脚手架受力验算详解含字母代号.docx

1、脚手架受力验算详解含字母代号一、脚手架计算已知条件结构形式：框架结构；地上20层，地下2层，层高3m。1.脚手架参数双排脚手架搭设高度为 15 m，立杆采用单立杆；搭设尺寸为：立杆的纵距为 1.4m，立杆的横距为1.05m，立杆的步距为1.5 m；内排架距离墙长度为0.25 m；小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆根数为 1 根；采用的钢管类型为 483.0； 横杆与立杆连接方式为单扣件；连墙件布置取两步三跨，竖向间距 3 m，水平间距4.2 m，采用扣件连接；连墙件连接方式为双扣件；2.活荷载参数施工均布荷载(kN/m2):3.000；脚手架用途:结构脚手架；同时施工层数:2层；3.风荷载参数

2、基本风压0.35 kN/m2；风荷载高度变化系数z，计算连墙件强度时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数s 为0.214；4.静荷载参数每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):0.1360；脚手板自重标准值(kN/m2):0.350；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.140；安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:4 层；脚手板类别:木脚手板；栏杆挡板类别:木脚手板挡板；5.水平悬挑支撑梁悬挑水平钢梁采用20a号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.55m，建筑物内锚固段长度 2 m。锚固压点压环钢筋直径(mm):20.00；楼板混凝土标号

3、:C35；6.拉绳与支杆参数钢丝绳安全系数为:6.000；钢丝绳与墙距离为(m):3.300；悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结，最里面面钢丝绳距离建筑物 1.2 m。二、小横杆的计算按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。1.均布荷载值计算小横杆的自重标准值: P1= 0.033 kN/m；查（直缝电焊钢管(GB/T13793-1992) ）脚手板的荷载标准值: P2= 0.351.4/2（脚手板自重标准值*立杆纵距/2）=0.245 kN/m ；活荷载标准值: Q=31.4/2（施工均布荷载*立杆纵距/2）=2.1 kN/m；荷载的计算值: q=1.20.03

4、3+1.20.245+1.42.1 = 3.274 kN/m；（1.2*P1+1.2*P2+1.4*Q）（1.2*钢管的自重标准值+1.2*脚手板的荷载标准值+1.4*活荷载标准值） 2.强度计算最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩，计算公式如下: Mqmax = ql2/8（均布荷载值*立杆横距的平方/8）最大弯矩 Mqmax =3.2741.052/8 = 0.451 kNm；最大应力计算值 = Mqmax/W =100.488 N/mm2；（截面模量W=4.4881cm3）小横杆的最大弯曲应力 =100.488 N/mm2 小于 小横杆的抗弯强度设计值 f=205 N/mm2，满足要

5、求！3.挠度计算最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度荷载标准值q=0.033+0.245+2.1 = 2.378 kN/m ； qmax = 5ql4/384EI（5*荷载标准值*立杆横距的4次方）除以（384*钢的弹性模量*钢的截面惯性矩）（钢的弹性模量E=2.06105MPa ，钢的截面惯性矩I=107800mm）最大挠度 = 5.02.37810504/(3842.06105107800)=1.695 mm；小横杆的最大挠度 1.695 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 1050 / 150=7 与10 mm，满足要求！ 三、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，小横杆

6、在大横杆的上面。1.荷载值计算小横杆的自重标准值: P1= 0.0331.05=0.035 kN；（钢管的自重标准值*立杆横距）脚手板的荷载标准值: P2= 0.351.051.4/2=0.257 kN；（脚手板的荷载标准值*立杆横距*立杆纵距/2）活荷载标准值: Q= 31.051.4/2=2.205 kN；（施工均布荷载*立杆横距*立杆纵距/2）荷载的设计值: P=(1.20.035+1.20.257+1.42.205)/2=1.719 kN；（1.2*P1+1.2*P2+1.4*Q）（1.2*钢管的自重标准值+1.2*脚手板的荷载标准值+1.4*活荷载标准值） 大横杆计算简图2.强度验算

7、最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的弯矩和。 Mmax = 0.08ql2（0.08*钢管的自重标准值*立杆纵距的平方）均布荷载最大弯矩计算:M1max=0.080.0331.41.4=0.005 kNm； 集中荷载最大弯矩计算公式如下: Mpmax = 0.213Pl（0.213*大横杆荷载的设计值*立杆纵距）集中荷载最大弯矩计算:M2max=0.2131.7191.4= 0.513 kNm；M = M1max + M2max = 0.005+0.513=0.518 kNm最大应力计算值 = M/W = 0.518106/4490=115.318 N/mm2；

8、（截面模量W=4.49cm3）大横杆的最大弯曲应力计算值 = 115.318 N/mm2 小于 大横杆的抗弯强度设计值 f=205 N/mm2，满足要求！3.挠度验算最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和,单位:mm；均布荷载最大挠度计算公式如下: max = 0.677ql4/100EI（0.677*荷载标准值*立杆纵距的4次方）除以（100*钢的弹性模量*钢的截面惯性矩）（钢的弹性模量E=2.06105MPa ，钢的截面惯性矩I=107800mm）大横杆自重均布荷载引起的最大挠度： max= 0.6770.03314004 /(1002.06105107

9、800) = 0.039 mm；集中荷载最大挠度计算公式如下: pmax = 1.615Pl3/100EI=（1.615*小横杆传递荷载*立杆纵距的三次方）/（100*钢的弹性模量*钢的截面惯性矩）集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度：小横杆传递荷载 P=（0.035+0.257+2.205）/2=1.249kN （钢管的自重标准值+脚手板的荷载标准值+活荷载标准值）/2= 1.6151.24914003/ ( 100 2.06105107800) = 2.492 mm；最大挠度和：= max + pmax = 0.039+2.492=2.531 mm；大横杆的最大挠度 2.531 mm 小

10、于 大横杆的最大容许挠度 1400 / 150=9.3与10 mm，满足要求！ 四、扣件抗滑力的计算按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。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(建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范5.2.5): R Rc 其中 Rc - 扣件抗滑承载力设计值,取8.00 kN；R - 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；小横杆的自重标准值: P1 = 0.0331.051/2=0.017 kN；（钢管的自重标准值*立杆横距*1/2）大横杆的自重标准值: P2 = 0.0331.

