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1、脚手架结构的设计规定和计算方法摘要：编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定（修订稿）对建筑脚手架的荷载计算、设计表达式等计算方法作出了规定。脚手架的主要验算项目应包括单、双排脚手架的整体稳定性验算，非单、双排脚手架结构和单肢立杆的稳定性验算及水平杆件的强度验算、连墙件验算等。关键词：脚手架；技术标准；设计规定；计算方法；稳定性验算摘自：建筑技术.1999.第8期1993 年制订并下发的编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定（建标1993 062 号，以下简称 统一规定），对涉及风荷载计算、实用设计表达式等脚手架设计计算方法的有关问题作出了规定。经4 年的应用和研究，1997年通过并下发了该
2、规定的修订稿，基本上形成了脚手架设计计算方法的框架，成为即将陆续颁布实施的各种建筑施工脚手架安全技术规范的指导性文件。由脚手架杆（构）件和连接件搭设而成的各种形式的脚手架、支撑架和其他用途架子所形成的脚手架结构，具有其自身的特点，不同于工程结构，不能完全套用钢结构的计算方法，应依据统一规定确定的方法和要求进行设计和计算。1 统一规定对脚手架结构设计计算方法的规定1.1 对设计方法和设计要求的规定1.1.1 规定脚手架结构一律采用以概率理论为基础的极限状态设计法（简称概率极限状态设计法，即目前我国工程结构设计采用的方法）进行设计。1.1.2 规定脚手架结构为临时工程结构，其结构重要性系数0 取0
3、.9。1.1.3 对脚手架结构设计可靠度的要求，考虑到无足够统计数据积累的情况，确定其采用概率极限状态设计的结果，应与我国的历史使用经验相一致，即若采用单一系数法进行设计时，其单一安全系数应满足：强度计算时的K1 1.5；稳定计算时的K22.0 。为此，在计算式中引人材料强度附加分项系数0或抗力附加分项系数R，R =0m=0.9m。1.1.4 规定钢管脚手架结构归人薄壁型钢结构，在涉及设计焊接连接、选用轴心受压杆件的稳定系数时，应使用冷弯薄壁型钢结构技术规范(GBJ18-87）。1.1.5 规定脚手架的设计计算项目一般应包括：(1）构架的整体稳定性计算（可转化为对立杆稳定性的计算）；(2）水平
4、杆件的强度、稳定性和刚度验算；(3）附着、连墙件的强度和稳定性计算；(4）抗倾覆验算；(5）地基基础和支承结构的验算。当脚手架的结构和设置设计都符合相应规范的不必计算的要求时，可不进行计算；当作业层施工荷载和构架尺寸不超过规范的限定时，一般可不进行水平杆件的计算。脚手架失稳（包括整体、局部和单肢）破坏是其最大的危险所在，一般必须进行计算；当脚手架的局部或单肢无显著的荷载或长度增大时，可不进行局部或单肢立杆的失稳验算。总之，在上述规定的计（验）算项目中，凡没有不必计算的可靠依据时，均应进行计算。1.1.6 按概率极限状态设计要求，刚度（即变形）验算时的荷载取标准值；强度和稳定验算时的荷载取设计值
5、，荷载的设计值等于其标准值乘上荷载分项系数。恒载（自重）分项系数GK取1.2 （在抗倾覆验算中的荷载有利时，取0.9 )；活载（施工荷载、风荷载）分项系敬(QK、WK）取1.4 ；同时组合施工荷载和风荷载时，荷载组合系数取0.851.2 对一般实用设计表达式的规定统一规定按两类构件（受弯、轴心受压）和两类荷载（不组合风载、组合风载）分别给出了脚手架结构的一般实用设计表达式，共两组4 个式子。对于受弯构件：不组合风载时为 （1）组合风载时为 (2) 对于轴心受压杠件：不组合风载为 （3）组合风载时为 （4）根据本文1.1.3对脚手架结构设计可靠度的要求，通过概率极限转台设计法与单一系数法两种设计
6、表达式的比较，得到的计算式。对于受弯构件：不组合风载时为 （5）组合风载时为 （6）对于轴心受压构件：不组合风载时为 （7）组合风载时为 （8）其中，；以上各式中：恒载标准值的作用效应（如轴力，弯矩）；施工荷载标准值的作用效应（如轴力，弯矩）；风荷载标准值的作用效应（如轴力，弯矩）；材料强度的标准值；材料强度的设计值，；抗力分项系数，钢结构的取1.165；截面模量（截面抵抗矩）；轴心受压杠件的稳定系数；A 杠件的毛截面积。为方便计算，各脚手架标准的编制组可根据相应脚手架的受荷情况，统计出和值的范围，编制出表，以供读者使用，亦可取，给出值。例如，已定稿的建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范取=0.
