扣件式钢管脚手架计算要点课件.ppt

1、 扣件式钢管脚手架计算要点扣件式钢管脚手架计算要点 1、小横杆计算：强度、刚度、小横杆计算：强度、刚度 2、大横杆的计算、大横杆的计算 3、连接扣件的抗滑承载力计算、连接扣件的抗滑承载力计算 4、立杆的稳定性计算、立杆的稳定性计算 5、连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算、连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算 6、地基承载力计算、地基承载力计算 7、型钢悬挑梁的计算、型钢悬挑梁的计算*计算常用规范建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ 130-2011) 2001、网络资料依据建筑结构荷载规范(GB5009-2001)钢结构设计规范 (GB50017-2003)*计算基础知识之一 单位问

2、题lN-mm单位制 (1m=1000mm)l质量单位：吨（t），公斤（kg）lkg（质量）与N（力）之间的关系 F=mamX10（重力加速度g=9.8m/s2） 故 1kgf=10N 1tf=10kN例如：1、钢管48.3X3.6的质量为3.97kg/m，自重荷载标准值39.7N/m；2、外墙装饰脚手板上活荷载 2kN/m2,相当于200kgf/m2(两、三个工人的体重/m2)* 计算基础知识之二 荷载类型 永久荷载在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。如结构自重、预应力等。 钢管自重标准值：1）横杆计算时 39.7N/m(48.3X3.6) 不考虑配件自重 2）

3、立杆计算时 :查表A.0.1 考虑扣件自重 ，不含栏杆、挡脚板、安全网自重。 脚手板自重： 冲压钢板 0.3KN/m2 木、竹片脚手板 0.35KN/m2 可变荷载在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。如施工人员及设备材料重量、风荷载等。 结构施工用脚手架施工层均布荷载标准值：3KN/m2 装饰装修用脚手架施工层均布荷载标准值：2KN/m2 风荷载计算*计算基础知识之三 分项系数以概率理论为基础的极限状态设计法荷载标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个分位值。） 刚度计算荷载设计值-荷载标准值乘以分项系数

4、强度计算 永久荷载分项系数：1.2 可变荷载分项系数：1.4 组合系数2个以上可变荷载时：0.9（风+均布活荷载）老规范0.85*风压标准值计算风压标准值计算 wk=zsw0 wk=.zsw0（w0取n=50的值） JGJ130-2001 wk风荷载标准值（kN/m2）；z风压高度变化系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009规定采用；s脚手架风荷载体型系数，应按JGJ130-2011表4.2.6的规定采用； wo基本风压值 （kN/m2），应按国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001附表D.4的规定采用，取重现期n=10对应的风压值。 郑州: w0=0.3 KN/m2 计算

5、基础知识之四 风荷载* 风压高度变化系数风压高度变化系数z，按照现行国家标，按照现行国家标准准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范规定的值进行选取。规定的值进行选取。我们在设计脚手架时，要注意此值的取法，我们在设计脚手架时，要注意此值的取法， 按现行国家标准按现行国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的要的要求，对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度求，对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应依据地面粗糙度类别进行选择确变化系数应依据地面粗糙度类别进行选择确定定* l z与地面粗糙度有关(A、B、C、D四类) 与计算脚手架的离地面高度有关 市区C类10m高处：0.74；30m高处：1.0；60m

6、高处1.35l s 与背靠建筑物的封闭状况有关（墙1.0、其它1.3） 与脚手架自身状况有关（是否封闭、挡风系数大小）郑州市区郑州市区C C类、类、3030高、框架结构、全封闭外挂密目安全网高、框架结构、全封闭外挂密目安全网wk=zsw0=1.0X1.3X0.8X0.3=0.312kN/m2)(8 . 03 . 12 . 13 . 13 . 1密目安全wAnAs*计算基础知识之五 钢管（48.3X3.6）截面特性外径D壁 厚t截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长质量(mm)(mm)(cm2)(cm4)(cm3)(cm)(kg/m)48.33.65.0612.715.261.593.97外

