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1、建筑施工扣件式脚手架计算及验算研讨,1、前言： 脚手架在各种结构工程施工、装修施工等地方都广泛应用，部分结构造型比较复杂和特殊，以及结构施工中与其他项目施工有交叉，会出现普通脚手架工程不方便应用的情况，还需要采用悬挑脚手架进行施工。但在脚手架工程施工过程中，方案编制过程中的复核计算经常会缺漏一些需要验算的项目，造成计算书的失误，虽然很多时候并不出问题，但并不表示计算书没有问题。而且在计算失误的情况下，如果搭设架子的同志因此而放任自己，则会出现很大的安全隐患。因此，脚手架工程应从计算书步骤开始，就严格按照应该验算的项目进行计算，并在实际施工中严格按照既定的参数进行组织施工。,2、脚手架验算的步骤
2、及项目 2.1 编制步骤 脚手架工程施工的主要步骤如下：主要及相关人员商讨方案-确定方案-编制方案-报公司技术、安全部门审批方案-审批合格后由架子工长组织实施-各方验收合格-投入使用 脚手架工程在施工前，技术负责人应召集技术、安全、生产等相关人员对本工程的脚手架搭设情况进行研讨，确定脚手架应搭设的步距、纵距、横距、总高度、范围等各项参数内容，然后由技术负责人或技术员编制，编制完毕的方案经技术负责人审核后报公司技术安全部门会审，并由公司总工程师审批后执行。方案审批返回项目部，由项目部架子工长组织工人进行搭设，经公司技术、安全及项目部技术、安全部门负责人验收合格，方可使用。,2.2 脚手架方案验算
3、的步骤及验算项目 脚手架的构架结构计算（验算）项目包括1）构架的整体稳定性计算，可转化为立杆稳定性计算;2)单肢立杆的稳定性计算,当单肢立杆稳定性计算已经包括在整体稳定性计算中，且立杆未显著超出构架的计算长度和使用荷载时，可以略去此项计算；3）平杆的强度、稳定和刚度计算；4）附着和连墙件的强度和稳定验算；5）抗倾覆验算；6）悬挂件、挑支撑拉件的验算（根据受力状态确定验算项目）； 脚手架结构设计采用的方法：各种脚手架结构都属于临时（设）性建筑结构范畴，因此，一律采用建筑结构设计统一标准GB50068-2001规定的“概率极限状态设计法”，其基本概念概要介绍如下： 不论什么结构，当其整个结构或结构
4、的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，这个特定状态就称为该功能的极限状态。结构的极限状态有两种：,以上四种承载能力极限状态，倾覆问题可通过加强结构的整体性和附墙拉结来解决问题（对拉结件进行水平力作用的计算）；转变为机动体系的问题也可以用合理的构造（如加设适量的斜杆和剪刀撑）来解决而不必计算。因此，脚手架计算主要考虑的是强度和稳定的计算，而脚手架整体或局部丧失稳定破坏是脚手架破坏的主要危险所在，因而是最主要的设计计算项目。 2.2.1 汇集用于该工程的各项脚手架荷载标准值。 脚手架的各项计算荷载包括永久荷载和活荷载。 永久荷载主要是脚手架及附属构件的重量，主要有：脚手架本身
5、承受的每米杆件结构自重；脚手板自重；栏杆与挡脚手板自重；吊挂的安全设施荷载。 活荷载主要是指施工荷载，有施工的工人、材料、风荷载等荷载，风荷载则按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用。,结构作业架施工活荷取3KN/m2，装修作业架子为2KN/m2。对吊蓝、桥式脚手架等轻荷载脚手架按实际值取用，但不得低于1 KN/m2。如施工中脚手架的实际施工荷载超过以上规定时，应按可能出现的最大值进行计算。 在基本风压小于0.35 KN/m2的地区，对于敞开式脚手架，当搭设高度小于50m时，连墙件均匀设置且每点覆盖面积不大于30m2，构造符合规范规定时，验算脚手架的稳定性，可以不考虑风荷载
6、作用。其他情况下，设计均应考虑风荷载。 2.2.2 验算小横杆的强度和挠度：一般在施工当中，小横杆都是在大横杆的上面，直接承受脚手板传下来的施工荷载和脚手板的静荷载，所以在计算时，通常将其考虑为结构中的次梁，并按简支梁进行验算小横杆的最大弯矩和变形。（按照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范中5.2.4要求）。 2.2.3 验算大横杆的强度和挠度：小横杆在大横杆的上面，大横杆承受小横杆传来的荷载，因此大横杆通常考虑为结构中的主梁，并按三跨连续梁验算。（按照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范中5.2.4要求）,2.2.4 验算扣件抗滑力：扣件作为主要的承受横杆传力的构件，起着将水平力传给立杆的
