落地式脚手架的工程方案设计计算书双排计算.docx

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落地式脚手架的工程方案设计计算书双排计算

落地式脚手架工程方案计算书

工程名称：

演示工程

施工单位：

山西宏厦建筑工程有限公司

编制人：

张某某

审核人：

日期：

一、

编制依据

1、工程施工图纸及现场概况

2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011

3、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011

4、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015

5、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

6、《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

7、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

8、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-2016

9、《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号文

二、工程参数

搭设参数

搭设高度

24m

步距

1.8m

立杆纵距

1.5m

立杆横距

1.05m

连墙件方式

二步三跨

连墙件扣件

双扣件

荷载参数（荷载标准值）

永久荷载

立杆承受结构自重

0.1086kN/m

安全网

0.01kN/m2

脚手板类型

冲压钢脚手板,2层

自重标准值

0.3kN/m2

护栏与挡脚板自重标准值

0.17kN/m2

可变荷载

施工均布活荷载

2kN/m2

同时施工层数

1层

风荷载

地区

山西阳泉市

基本风压

0.4kN/m2

地基参数

地基土类型

碎石土

地基承载力标准值

200kN/m2

垫板宽度

0.3m

垫板长度

1.5m

考虑到钢管锈蚀弯曲等因素，按φ48×3钢管计算。

三、横向水平杆（小横杆）验算

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》规定:

“当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时，纵向水平杆应作为横向水平杆的支座，用直角扣件固定在立杆上。