7、径壁 厚t截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长重力(mm)(mm)(mm2)(mm4)(mm3)(mm)(N/mm)48.33.65.06X1021.271X1055.26X10315.90.03976444dDIDdDW3244)2(tDd*计算要点之一计算要点之一 小横杆计算小横杆计算 小横杆按照简支梁进行强度小横杆按照简支梁进行强度( (只算弯曲、不算剪切只算弯曲、不算剪切) )和挠和挠度计算度计算lb1.2P+1.4Q例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层*小横杆荷载小横杆荷载恒荷载计算：小横杆的自重标准值：q1=0.0

8、38kN/m 脚手板的荷载标准值： q2=0.3501.200/3=0.140kN/m活荷载计算：活荷载标准值：Q=3.01.2/3=1.200kN/m例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层*小横杆荷载设计值及力学小横杆荷载设计值及力学模型模型荷载的设计值： q=1.20.038+1.20.140+1.41.200=1.894kN/m 力学模型：*小横杆力学模型说明小横杆力学模型说明*小横杆力学模型说明小横杆力学模型说明碗扣式脚手架承载能力提高约碗扣式脚手架承载能力提高约15%*简支梁内力图结构力学求解器 弯矩图 剪力图 变形图mNq

9、lM.2618205. 1189482max*小横杆强度与挠度校核l 弯曲应力 f =205 N/mm2 l 挠度 q标准值 E =2.06X105 N/mm2 fmmNWM2/4 .515080261000mmmmlEIql2 . 112186710506. 238441050894. 15)107(15038445、*为什么不计算钢管的抗剪强度为什么不计算钢管的抗剪强度* 1 作业层上非主节点处的横向水平杆，宜根据支承脚手板的需要等间距设置，最大间距不应大于纵距的1/2；2 当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时，双排脚手架的横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水平杆上；单排脚手

10、架的横向水平杆的一端应用直角扣件固定在纵向水平杆上，另一端应插入墙内，插入长度不应小于180mm； 3 当使用竹笆脚手板时，双排脚手架的横向水平杆的两端，应用直角扣件固定在立杆上；单排脚手架的横向水平杆的一端，应用直角扣件固定在立杆上，另一端插入墙内，插入长度不应小于180mm。6.2.3 主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣接且严禁拆除。（去掉了内排架离墙距离的要求）接且严禁拆除。（去掉了内排架离墙距离的要求）横向水平杆的构造应符合下列规定：*计算要点之二计算要点之二 大横杆计算荷载： 小横杆传递给大横杆的荷载-集中力P设计值 即小横杆的支

11、座反力 : P =qlb/2 =1.894kN/mX1.05m/2 =0.994kN 大横杆的自重-均布力q设计值 q=1.2X0.038kN/m=0.0456kN/m例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层* *集中荷载P作用弯矩最大值（位置）均布荷载q作用弯矩最大值（位置） （ l=la=1.2m）mNXXPlPM.5 .3182 . 1994267. 0267. 0maxmNqlqM.57. 622 . 16 .451 . 021 . 0max* 强度满足要求强度满足要求! ! mNqMPMM.1 .32557. 65 .318m

12、axmaxmax2052/0 .645080325100fmmNWM*大横杆挠度计算：（荷载标准值）大横杆挠度计算：（荷载标准值） mm32.1025.029.112186751006.2100412000456.0677.031200994883.1EI1004ql677.0EI1003Pl883.1maxmaxmaxqP*大横杆挠度小于大横杆挠度小于1200mm/1501200mm/150与与10mm10mm刚度满足要求刚度满足要求! !* 大横杆在上的情况大横杆在上的情况 q1-脚手板及大横杆自重脚手板及大横杆自重 q2-活荷载活荷载* 大横杆的构造规定：大横杆的构造规定：1 纵向水平杆

13、应设置在立杆内侧，单根杆长度不应小于3跨； 2 纵向水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，并应符合下列规定：1）两根相邻纵向水平杆的接头不应设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不应大于纵距的1/3 *计算要点之三计算要点之三 扣件抗滑验算 扣件的抗滑承载力按照下式计算扣件的抗滑承载力按照下式计算 (规范规范5.2.5): R Rc Rc扣件抗滑承载力设计值扣件抗滑承载力设计值,取取8.0kN； R纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值； 本例即大横杆的支座反力。本例即大横

