

　　4.加强对构配件的质量检查，不合格不准使用。

　　5.控制扣件螺栓扭力矩：

采用扭力扳手，将扣件节点扭力矩控制在40～65N•m。

　　6.在支撑体系角杆上端设置避雷针，与整幢建筑物楼层内避雷系统连成整体。

　　7.在砼浇筑施工时，安排专人负责观察支撑有无异常响声、变形，发现异常情况立即通知现场施工人员撤离。

　　8.施工时要从建筑内侧向外侧平行浇筑，泵管尽量不要放到悬挑部位，施工人员不可在悬挑部位聚集太多。

在砼浇筑施工前要向施工人员就这些注意事项详细交底。

五．大悬挑结构施工排架支撑成功的技术管理经验：

　　本悬挑结构于2003年6月3日顺利浇筑完，浇筑中无异常情况，施工质量很好。

从本工程的排架支撑成功实施得到以下技术管理方面的启示。

　　1.大悬挑结构属于超常规砼结构，其支撑系统的方案设计至关重要，必须建立在较为精确的计算基础上，不能光靠经验解决。

　　2.大悬挑结构通过高密钢管支撑传给结构楼板的荷载往往超过其设计荷载，而这往往未能引起有关人员的注意。

本工程通过较精确的计算确定门厅楼板承载力不够，对其作了加强措施，在砼浇筑后检查门厅屋面板未发现新的裂缝。

　　3.支撑体系的施工至关重要，光靠计算不行，必须采取足够的构造措施来保证支撑的稳定性。

如支撑中设置剪刀撑及加强层、支撑四周与建筑物采取可靠连接等。

有了较完善的施工方案后，在支撑体系搭设过程中还必须加强中间检查。

砼浇筑前，技术人员特别是出方案者必须会同施工项目部和监理部共同对支撑体系进行彻底检查，并且有完整的验收记录，以明确各方的责任。

　　4.本悬挑结构在施工前，施工方、监理、业主都引起了重视，邀请了东南大学郭正兴教授等专家来工地对支撑方案进行现场论证，肯定了方案的可行性，并提出了一些宝贵的意见。

浇筑前按专家的意见进行了补充加固，确保了工程的质量和安全。

建筑施工脚手架的设计和计算

一、建筑脚手架技术在我国的发展

在建筑工程施工中，为满足施工作业需要所设置的操作架子，统称为建筑脚手架。

建筑脚手架已经走过了两个发展阶段：

在二十世纪60年代前，为传统的木、竹架设阶段；至七十年代末形成扣件架与木、竹脚手架“三足鼎立”局面，作为我国以现代脚手架技术全面取代传统脚手架的起步阶段的话，则自上世纪八十年代至今的二十多年，就是我国现代脚手架技术全面发展、基本更新和步入世界先进行列，并有所创新和超越的时期。

这二十多年，又可分为两段：

前十年通过推广应用扣件式脚手架、引进应用门式脚手架和研发应用碗扣架（铁道部科研所），从而形成了这三种落地式金属脚手架“三架马车”的应用局面，并已在大中城市的工程施工架子中占据主导和主体的地位。

吊蓝、挑脚手架、挂脚手架、桥式脚手架也有相当的应用和发展。

在八十年代后期，整体提升脚手架开始出现。

传统的木、竹脚手架呈被取代的发展趋势。

后十多年，适应高层、超高层工程的施工需要，两种自升式悬空脚手架得到了迅速的发展：

一是电动吊篮；二是附着升降脚手架。

这二十多年的其他发展成就还有：

（1）建筑施工脚手架标准技术工作，从无到有，取得了重要的成果。

已颁布实施的有：

《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》；《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》；《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规定》和《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规定》等；

（2）其他有良好应用的脚手架产品的引进、研发和应用。

包括梯型架、拱构门架、楔盘式门架和采用三角形构件的塔式脚手架等；

（3）低合金钢管材料的应用研究（有一定成效，但也有问题）。

总之，现今在世界各国已广为应用或良好应用的脚手架我们都有了。

我国在研发具有高技术含量的附着升降架方面已处于领先地位（但应用中也存在着一些问题），在脚手架、支撑架设计计算和标准化方面已进入先进行列。

我们已摆脱落后状态，已有条件在推进脚手架技术的发展中做出更多的贡献。

二、建筑脚手架的系列

建筑脚手架的类别有多种划分方式：

按其用途可分为结构施工脚手架（俗称砌筑脚手架）、装修脚手架、支撑和承重脚手架、防护脚手架；按其设置方式可分为落地式脚手架、附着脚手架、挑脚手架、吊脚手架、挂脚手架和移动式脚手架；按其构造形式可分为杆件组合（多立杆）式脚手架、构件组合或框组式脚手架、篮式脚手架、台式脚手架和桥式脚手架；按其架体形式可分为单排（立杆）架、双排架、多排和满堂架以及特形脚手架；按期使用方式可分为一次搭设脚手架、陆续接高脚手架、反复装拆或移置脚手架（包括零装零拆、零装整拆、整装零拆和整装整拆）、吊升（移）和自升（移）脚手架。