11、4=0.047 kN；（钢管的自重标准值*立杆纵距）脚手板的自重标准值: P3 = 0.351.051.4/2=0.257 kN；（脚手板的自重标准值*立杆横距*立杆纵距/2）活荷载标准值: Q = 31.051.4 /2 = 2.205 kN；（施工均布荷载*立杆横距*立杆纵距/2）荷载的设计值: R=1.2(0.017+0.047+0.257)+1.42.205=3.473 kN；【1.2*（小横杆的自重标准值+大横杆的自重标准值+脚手板的自重标准值）+立杆纵距*活荷载标准值】R 8.00 kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 五、脚手架立杆荷载的计算作用于脚手架的荷载包括静荷载、活

12、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，为0.136kN/m NG1 = 0.1360+(1.051/2)0.033/1.5015.00 = 2.215kN；【0.1360+（立杆横距*1/2）*钢管的自重标准值/立杆步距】*脚手架搭设高度(2)脚手板的自重标准值；采用木脚手板，标准值为0.35kN/m2脚手板的自重标准值*脚手板铺设层数*立杆纵距*（立杆横距+0.2）/2 NG2= 0.3541.4(1.05+0.2)/2 = 1.274 kN；(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用木脚手板挡板，标准值为0.14kN/m 挡脚手板自重标准值*挡脚板铺设层数*

13、立杆纵距/2 NG3 = 0.1441.4/2 = 0.392 kN；(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网:0.005 kN/m2 安全网自重标准值*立杆纵距*脚手架搭设高度 NG4 = 0.0051.415 = 0.105 kN；经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 3.986 kN；活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。经计算得到，活荷载标准值施工均布荷载*立杆横距*立杆纵距*2/2 NQ = 31.051.42/2 = 4.41 kN；考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为1.2*静荷载标准值+0.85*1.4*活

14、荷载标准值 N = 1.2 NG+0.851.4NQ = 1.23.986+ 0.851.44.41= 10.031 kN；不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为1.2*静荷载标准值+1.4*活荷载标准值 N=1.2NG+1.4NQ=1.23.986+1.44.41=10.957kN；六、立杆的稳定性计算风荷载标准值按照以下公式计算 Wk=0.7zs0其中 0 - 基本风压(kN/m2)，按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用：0 = 0.35 kN/m2； z - 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：z= 0.74； s - 风

15、荷载体型系数：取值为0.214；经计算得到，风荷载标准值为: Wk = 0.7 0.350.740.214 = 0.039 kN/m2；风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 为: Mw = 0.85 1.4WkLah2/10 = 0.85 1.40.0391.41.52/10 = 0.015 kNm；0.85*1.4*风荷载标准值*立杆纵距*立杆步距的平方/10考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式 = N/(A) + MW/W f立杆的轴心压力设计值 ：N = 10.031 kN；不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式 = N/(A) f立杆的轴心压力设计值 ：N = N= 10.957kN；计算立

16、杆的截面回转半径 ：i = 1.59 cm；计算长度附加系数参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)表5.3.3得 ： k = 1.155 ；计算长度系数参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)表5.3.3得 ： = 1.5 ；计算长度 ,由公式 l0 = kuh 确定：l0 = 2.599 m；长细比: L0/i = 163 ；轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 的结果查表得到 ：= 0.265立杆净截面面积 ： A = 4.24 cm2；立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 4.49 cm3；钢管立杆抗压强度设计值 ：f =205

17、N/mm2；考虑风荷载时 = 10030.89/(0.265424)+14543.505/4490 = 92.514 N/mm2；立杆稳定性计算 = 92.514 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 f = 205 N/mm2，满足要求！不考虑风荷载时 = 10956.99/(0.265424)=97.517 N/mm2；立杆稳定性计算 = 97.517 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 f = 205 N/mm2，满足要求！七、连墙件的计算连墙件的轴向力设计值应按照下式计算：Nl = Nlw + N0连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算z0.92，s0.214，00.35，Wk

18、= 0.7zs0=0.7 0.920.2140.35 = 0.048 kN/m2；每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw = 12.6 m2；按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN), N0= 5.000 kN；风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，按照下式计算：Nlw = 1.4WkAw = 0.851 kN；连墙件的轴向力设计值 Nl = Nlw + N0= 5.851 kN；连墙件承载力设计值按下式计算：Nf = Af其中 - 轴心受压立杆的稳定系数；由长细比 l/i = 250/15.9的结

19、果查表得到 =0.958，l为内排架距离墙的长度； A = 4.24 cm2；f=205 N/mm2；连墙件轴向承载力设计值为 Nf = 0.9584.2410-4205103 = 83.269 kN；Nl = 5.851 Ru14.84KN。经计算，选此型号钢丝绳能够满足要求。钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环强度计算钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N，为N=RU=14.84kN钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为 = N/A f其中 f 为拉环钢筋抗拉强度，按混凝土结构设计规范10.9.8 每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2；所需要的钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环最小直径 D=(148404/(3.142502) 1/2 =13.7mm；实际拉环选用直径D=14mm 的HPB235的钢筋制作即可。十二、锚固段与楼板连接的计算水平钢梁与楼板压点如果采用压环，拉环强度计算如下拉环未受拉力，无需计算，节点按构造做法即可。