14、杆的支座反力。试验表明：试验表明： 当直角扣件的拧紧力矩达当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时单扣件抗滑承载时单扣件抗滑承载力为力为8.0kN； 双扣件，考虑受力不均匀，抗滑承载力取双扣件，考虑受力不均匀，抗滑承载力取12.0kN。 *计算偏不安全！为什么？计算偏不安全！为什么？kN82.3kNN23146122532 . 16 .4510119941534532115191qlPqRPRR*较安全算法：较安全算法：荷载计算：扣件覆盖范围内的横杆及脚手板自重、活荷载荷载计算：扣件覆盖范围内的横杆及脚手板自重、活荷载 大横杆的自重标准值：大横杆的自重标准值：P1=0.038P1=0.0381

15、.200=0.046kN1.200=0.046kN 小横杆的自重标准值：小横杆的自重标准值：P1=0.038P1=0.0381.051.053/2=0.060kN3/2=0.060kN 脚手板的荷载标准值：脚手板的荷载标准值：P2=0.350P2=0.3501.051.051.200/2=0.220kN1.200/2=0.220kN 活荷载标准值：活荷载标准值： Q=3.000Q=3.0001.0501.0501.200/2=1.890kN1.200/2=1.890kN 荷载的设计值：荷载的设计值： R=1.2R=1.2(0.046+0.06)+1.2(0.046+0.06)+1.20.220

16、+1.40.220+1.41.890=3.0kN 1.890=3.0kN 扣件抗滑验算扣件抗滑验算满足要求满足要求! ! *计算要点之四计算要点之四 立杆稳定性验算 计算方法力求简单、正确、可靠。 整体稳定、单杆局部稳定合并为一个公式。 计算部位：最底层立杆例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨*例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨*例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨*值的说明 计

17、算长度系数计算长度系数值是反映脚手架各值是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用。杆件对立杆的约束作用。 采用了中国建筑科学研究院建筑机采用了中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院械化研究分院19641964年年19651965年和年和19861986年年19881988年、哈尔滨工业大学年、哈尔滨工业大学土木工程学院于土木工程学院于19881988年年19891989年分年分别进行原型脚手架别进行原型脚手架整体稳定性试验整体稳定性试验所取得的科研成果，其所取得的科研成果，其值在值在1.52.01.52.0之间。之间。 综合了影响脚手架整体失稳的各种综合了影响脚手架整体失稳的各种因素：因素：连墙件、剪

18、刀撑连墙件、剪刀撑 当然也包含了当然也包含了立杆偏心受荷（初偏立杆偏心受荷（初偏心心e=53mme=53mm）的实际工况。的实际工况。*例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨* NG1k-架体自重，查表。 含：立杆、横杆、剪刀撑、扣件重量。 NG2k-构、配件自重， 含：脚手板、栏杆、挡脚板、安全网重量。标准值可查表4.2.1-1、2。 木脚手板: 0.35kN/m2 栏杆、木挡脚板： 0.17kN/m2 安全网： 0.01kN/m2例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个

19、施工层 两步三跨*例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层 两步三跨 NG1k = 0.1336kN/m49m=6.5464kN NG2k = NG2脚手板+ NG2栏杆、挡脚+ NG2安全网 = 0.3502层1.2(1.05+0.3)/2+0.171.22层/2 +0.011.20049 =0.567+0.204+0.588 =1.359kN NGk= NG1k + NG2k =6.5464+1.359 =7.9kN *l活荷载标准值 NQk1 = 5kN/m21.2m1.05m/2 =3.15kNl风压标准值 wk=0.312kN

20、/m2 风压引起立杆弯矩标准值，公式5.2.9mNhlwMakwk.24.84105 . 12 . 13121022例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨*立杆稳定系数例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨l0=kuh=1.155X1.5X1.5=2.6m计算长度系数，查表5.2.8=l0/i=2600/15.9=164=210稳定系数 =0.262 查表A.0.6 *无风工况立杆稳定核算 验算通过！221/205/4 .108489262. 013890