7、作用，因此需要对其抗滑力进行验算，以保证脚手架整体受力的稳定性和安全性。这也是在实际方案编制中经常遗漏的项目。实际施工当中，该项工作人为因素最大，工人容易把扣件拧不紧，所以扣件的抗滑力也未能满足要求，使脚手架存在安全隐患。在验收检查项目还经常遗漏该项，没有抽查扣件的拧紧程度，造成事故隐患。 2.2.5 验算立杆的稳定性： 影响扣件式钢管脚手架稳定承载能力的因素很多，其中主要的有构架结构、尺寸、节点连接质量以及连墙点设置等。这些因素可变性较大，要把各种因素及其变化都考虑到计算中去既困难又不便于推行。因此可采用将不同间距连墙点设置的脚手架看作是一个轴心受压杆件，通过试验确定其计算长度系数，最后再考
8、虑一些常见因素的影响加以适当调整后，定出的值，这样就把复杂的脚手架整体稳定性计算转化为简单的、对立杆稳定性的计算。,这也是最主要的验算项目，立杆的稳定性决定了整个脚手架的稳定性，立杆稳定性达不到要求，则整个脚手架应重新进行考虑，调整立杆间距或增加立杆的数量，比如将双排单立杆改变成双排双立杆，或双排间隔双立杆，以满足立杆的受力要求。 验算脚手架的整体稳定性时，一般可以不考虑作业层施工荷载分布的不均匀性，可按平均分配作用于两侧的立柱（杆）上。但当局部的荷载显著增大，（例如与转运道、受料架等相接部位）或构架尺寸显著改变（如通道口等处），需要验算单肢杆件的稳定性时，则必须采用其实际分布的荷载值。 2.
9、2.6 最大连墙件计算：连墙件是使脚手架与结构构件拉结的杆件，通过与结构构件的拉结，增强脚手架的整体稳定性，抵抗风荷载对整体脚手架产生的负拉力。 2.2.7 立杆的地基承载力计算：立杆的地基是承受立杆传下来的整个脚手架荷载，所以地基的极限承受荷载是否大于立杆荷载，也是决定整个脚手架是否稳定的主要因素。 以上就是整个脚手架应进行验算的项目，当然不排除有其特殊的脚手架时，也应结合实际编制，如该工程有悬挑部分，所以还需要对悬挑部分的斜撑杆件进行验算。以下结合工程实际，将介绍整个脚手架的验算方法。,3、概况 3.1 工程概况 某学生公寓楼工程，建筑面积约2.37万平方米。主楼为办公楼，高54.10米，
10、地下二层为车库及物资库，地下一层为车库。地上是十二层，局部十四层。主体结构采用钢筋砼框架抗震墙体系，基础形式为筏板梁型基础。 本工程由于工期紧，在基础部分出+0.000后，地下防水、回填土与地上主体施工同时进行，所以决定在主楼+0.000以上2-5层结构部位施工时，采用悬挑双排脚手架施工,悬挑方法采用三层分段卸荷。到6层以上后，因地下外墙防水和回填土已经完成，可以搭设双排外架子，所以此时将架子按要求从首层室外地平开始搭设，直到和原有结构架子相交，将整个结构架子的荷载传到地面，改为装修施工的架子。 3.2 脚手架应用概况 本工程脚手架分结构阶段和装修阶段。结构阶段2-5层采用悬挑脚手架施工，16
11、m高；从二层开始，每两层一挑。到6层以上后，从首层开始，按照原先悬挑架子的参数支搭脚手架，并将首层架子和二层以上的悬挑架子相连，将整个架子改为装修施工架子。,本工程脚手架搭设按单立杆纵向间距La=1.2m，内外排立杆横向间距Lb=1.05m，内立杆距建筑物外皮b1=0.30m。脚手架步距h=1.5m（外立杆在每步架中间位置加设一道防护栏杆），小横杆间距是0.4m。 其中悬挑阶段外挑杆间距1.2m,斜撑杆间距1.2m，小横杆间距1.2m。建筑物与脚手架连接点：竖向间距为每层，水平间距L1=4.5m。 悬挑架子最下一排横向水平杆用14钢筋锚环套住，锚环位置见附图，底层挑架用12.5钢丝绳加花篮螺栓
12、与主体结构拉紧，拉索底部拉在挑架底部外排纵向水平杆节点处，顶部拉在预埋在本层结构顶部梁上的14钢筋锚环上，主楼南侧外挑的挑架部分需在二层底板上卸荷。 脚手架均布施工荷载：结构施工用外维护架为3KN/m2，装修为2KN/m2。结构及装修施工阶段操作层均为两层，外加两层护头脚手板，总共四层脚手板。,4 各项验算 4.1 荷载汇集计算 作用于脚手架的荷载包括永久荷载、活荷载。 永久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(kN/m)，包括每米立杆中小横杆、纵向横杆及立杆的自重，查JGJ130-2001附录A-1；本工程为0.1291KN/m。 NG1（悬挑） = 0.1291 K
