脚手架和模板工程计算公式参数（7月20日）.pdf

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1、学 海 无 涯 1 脚手架和模板工程计算公式参数脚手架和模板工程计算公式参数 目 录 扣件式钢管脚手架与模板支架的设计计算 1012 前 言 1012 1 充分认识脚手架和模板支架在工程施工中的重要性，认真 做好施工组织设计 1012 2 扣件式钢管脚手架基本构造与主要杆件 1014 3 扣件式钢管脚手架和模板支架设计计算 1016 4 了解扣件式钢管脚手架和模板支架（结构支架）的特性， 应注意掌握的几个要点 10113 5 算例及比较 10117 扣件式钢管脚手架与模板支架的设计计算 益德清（中国工程设计大师） -本文摘自浙江建筑 前 言 扣件式钢管脚手架和模板支架工程是土木建筑工程 学 海

2、 无 涯 2 施工中必不可少且十分重要的临时设施，它既为工程顺利施 工，又直接影响工程的质量、进度、效率、 安全等。二十 余年来，我国经济迅速发展，高层建筑、大跨度建筑大量兴 建 , 商品混凝土泵送现浇钢筋混凝土结构体系的形成， 都促 使高层脚手架和空间高、跨度大的模板支架应用日渐增多。 随之在工程施工中，编制高层脚手架和模板支架的施工组织 设计的重要性也越加明显。 特别是近年来，扣件式钢管模板支架发生的安全事故， 引起了建设主管部门和工程部门的关切和重视，为了贯彻浙 江省建设厅“关于开展全省建设安全生产年活动”， 笔者受省、 市工程管理和施工部门的邀请，针对扣件式钢管脚手架和模 板支架的设计

3、计算中的某些要点和问题，作了一些介绍，有 一部分工程技术人员希望有书面资料，为此，笔者整理成这 篇文章，供施工部门技术人员编制施工组织设计时参考。由 于本人对施工技术知之不多， 若有不妥， 请工程界同仁指正。 1 充分认识脚手架和模板支架在工程施工中的重要性，认真 做好施工组织设计 1.1 脚手架工程 脚手架是土木建筑工程施工必须使用的重要设施，是为 保证高处作业安全、顺利进行施工而搭设的工作平台或作业 通道，在结构施工、装修施工和设备管道的安装施工中，都 需要按照操作要求搭设脚手架。 学 海 无 涯 3 脚手架是施工中必不可少的，是随着工程进展需要而搭 设的。虽然它是建筑施工中的临时设施，工

4、程完成就拆除， 但它对建筑施工速度、工作效率、工程质量以及工人的人身 安全有着直接的影响，如果脚手架搭设不及时，势必会拖延 工程进度； 脚手架搭设不符合施工需要， 工人操作就不方便， 质量会得不到保证，工效也提不高；脚手架搭设不牢固，不 稳定，就容易造成施工中的伤亡事故。因此，脚手架的选型、 构造、搭设质量等决不可疏忽大意、轻率对待。 脚手架的种类很多， 按搭设位置分： 有外脚手架和里脚手架； 按所用材料分：有木脚手架、竹脚手架和金属（钢管、型钢） 脚手架；按构造形式分：有多立杆式、框式、桥式、吊式、 挂式、升降式等；按立杆搭设排数分：有单排、双排和满堂 红架；按搭设高度分：有高层脚手架和普通

5、脚手架；按搭设 用途分：有砌筑架、装修架、承重架等。 不论哪种脚手架工程，都应符合以下基本要求： （1）要有足够的牢固性和稳定性，保证在施工期间对所 规定的荷载或在气候条件的影响下不变形、 不摇晃、 不倾斜， 能确保作业人员的人身安全。 （2）要有足够的面积，满足堆料、运输、操作和行走的 要求。 （3）构造要简单，搭设、拆除和搬运要方便，使用要安 全，并能满足多次周转使用。 学 海 无 涯 4 （4）要因地制宜，就地取材，量材施用，尽量节约用料。 扣件式钢管脚手架是我国目前土木建筑工程中应用最为广 泛的，也是属于多立杆式的外脚手架中的一种，其特点是： 杆配件数量少；装卸方便，利于施工操作；搭设