21、489262. 031504 . 179002 . 14 . 12 . 1mmNfmmNNANNANQkGk无风2/205mmNfAN无风*0.9 组合系数 验算通过！mNMMWkW.10624.844 . 19 . 04 . 19 . 0有风工况立杆稳定核算2/205mmNfWMANW有风221/205/1269 .201055080106000489262. 031504 . 19 . 079002 . 1W4 . 19 . 02 . 1WmmNfmmNMANNMANWQkGkW有风*连墙件受力：1、迎风面上的风力 Nlw=1.4WkAW2、脚手架平面外变形所产生的连墙件轴力 N0= 3k

22、N （单排2kN）验算内容：1、强度2、稳定 Ac-净截面（孔、螺纹等）计算要点之五计算要点之五 连墙件验算例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨2/17420585. 085. 0mmNfANcl2/17420585. 085. 0mmNfANl*c.双排脚手架连墙件布置（立面图）连墙件风荷载计算单元面积a.双排脚手架连墙件布置（平面图）b.双排脚手架连墙件布置（剖面图）安全网挡脚板附柱杆柱子*连墙件稳定系数例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨=l/i

23、=500/15.9=31.4稳定系数 =0.914 查表A.0.6 *连墙件稳定核算、连接验算 稳定验算通过！ Nl=7717N =7.7kN Rc=8kN 连接扣件抗滑验算通过！(若不通过，增加扣件)220lw/17485. 0/3 .17489914. 07717489914. 030006 . 333124 . 1mmNfmmNNANNANl*连墙件的说明连墙件的说明 采用形式：扣件式连接、焊接，螺栓连接等，最常用的扣件式连接方式。注意两个问题。1 限制连墙件偏离主节点的最大距离300mm 只有连墙件在主节点附近方能有效地阻止脚手架发生横向弯曲失稳或倾覆，若远离主节点设置连墙件，因立杆的

24、抗弯刚度较差，将会由于立杆产生局部弯曲，减弱甚至起不到约束脚手架横向变形的作用。 实际工程中，许多连墙件设置在立杆步距的12附近，这对脚手架稳定是极为不利的。2 第一步立柱所承受的轴向力最大，是保证脚手架稳定性的控制杆件。在该处设连墙件，也就是增设了一个支座，这是从构造上保证脚手架立杆局部稳定性的重要措施之一。*K-标准值（设计值安全）Nk-立杆轴向力13.89kN （取立杆稳定计算时的设计值安全、方便）A-基础地面面积（钢垫板、木垫块等）fg-地基承载能力（天然地基、回填土0.4）例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=49m，步距h=1.5m两个施工层、两步三跨计算

25、要点之六计算要点之六 地基承载力计算gkfANkp*抗弯强度、整体稳定性和挠度；锚固件及其锚固连接的强度；梁下建筑结构的承载能力验算。例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨计算要点之七计算要点之七 悬挑钢梁（不小于16工）计算*超过一定规模的危险性较大的分部分项工程深基坑工程（一）开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护和降水工程（二）开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。模板工程及支撑体模板工程及支撑体系系

26、（一）工具式模板工程：包括滑模、爬模、飞模等工程。（二）混凝土模板支撑工程：搭设高度8m及以上；搭设跨度18m及以上；施工总荷载15kN/m2及以上；集中线荷载20kN/m及以上；（三）承重支撑体系：用于钢结构安装等满堂支撑体系，承受单点集中荷载700kg以上。起重吊装及安装拆卸工程（一）采用非常规起重设备、方法，且单件起吊重量在100kN及以上的起重吊装工程；（二）起重量300kN及以上的起重设备安装工程；高度200m及以上内爬起重设备的拆除工程。脚手架工程脚手架工程（一）搭设高度50m及以上的落地式钢管脚手架工程；（二）提升高度150m及以上附着式整体和分片提升脚手架工程；（三）架体高度2

27、0m及以上悬挑式脚手架工程；拆除、爆破工程其他（一）施工高度50m及以上的建筑幕墙安装工程；（二）钢跨度大于36m及以上的钢结构安装工程；跨度大于60m级以上的网架和索膜结构安装工程；（三）开挖深度超过16m的人工挖孔桩工程；（四）地下暗挖、顶管及水下作业工程；（五）采用新技术、新工艺、新材料、新设备及尚无相关技术标准的危险性较大的分部分项工程。*吊拉钢索为安全储备，按构造设置，不计入悬挑梁受力（变形大）注意lc、lc1、 lc2 、lc3的取值与上图中L1和L2的关系 L1=Lc1=100+1050+500+100=1750 L21.25L1 故Lc 1.25L1-300=1.25*1750