”施工荷载的传递路线是：

脚手板→横向水平杆→纵向水平杆→纵向水平杆与立杆连接的扣件→立杆，如图：

横向水平杆按照简支梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。

（一）抗弯强度计算

1、作用横向水平杆线荷载标准值：

qk=（QK+QP1）×S=（2+0.3）×1.5=3.45kN/m

2、作用横向水平杆线荷载设计值：

q=1.4×QK×S+1.2×QP1×S=1.4×2×1.5+1.2×0.3×1.5=4.74kN/m

3、考虑活荷载在横向水平杆上的最不利布置（验算弯曲正应力、挠度不计悬挑荷载，但计算支座最大支反力要计入悬挑荷载），最大弯矩：

Mmax=

qlb2

=

4.74×1.052

=

0.653kN·m

8

8

4、钢管载面模量W=4.49cm3

5、Q235钢抗弯强度设计值，f=205N/mm2

6、计算抗弯强度

σ=

Mmax

=

0.653×106

=

145.43N/mm2

〈

205N/mm2

W

4.49×103

7、结论：

满足要求

（二）变形计算

1、钢材弹性模量E＝2.06×105N/mm2

2、钢管惯性矩I＝10.78cm4

3、容许挠度[ν]=l/150与10mm

4、验算挠度

ν=

5qklb4

=

5×3.45×10504

=

2.5mm

〈

1050

＝7与10mm

384EI

384×2.06×105×10.78×104

150

5、结论：

满足要求

四、纵向水平杆（大横杆）验算

双排架纵向水平杆按三跨连续梁计算，如下图：

不需要计算抗弯强度和挠度。

由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值：

F=

0.5qlb（1+

a1

）2

=0.5×4.74×1.05（1+

0.15

）2

=3.25kN

lb

1.05

由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值

Fk=0.5qklb（1+

a1

）2=0.5×3.45×1.05（1+

0.15

）2

=2.37kN

lb

1.05

五、扣件抗滑承载力验算

水平杆与立杆连接方式采用单扣件，抗滑承载力Rc=8kN。

纵向水平杆通过扣件传给立杆竖向力设计值=3.25kN〈Rc=8kN

结论：

扣件抗滑承载力满足要求

六、立杆的稳定性计算

1、分析立杆稳定性计算部位

组合风荷载时，由下式计算立杆稳定性

N

+

Mw

≤f

A

W

N——计算立杆段的轴向力设计值；A——立杆的截面面积；

j——轴心受压构件的稳定系数，W——截面模量；f——钢管的抗压强度设计值；

Mw——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；

Mw=0.9×1.4Mwk=

0.9×1.4ωklah2

10

其中，风荷载标准值ωk=0.7µz·µs·ω0，

将N=1.2（NG1k+NG2k）+0.9×1.4∑NQk代入上式化简为：

1.2Hgk

+

0.9×1.4×0.7µz·µs·ω0lah2

+

1.2NG2k

+

0.9×1.4∑NQk

≤f

A

10W

A

A

H——脚手架高度；gk——每米立杆承受的结构自重标准值；la——立杆纵距；h——步距；

µz——风压高度变化系数；µs——风荷载体型系数；

ω0——基本风压，取山西阳泉市50年一遇值，ω0=0.4kN/m2

NG1k——脚手架立杆承受的结构自重标准值产生的轴向力；

NG2k——构配件自重标准值产生的轴向力；∑NQk——施工荷载标准值产生的轴向力总和；

脚手架结构自重产生的轴压应力

σg=

1.2Hsgk

A

风荷载产生的弯曲压应力：

σw=

0.9×1.4×0.7µzµsω0lah2

10W

构配件（安全网除外，但其自重不大）自重荷载、施工荷载作用位置相对不变，其值不随高度变化而变化。

风荷载随脚手架高度增大而增大，脚手架结构自重随脚手架高度降低而增加（计算中应考虑的架高范围增大），因此，取σ=σg+σW最大时作用部位验算立杆稳定性。

2、计算风荷载产生的弯曲压应力σw

风荷载体型系数µs=1.3f=1.3×0.8=1.04

σw=

0.9×1.4×0.7µz×1.04×0.4×1.5×1.82×106

=39.7µz

10×4.49×103

地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

3、计算脚手架结构自重产生的轴压应力σg

首先计算长细比λ：

λ=

l0

i

l0——计算长度，l0=kµh；i——截面回转半径；k——计算长度附加系数，其值取1.155；

µ——考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，应按规范表5.2.8采用；h—步距；

立杆横距lb=1.05m，连墙件布置二步三跨，查规范表5.2.8得µ=1.5，h=1.8m

λ=

kµh

=

1.155×1.5×180.0

=196

i

1.59

根据λ的值，查规范得轴心受压构件的稳定系数j=0.188。

立杆纵距la=1.5m，查规范附录A表A-1得gk=0.1086kN/m

σg=

1.2Hsgk

=

1.2Hs×0.1086×103

=1.63HsN/mm2

A

0.188×424.00

4、求σ=σw+σg

列表如下：

高度（m）

µz

σw=39.7µz

（N/mm2）

对应风荷载作用计算段高度取值Hg（m）

σg=1.63Hs

（N/mm2）

σ=σw+σg

（N/mm2）

5

1.0

39.70

24

39.12

78.82

24

1.29

51.21

10

16.30

67.51

分析说明：

脚手架顶端风荷载产生弯曲压应力相对底部较大，但此处脚手架结构自重产生的轴压应力很小，σw+σg相对较小，脚手架底部风荷载产生的弯曲压应力虽较小，但脚手架自重产生的轴压应力接近最大σ=σw+σg最大，因此脚手架立杆稳定性验算部位取底部。

5、验算长细比

由规范5.2.8式，且K=1，得

λ=

l0

=

kμh

=

1.5×180

=170<210

i

i

1.59

结论:

满足要求!

。

6、计算立杆段轴向力设计值N

脚手架结构自重标准值产生的轴向力

NG1K=Hsgk=24×0.1086=2.61kN

构配件自重标准值产生的轴向力

NG2K=0.5（lb+a1）la∑Qp1+Qp2la+laHQp3=0.5×（1.05+0.15）×1.5×2×0.3+0.17×1.5×2+1.5×24×0.01=1.410kN

lb——立杆横距；a1——小横杆外伸长度；la——立杆纵距；Qp1——脚手板自重标准值；

Qp2——脚手板挡板自重标准值；Qp3——密目式安全立网自重标准值；H——脚手架高度；

施工荷载标准值产生的轴向力总和

∑NQk=0.5（lb+a1）laQk=0.5×（1.05+0.15）×1.5×2×1=1.80kN

Qk——施工均布荷载标准值；

组合风荷载时

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.9×1.4∑NQk=1.2×（2.61+1.410）+0.9×1.4×1.80=7.09kN

7、组合风荷载时，验算立杆稳定性

按规范公式5.2.6-2验算立杆稳定性，即：

N

+

Mw

=

7.09×103

+39.7×1.0=88.95+39.70=128.65N/mm2

A

W

0.188×424

结论:

满足要求!