7、725（用于稳定计算）。当将相应的轴力和弯矩取代一般实用设计表达式中的作用效应S时，即可得到设计使用的计算式（见后述）。计算式一般都采用荷载计算值的作用效应，即在计算式中不出现荷载分项系数。1.3 对风荷载计算的规定统一规定给出了脚手架所受的风压标准值的计算式。当脚手架的设置高度100m时： （10）式中 基本风压；风压高度变化系数；高度Z处的风振系数；风荷载体型系数（表1）；按行架确定的风荷载体型系数；按脚手架封闭状态确定的挡风系数（挡风面积/迎风面积）；0.7按5年重现期确定的基本风压折减系数。对某些特殊情况，可采用高于0.7的值，但不得低于此值。以上、均按建筑结构荷载规范（GBJ-87）
8、的相应规定选用或计算确定，其中按其表6.3.1第32和第36项计算。表1 脚手架风荷载体型系数背靠建筑物的状况全封闭敞开，开洞脚手架状况各种封闭情况1.01.3敞开2 落地式脚手架结构的主要验算落地搭设的脚手架结构，包括单排、双排、多排（满堂）脚手架和支撑架，主要承受竖向荷载作用，其整体结构或单肢立杆的抗失稳能力远低于相应的强度承载能力，当其计算长度（等于节点间的实际长度乘以计算长度系数）和所受轴心荷载作用较大时，将会出现失稳破坏，因此，稳定性是其主要验算项目。强度验算主要为地基基础、连墙件的抗拉、水平杆件的抗弯等。当连墙件受水平压力作用时，则需验算其轴心受压稳定性。水平杆件都有其自身的“跨度
9、界值”LJ，当实用跨度LLJ 时，则受其变形条件控制，仅需验算变形。脚手架水平杆件的LJ值及其相应的界值荷载以及不同跨度下的控制荷载等，均可从文献1中第425-436 页查到，读者可据此判断是否需要进行验算。2.1 单、双排脚手架的整体稳定性验算单、双排扣件式钢管脚手架的整体稳定性验算是在较为全面、细致和深人的研究成果的基础上提出的。以其计算方法作为参考，也初步给出了碗扣式钢管脚手架整体稳定性的计算方法和这两种脚手架单肢立杆稳定性的计算方法，其计算结果也是安全的（但在今后有了更多的试验数据后，也会作必要的调整）。门式钢管脚手架则是以单榀门架的承载力为基础相应给出其整体稳定性的计算方法的。其他钢
10、制脚手架稳定性的计算可参照这三种脚手架稳定性计算的原则和方法加以研究解决。2.1.1 扣件式钢管脚手架的整体稳定性验算扣件式钢管脚手架整体稳定性的计算方法，系通过对多种常用构架尺寸和连墙点设置的1 : 1 原型单、双排脚手架段进行整体加荷试验，得到其出现整体失稳破坏时的临界荷载，代人公式（A为立杆的毛截面积，再为立杆钢材的屈服强度）,得到的为脚手架段的整体稳定系数。将就视为立杆段（长度为步距h ）的稳定系数，由冷弯薄壁型钢结构技术规范（GBll8-87 ）附录三可查得 的长细比，由 ( i 为立杆的回转半径），即可得到立杆的计算长度系数，经对试验数据的综合整理以后，确定了计算扣件式钢管脚手架整