28、-300=1887.5 取1900mm注意L1 L2构造要求与老规范的区别（更严格）例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 里立杆距墙500*荷载 N-立杆轴向力 13.89kN12kN（H49 H19） q-悬挑梁自重205.13N/m=0.20513kN/m* 16工截面特性截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长质量IxIyWxWyixiy(cm2)(cm4)(cm3)(cm)(kg/m)26.131113093.114121.26.851.8920.513截面积A惯性矩I截面模量W回转半径i每米长重

29、力(mm2)(mm4)(mm3)(mm)(N/mm)2613.1113000009310001410002120068.518.90.20513*例：48*3.5，排距lb=1.05，纵距la=1.2，高度H=19m（总高60m），步距h=1.5m 两个施工层、两步三跨 里立杆距墙500*弯矩图kN.m*剪力图kN* 型钢悬挑梁的抗弯强度计算公式： 型钢悬挑梁的整体稳定性验算公式：fWMnmaxfWMbmax*悬挑梁整体稳定系数 by=lc/iy=1750/18.9=931.750*2/250=0.014m 未通过！(设计值？标准值？) E=2.06X108kN/m2 I =1.13X107m

30、m4=1.13X10-5m4 EI=2327.8kN.m2* 悬挑梁构造要点 悬挑钢梁前端应采用吊拉卸荷，吊拉卸荷的吊拉构件有刚性的，也有柔性的，如果使用钢丝绳，其直径不应小于14，使用预埋吊环其直径不宜小于20（或计算确定），预埋吊环应使用HPB235级钢筋制作。钢丝绳卡不得少于3个。 悬挑钢梁悬挑长度一般情况下不超过2m能满足施工需要，但在工程结构局部有可能满足不了使用要求，局部悬挑长度不宜超过3米。大悬挑另行专门设计及论证。 在建筑结构角部，钢梁宜扇形布置（联梁问题） ；如果结构角部钢筋较多不能留洞，可采用设置预埋件焊接型钢三角架等措施。 悬挑钢梁支承点应设置在结构梁上，不得设置在外伸阳

31、台上或悬挑板上，否则应采取加固措施。 定位点可采用竖直焊接长0.2m、直径25mm-30mm的钢筋或短管等方式。* 锚固型钢悬挑梁的U型钢筋拉环或螺栓的强度计算公式： 式中：Nm型钢悬挑梁锚固段压点U型钢筋拉环或螺栓的拉力设计值； 悬挑梁剪力图 (拉14.238kN? 压38.925kN? 钢垫板)fANlm锚固计算*l Al U型钢筋拉环的净截面面积或螺栓的有效截面面积（mm2），一个U型钢筋拉环或一对螺栓按两个截面计算； 直径16mml fl U型钢筋拉环或螺栓抗拉强度设计值，应按GB50010的规定， fl =50N/mm2(HPB235)。l当型钢悬挑梁锚固段压点处采用2个（对）及以上

32、U型钢筋拉环或螺栓锚固连接时，其钢筋拉环或螺栓的承载能力应乘以0.85的折减系数。*锚固钢筋抗拉强度计算14238N 通过！2/506 . 322425014238mmNfmmNANml* 锚固构造要求： U型钢筋拉环或螺栓应采用冷弯成型。U型钢筋拉环、锚固螺栓与型钢间隙应用钢楔或硬木楔楔紧。 型钢悬挑梁固定端应采用2个（对）及以上U型钢筋拉环或锚固螺栓与梁板固定，U型钢筋拉环或锚固螺栓应预埋至混凝土梁、板底层钢筋位置，并应与混凝土梁、板底层钢筋焊接或绑扎牢固，其锚固长度应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010中钢筋锚固的规定。30d*重要的构造要求 主节点处连墙件必要性 立杆直线度（立杆不准搭接）、立杆不准打孔、步距不大于2m等 剪刀撑的同步搭设及扣件连接 同跨施工层荷载要求(活荷载不大于5kN) 地基沉降观测*门洞*单排*介绍辅助工具 结构力学求解器 EXCEL*