6、灵活，能搭 设高度大；坚固耐用，可多次周转。 应用扣件式钢管脚手架在设计与施工中要贯彻执行国家的 技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保 质量。为了符合这一基本要求，所以扣件式钢管脚手架施工 前，要根据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 （JGJ130-2001） 的规定,(以下均简称规范)1.0.4 条的规 定编制施工组织设计。 1.2 模板支架工程 钢筋混凝土现浇的结构工程均需要模板，模板是施工中 必不可少的。模板根据其形式 , 一般分为：整体式模板、定 型模板、工具式模板、翻转模板、滑动模板、胎膜等。按材 料不同又分为：木模板、钢木模板、钢模板、铝合金模板、 竹模板、胶木

7、模板等。 目前，建筑工程中大量应用的是组合式定型钢模板及钢 木模板。模板支架也广泛采用扣件式钢管搭设的支架。由于 高层和超高层建筑的蓬勃发展，现浇结构数量愈来愈多，相 应模板工程所产生的事故也有所增多，如胀凸、炸模、整体 倒塌等，所以必须对模板工程加强安全管理。模板及其支架 学 海 无 涯 5 （承重支模架）的安全性既对混凝土成形质量起着极重要的 作用，也直接关系着施工人员的生命安全，因此， 混凝土 结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002） 对此作了严 格的规定：模板及其支架应根据工程结构形式、荷载大小、 地基土类别、施工设备和材料供应等条件进行施工组织设 计；模板及其支架应具有足

8、够的承载能力、刚度和稳定性 , 能可靠地承受浇筑混凝土的重量、侧压力以及施工荷载。具 体要求是： （1）模板结构设计计算书的计算简图、荷载取值、内力分 析、支架截面计算方法要合理、准确。 （2）设计计算应包括模板支架自身及支撑模板楼、地面承 载能力等。 （3）技术方案要包括结构模板大样、支撑体系及连接件等。 （4）采取的技术安全措施要详细、周全。 2 扣件式钢管脚手架基本构造与主要杆件 2.1 基本构造 扣件式脚手架是由标准的钢管杆件（立杆、横杆、斜杆） 和特制扣件组成的脚手架骨架与脚手板、防护构件、连墙件 等组成的，是目前最常用的一种脚手架。 （1）钢管杆件。钢管杆件一般采用外径 48m、壁

9、厚 3.5cm 的焊接钢管或无缝钢管，也有外径 50 5lmm、壁厚 34mm 的焊接钢管或其它钢管。用于立杆、大横杆、斜杆的钢管最 学 海 无 涯 6 大长度不宜超过 6.5m，最大重量不宜超过 250N，以便适合 人工搬运。用于小横杆的钢管长度宜为 1.52.5m，以适应脚 手板的宽度。 规范对钢管的材质、最大质量、尺寸和表面质量都 作了规定，不仅对新钢管，而且对旧钢管都作了严格的规定 必须切实遵守。 (2) 扣件。扣件用可锻铸铁铸造或用钢板压成，其基本形式 有三种（图 l） ：供两根成任意角度相交钢管连接用的回转扣 件；供两根成垂直相交钢管连接用的直角扣件；供两根对接 钢管连接用的对接扣

10、件。扣件质量应符合有关的规定，当扣 件螺栓拧紧扭力矩达 65Nm 时扣件不得发生破坏。 (a )回转扣件 (b)直角扣件 (c)对接扣件 图 1 扣件形式 (3) 脚手板。脚手板一般用厚 2mm 的钢板压制而成，长度 24m，宽度 250mm，表面应有防滑措施。也可采用厚度不 小于 50mm 的杉木板或松木板，长度 36m，宽度 200250mm；或者采用竹脚手板，有竹笆板和竹片板两种形 式。 (4) 连墙件。连墙件将立杆与主体结构连接在一起，可用钢 管、型钢或粗钢筋等。每个连墙件的覆盖面积应小于 40m2。 当脚手架高度大于 5Om 时，应小于 27m2。连墙件需从底部 第一根纵向水平杆处开

11、始设置，连墙件与结构的连接应牢 学 海 无 涯 7 固，通常采用预埋件连接。连墙件是十分重要的连接件， 规 范对其布置和构造都作了严格的规定。 图 2 扣件钢管架底座 (5) 底座。底座一般采用厚 8mm、边长 150 200mm 的钢板 作底板，上焊高 150mm 的钢管。底座形式有内插式和外套 式两种，内插式的外径 D1 比立杆内径小 2mm，外套式的内 径 D2 比立杆外径大 2mm（图 2） 。 2.2 主要杆件 (1) 立杆（也称立柱、站杆等）与地面垂直，是脚手架主要 受力杆件。其作用是将脚手架上所堆放的物件和操作人员的 全部荷载，通过底座（或垫座）传到地基上。 (2)大横杆（也称顺