。

8、不组合风荷载时，验算立杆稳定性

N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4∑NQk=1.2×（2.61+1.410）+1.4×1.80=7.34kN

按规范公式5.2.6-1验算立杆稳定性：

N

=

7.34×103

=92.08N/mm2

A

0.188×424

结论:

满足要求!

。

七、脚手架搭设高度计算

1、验算长细比：

λ=

l0

=

kμh

=

1.5×180

=170<210

i

i

1.59

（k=1，μ=1.5）

结论：

满足要求!

。

2、确定轴心受压构件稳定系数j：

k=1.155,λ=

kμh

=

1.155×1.5×180.0

=196

i

1.59

查规范得j=0.188，gk=0.1086kN/m2

3、确定构配件自重标准值产生的轴心力NG2K

NG2K=0.5（lb+a1）la∑Qp1+la∑Qp2+la[H]Qp3=0.5×（1.05+0.15）×1.5×2×0.3+1.5×2×0.17+24×1.5×0.01=1.410kN

（[H]脚手架搭设高度限值，取最大，即［H］=24m）

4、求施工荷载标准值产生的轴向力总和∑NQk：

∑NQk=0.5（lb+a1）la∑Qk=0.5（1.05+0.15）×1.5×1×2=1.80kN

5、求风荷载标准值产生的弯矩：

Mwk=

ωklah2

=

0.7µzµsω0lah2

10

10

建筑物为框架结构，风荷载体型系数µs=1.3j=1.3×0.8=1.04

地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

立杆计算段取底部，风压高度变化系数µz=1.0

Mwk=

0.7×1.0×1.04×0.4×1.5×1.82

=0.142kN·m

10

6、确定按稳定计算的搭设高度Hs:

组合风荷载时

Hs=

Af-[1.2NG2K+0.85×1.4（∑NQk+

Mwk

A）]

=

w

1.2gk

0.188×424×205×10-3-[1.2×1.410+0.85×1.4（1.80+

0.142

×0.188×424）]

=73m

4.49

1.2×0.1086

不组合风荷载时

Hs=

Af-（1.2NG2K+1.4∑NQk）

1.2gk

=

0.188×424×205×10-3-（1.2×1.410+1.4×1.80）

=93m

1.2×0.1086

Hs取73m时，

[H]=

Hs

=

73

=68m

1+0.001Hs

1+0.001×73

脚手架搭设高度限值为68m。

根据规范，落地式脚手架高度不宜超过５０米。

八、连墙件计算

（一）脚手架上水平风荷载标准值ωk

连墙件均匀布置，取脚手架最高处受风荷载最大的连墙件计算，高度按24m，地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

风压高度变化系数µz=1.29

脚手架风荷载体型系数µs=1.3j=1.3×0.8=1.04

基本风压取山西阳泉市50年一遇值，ω0=0.4kN/m2

ωk=0.7µzµsω0=0.7×1.29×1.04×0.4=0.38kN/m2

（二）求连墙件轴向力设计值N

每个连墙件作用面积Aw=2×1.8×3×1.5=16.20m2

N=Nlw+N0=1.4wkAw+3=1.4×0.38×16.20+3=11.62kN

Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值；

N0——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力，双排脚手架N0=3kN；

（三）连墙件稳定计算

连墙杆采用钢管时，杆件两端均采用直角扣件分别连于脚手架及附加墙内外侧的短钢管上，因此连墙杆的计算长度可取脚手架的离墙距离，即lH=0.2m，因此长细比

λ=

lH

=

20.0

=13<[λ]=150

i

1.59

根据λ值，查规范附录表C，

=0.966,

N

=

11.62×103

=28.37N/mm2<205N/mm2

A

0.966×424

满足要求!

。

抗滑承载力计算

连墙件采用双扣件连接,抗滑承载力取12kN。

Nl=11.62kN<12kN

连墙件扣件抗滑承载力满足要求!

九、立杆地基承载力计算

1、立杆段轴力设计值N

N=7.34kN

2、计算基础底面积A

取垫板作用长度1.5m，A=0.3×1.5=0.45m2

3、确定地基承载力设计值fg

碎石土承载力标准值：

fgk=200kPa=200kN/m2

取Kc=0.4，得fg=kcfgk=0.4×200=80kN/m2

4、验算地基承载力

立杆基础底面的平均压力

P=

N

=

7.34

=16.31kN/m2

A

0.45

满足要求!

。