13、N/m16 m =2.066kN NG1（双排架子） = 0.1291 KN/m56 m =7.230kN (2)脚手板的自重标准值(kN/ m2)；本例采用木脚手板，厚度为50mm，标准值为0.35 kN/m2 。 NG2 = 0.35041.2(1.05+0.3)/2=1.134kN (3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；本工程采用栏杆、木脚手板挡板，标准值为0.14 kN/m。 NG3 = 0.141.24/2=0.336kN (4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)； NG4（悬挑） = 0.0051.216m=0.096kN NG4 = 0.0051.256m=0.3
14、36kN,经计算得到，静荷载标准值： NG（悬挑）= NG1+NG2+NG3+NG4 = 3.632 kN。 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 9.036 kN 活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外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： NQ = 3.021.21.05/2=3.780kN 风荷载标准值应按照以下公式计算 其中 W0 基本风压(kN/m2)，按照建筑结构荷载规范(GB50009-2001)的规定采用：W0 = 0.350 Uz 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：Uz = 0.894
15、 Us 风荷载体型系数：Us = 0.70 经计算得到，风荷载标准值Wk = 0.70.3500.8940.70 = 0.153kN/m2。,考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N（悬挑）= 1.2NG + 0.851.4NQ 1.23.632kN+0.851.43.780 8.857 kN N = 1.2NG + 0.851.4NQ 1.29.036kN+0.851.43.780 15.341 kN 不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N（悬挑） = 1.2NG +1.4NQ 9.650 kN N = 1.2NG +1.4NQ = 16.135 kN 风荷载设计值产生的立杆
16、段弯矩 MW计算公式 MW = 0.851.4Wklah2/10 其中 Wk 风荷载标准值(kN/m2)；取0.153kN/m2。 la 立杆的纵距 (m)；本工程为1.2m。 h 立杆的步距 (m)，本工程为1.5m。 MW = 0.851.40.1531.21.52/100.05 kN.m,4.2、小横杆的计算: 小横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。 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。 4.2.1.均布荷载值计算 小横杆的自重标准值 P1=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值 P2=0.350.4/2=0.07 kN/m 活荷载标准值 Q=3.01.2=3.60kN/m 荷载的设计计算值 ： q=1.20.038+1.20.07+1.43.60=5.17 kN/m 4.2.2.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: M=5.1701.0502/8=0.713 kN.m =0.713106/5