但按脚手架的材料和产品则可分为木、竹脚手架和金属脚手架两大类。

金属脚手架大多以其杆构件及其连接形式划分，大致构成如表1所示的系列。

基本构架组合形式    连接方式    脚手架标准名称

杆件组合    扣接式

盖固式

插接式    扣件式钢管脚手架

碗扣式钢管脚手架

楔盘式钢管脚手架

构件组合    承插、锁扣、挂扣    门式钢管脚手架

梯型和框组式钢管脚手架

搭式钢脚手架

附着件、杆构件和升降设备组合    螺栓连接、扣接、盖固    各类附着升降脚手架

定型产品组合    适合形式    各类台式脚手架、桥式脚手架、装修架、安装架、定型支架

三、脚手架的设计要求和注意事项

（一）脚手架和支撑架设计的基本要求有以下5项：

（1）满足施工作业要求（设置高度、作业面、防围护和跟进配合等）；

（2）具有稳定的构架结构（避免出现过大变形）；

（3）具有符合安全保证要求的承载能力，特别是抗失稳能力（失稳坍塌破坏脚手架和支撑架破坏的主要危险）；

（4）具有应对施工中改动情况（例如变更杆件位置，临时撤去杆件等）的预案弥补措施；

（5）确保装拆和使用安全的技术与管理措施。

（二）支架设计注意事项

在实现以上设计的基本要求时，应特别注意以下环节：

1）    地基和支承结构的承载能力；

2）安装偏差；

3）节点连接的构造和承载能力；

4）整体性和加强刚度杆构件的设置；

5）控制荷载和可能出现的不利作用；

6）监控措施及其落实程度；

7）脚手架材料和设备的质量；

8）隐患的检查和整改要求。

四、脚手架设计的内容

1．脚手架的几何尺寸——排距、步距、柱距及搭设高度、长度；

2．脚手架的地基基础：

（1）一般情况脚手架的地基基础可按下表采用，不用再进行计算

                                  表  一

搭设高度H    地  基  土  质  情  况

    中、低压缩性且压缩性均匀    回  填  土    高压缩性或压缩性不均匀

≤24m    夯实原土，立杆底座置于面积不小于0.075m2垫块、垫木上    土夹石或灰土回填夯实，立杆座置于面积不小于0．10m2的混凝土垫块或垫木上    夯实原土，铺设宽度不小于200mm的通长槽钢或垫木

25～35m    垫块、垫木面积不小于0．1m2，其余同上    砂夹石回填夯实，其余同上    夯实原土，铺厚度不小于200mm砂垫层，其余同上

36～50m    垫块、垫木面积不小于0．15m2或铺通长槽钢或木板    砂夹石回填夯实，垫块、垫木面积不小于0．15m2或铺通长槽钢或木板    夯实原土，铺厚度不小于150mm厚道碴夯实，再铺通长槽钢或垫木

注：

表中混凝土垫块厚度不小于200mm，垫木厚度不小于50mm。

（2）当上表不能满足时，应进行计算后确定脚手架的地基基础。

3．脚手架构造按结构要求设计；

（1）脚手架做法及各转角处、支撑设置、门洞的作法；

（2）脚手架防护做法及要求；

（3）其它必须强调说明的特殊构造。

4．关于搭设、使用及拆除过程中的安全措施；

5．脚手架的施工图；

6．必要的设计计算资料。

五、脚手架荷载计算的一般规定

（一）永久荷载和可变荷载的划分

1）永久荷载；在使用期间数值无显著变化的脚手架杆配件（包括防护材料）的自重。

2）可变荷载：

在脚手架使用期间数值有显著变化的荷载，如施工（活）荷载，风荷载以及其它数值随时间有显著变化的荷载。

脚手架杆配件的自重均纳入永久荷载中计算。

（二）荷载的标准值，代表值和设计值

1）荷载的标准值  、

脚手架杆配件自重的标准值，可按杆配件的长度、面积或体积乘以杆配件单位长度、面积或体积的自重确定。

脚手架施工活荷载的标准值可按以下规定采用：

  •

结构脚手架：

  3kN／m2：

装修脚手架：

  2kN／ma，

防护脚手架：

  1kN／ma。

施工（活）荷载包括作业架面上人员、材料和机具的重量。

当实际使用的施工荷载超过标准值的规定时，应按确定的实用施工荷载值采用。

风荷载的标准值Wk通过计算确定。

2）荷载的代表值

现行《建筑结构荷载规范》规定，建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值：

对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载，应根据设计要求采用标准值，组合值或准永久值作为代表值。