11、体稳定性的立杆计算长度系数取值（表2)，值已综合考虑了整架作用、连墙点作用以及荷载偏心和初弯曲等初始缺陷的影响。将复杂的脚手架整体性验算，转为简单的对立杆稳定性的验算。将结果代人上述设计表达式，即可得到以下验算整体稳定性的实用式。不组合风载时： （11）组合风载时： （12）式中 、分别为立杆的轴向力设计值和风载弯矩设计值；、分别为由恒载、施工荷载产生的立杆轴向力标准值；W立杆的截面抵抗矩；由风载产生的力杆弯矩的标准值，按以下步骤计算。（1） 按式（9）或式（10）确定风压标准值。（2） 确定立杆所受风线荷载标准值 表2 扣件式钢管脚手架整体稳定性验算的立杠的计算长度系数类别立杆横距（m）连墙
12、布置2步3跨3步3跨双排架1.051.501.701.301.551.751.551.601.80单排架1.85式中An为挡风面积，即宽为立杆纵距La、高为步距h 的风载计算单元内的实际挡风面积。在计算A。时，采用密目安全网者，可按其实围立面积的50%计，并应同时计算杆件的挡风面积(1.15杆件的挡风面积，1.15系数为考虑杆件连接点阻力的增大系数)；采用挡风材料封闭者，用其封闭面积。(3） 由按以下情况确定：当连墙件按2步3跨设置时，按3跨连续梁确定（查相应结构静力计算图表）；当按3步3跨设置时，按2 跨连续梁查得。我国现行工程结构设计规范均已采用“概率极限状态设计法”，规范所给的强度设计值
13、f 由抗力分项系数除强度标准值得到，而计算作用效应N、M的荷载为计算值（考虑荷载的分项系数和组合系数）。一些读者往往在使用f 时，却用荷载的标准值，这是不对的，应当注意。2.1.2 碗扣式钢管脚手架的整体稳定性验算碗扣式钢管脚手架的整体稳定性验算，目前所做的相应试验不够（仍在继续进行之中），但从其与扣件式钢管脚手架相类似的试验结果的分析中可以看出，由于杆件采用轴心连接等因素，使其稳定承载能力比相应构架情况的扣件式钢管架提高15以上。当取碗扣架的计算长度系数为时，则。因此确定，在验算碗扣式钢管脚手架的整体稳定性时，其值可按表2 数值乘以0.9325 采用，其他均可采用扣件式钢管脚手架的计算方法。
14、经几年的试用，可满足使用安全的要求。2.1.3 门式钢管脚手架的整体稳定性验算门式钢管脚手架的整体稳定性以单榀门架计算，其门架立杆的稳定系数按组合杆件确定。其稳定验算式，当不组合风载时，仍使用式（11)，但N 为一榀门架的轴力设计值；当组合风载时，按下式计算： （13）式中 风载弯矩标准值 连墙件竖距；门架立杆的稳定系数，按查冷弯薄壁型钢结构技术规范附录三，其中：，i 门架立杆换算截面回转半径；门架立杆截面惯性矩；、门架加强杆的截面惯性矩和高度；门架高度；A 门架立杆的毛截面积；f 门架钢材的强度设计值：Q235 钢用205N/mm2;16Mn钢用300 N/mm2; 考虑脚手架工作条件的抗力调整系数，取=0.7252.2 非单、双排脚手架结构和单肢立杆的德定性验算非单、双排脚手架结构包括多排或满堂设置的脚手架和模板支撑架，由于尚无系统的试验研究成果，其结构和单肢立杆的稳定性验算，可暂参考单、双排脚手架计算的研究成果和相关规范加以临时解决。即将脚手架立杆段视为有侧移多层框架柱，将上下横杆视为计算立杆段的约束杆件，采用钢结构设计规范（GBll7-88)附表4.2的规定，计算出单肢立杆按有侧移框架柱考虑的计算长度系数，当该单肢立杆为双排脚手架的立杆时，则应与相应双排脚手架的值一致。由于两者的计算依据是不同的，