12、水杆、纵向水平杆等）与墙面平行，其作 用是与立杆连成整体，将脚手板上的堆放物料和操作人员的 荷载传到立杆上。 当采用竹脚手片时， 则大横杆不传递荷载， 仅作纵向连系杆件。 (3)小横杆（也称横楞、横向水平杆等）与墙面垂直，作用是 直接承受脚手板上的荷载，并将其传到大横杆上。当采用竹 脚手片，则通过小横杆把荷载传到立杆上。 (4)斜撑是紧贴脚手架外排立杆 , 与立杆斜交并与地面约成 45 60 角，上下连续设置，形成“之”字形，主要在脚手架拐 角处设置，作用是防止架子沿纵长方向倾斜。 学 海 无 涯 8 (5)剪刀撑（也称十字撑、十字盖）是在脚手架外侧交叉成十 字形的双支斜杆。双杆互相交叉，并都

13、与地 面成 45 60 夹 角，作用是把脚手架连成整体，增加脚手架的整体稳定。 (6)抛撑（支撑、压栏子）是设置在脚手架周围的支撑架子的 斜杆。一般与地面成 60 夹角，作用是增加脚手架横向稳定， 防止脚手架向外倾斜或倾倒。 (7)连墙杆是沿立杆的竖向不大于层高且不应大于 4m，水平 方向不大于 3L（L 为立杆纵距）设置的、能承受拉和压且与 主体结构相连的水平杆件，其作用主要是承受脚手架的全部 风荷载和脚手架里外排立杆不均匀下沉所产生的荷载。 (8)扫地杆是在脚手架底部纵飞横向设置并与立杆相连 接，主要是增强架子的整体刚度。 以上各种杆件位置可参见规范条文说明中的图 1。 3 扣件式钢管脚手

14、架和模板支架设计计算 3.1 基本规定 (1) 扣件式钢管脚手架和模板支架工程（以下均简称脚手架 和模板支架） 结构的设计理论和方法与建筑结构设计一样都 是按照建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001） 进行，是以概率理论为基础的极限状态设计方法，与现行国 家标准钢结构设计规范（GBJ17-88） 、 冷弯薄壁型钢结 构技术规范（GB50018-2002） 相一致。 (2)脚手架和模板支架结构施工组织设计的目的， 是要在规定 学 海 无 涯 9 的使用期限内，不超过结构承载能力极限状态和正常使用极 限状态。承载能力极限状态是对应于脚手架和模板支架结构 或构件达到最大承载力或不适于继

15、续承载的变形。计算分析 主要是考虑有关安全性的问题。正常使用极限状态是对应于 脚手架或模板支架结构或构件达到正常使用（如变形）的规 定限值。验算杆件变形主要是考虑有关适用性的问题。 (3)脚手架和模板支架结构承载能力计算 , 采用极限状态设 计方法，以分项系数设计的表达式 SR 进行，即作用在脚手 架、模板支架结构上的荷载效应（S） 结构的抗力（R） 。 根据脚手架或模板支架的荷载、杆件布置等情况，一般 要进行以下几个方面的设计计算： ()纵向、 横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗 滑承载力计算； ()立杆的稳定性计算； ()连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算； ()立杆地基承载力计算

16、。 (4)计算脚手架构件的强度、稳定性与连接强度时，应采 用荷载效应基本组合的设计值。永久荷载分项系数应取 1.2， 可变荷载分项系数应取 1.40。 (5) 脚手架中的受弯构件，应根据正常使用极限状态的要求 验算变形。验算构件变形时，应采用荷载短期效应组合的设 计值。 学 海 无 涯 10 (6)当纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距不大于 55mm 时，立杆稳定性计算中可不考虑此偏心距的影响。 (7)钢材的强度设计值与弹性模量，扣件、底座的承载力设计 值，受弯构件（纵向、横向水平杆等的容许挠度）以及受压 构件容许长细比 =l0/i,(其中为 l0 计算长度；i 为回转半径)， 规范均提出了数据或限值