可变荷载的组合值为可变荷载的标准值乘以荷载组合值系数。

脚手架荷载的代表值，根据脚手架的使用条件，永久荷载和不包括风荷载的可变荷载取其标准值；风荷载则取其标准值作为代表值。

3）荷载的设计值

荷载的设计值等于标准值乘以荷载的分项系数。

永久荷载的分项系数为1．2；可变荷载的分项系数为1．4。

验算抗倾覆时，对结构有利的永久荷载效应，其永久荷载分项系数取0．9。

  （3）设计荷载的取值和设计荷载组合

1）设计荷载的取值

当按承载力极限状态计算脚手架杆件的强度、节点的连接强度，整架或单肢的稳定性（抗失稳承载力）以及立柱地基或支承结构的承载力时，取荷载的设计值。

当按正常使用极限状态验算受弯杆配件的变形时，取荷载的标准值或代表值。

2）风荷载的考虑

①在基本风压小于0，35kN／m：

的地区、脚手架按规范规定的构造要求搭设，在计算脚手架的稳定强度时，可以忽略（即不计）风荷载的作用。

其它情况下，在设计时均应考虑风荷载的作用。

②风荷载作用仅在计算整架或单肢的稳定承载力和连墙件强度中考虑；在节点连接强度、水平杆件抗弯变形计算中不考虑风荷载。

③尽管有六级以上风时不允许施工人员上架作业的规定，在考虑风荷载的荷载组合中，仍以施工荷载计入（不考虑减去人员的荷载）。

④对于附着于高耸结构之上的脚手架，当该高耸结构的风荷载作用必须考虑风振系数时，则脚手架亦应考虑风振系数。

3）设计荷载组合和组合系数  

①不考虑风荷载的组合：

永久荷载+可变荷载（组合系数取1．0）

②考虑凤荷载的组合

  永久荷载+0．85（施工荷载+风荷载）

③连墙件的设计荷载

  连墙件轴压力的设计值取1.0Hw+侧向支承力。

Hw为风荷载对连墙件所产生的轴向作用力，侧向支承力则考虑了以下两种水平力的作用：

a．在偏心力作用下，由脚手架倾覆力矩在连墙件中引起的水平力，b．连墙件对脚手架横向整体失稳的约束作用所产生的屈曲剪力。

由于这两项小平力目前还难以准确确定，一般可取2～3KN。

六、脚手架按极限状态设计的一般表达式

  在脚手架设计中，取y0=0.9，yG=1.2，yQi=1.4和ψ=0.85，因此，其按极限状态设计的一般表达式为：

  1）无风荷载组合时：

  0．9（1．2CGGK+1．4C1Q1K+1．4∑CQiQiK  ）≤R  （1—1）

    式中

      CG——永久荷载的荷载效应系数;

      GK——永久荷载的标准值；

C1——施工荷载的荷载效应系数;

Q1K——施工荷载的标准值；

        CQi——其它可变荷载的荷载效应系数；

QiK——其它可变荷载的标准值；              

        R——脚手架杆配件抗力的设计值。

当无其它可变荷载QiK作用时，式（1-1）变为：

    0．9（1．2CGCK+1．4C1Q1K）≤R            （1—2）

  2）有风荷载组合时：

0.9［1.2CGCK+0.85（1.4C1Q1K+1.4∑CQiQiK+CKWK）］≤R

当无其它可变荷载QiK作用时，上式变为：

0.9[1.2CGCK+0.85（1.4C1Q1K+CKWK）]≤R    

    式中  WK——风荷载标准值;

        CWi——风荷载的荷载效应系数。

（七）脚手架设计的计算项目

1按承载力极限状态的计算项目（略）

2按正常使用极限状态的计算项目（略）

3一般计算项目

由于脚手架的一些杆配件在通常使用条件下具有足够的承受荷载作用的能力而不必逐项计算，因此，脚手架的一般计算项目为：

1）按整架或立杆单枝（件）计算的稳定承载力；

2）跨度较大的水平杆配件的抗弯强度和变形；

3）连墙件抵抗水平力作用的拉、压强度；

4）立杆地基或基础的承载力；

5）挑、挂、吊和撑位位设施及其支撑结构的承载力。

（八）按一般项目计算

1）跨度较大的水平杆配件的抗弯强度和变形

  a）水平杆配件的抗弯强度        

  Mmax

σ=——≤f

    W

      σ——水平杆配件在弯矩作用下产生的正应力（N/mm2）；  

    Mmax——最大