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豆丁施工编辑整理

一、 脚手架设计需要计算的内容及要求

1. 脚手架的承载能力应按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计。

（1）纵向、横向水平杆等受弯构件的强度计算；

（2）连接扣件抗滑承载力计算；

（3）立杆的稳定性计算；

（4）连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算；

（5）立杆地基承载力计算。

2.计算构件的强度、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1.4。

3.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强度和刚度。验算构件强度时，荷载要取设计值；验算构件变形时，荷载取标准值。

4.按照扣件式脚手架钢管规范进行对脚手架进行设计计算时，必须满足规范的构造要求。

二、脚手架荷载的确定

1.荷载：包括恒荷载和活荷载

（1）恒荷载：

a.脚手架结构自重，包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重；

b. 构、配件自重，包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。

（2）活荷载：

a.施工荷载，包括作业层上的人员、器具和材料的自重；

b.风荷载（临沂地区基本风荷载0.3KN/m2，重现期n=10）。

2.荷载的效应组合

计算纵向、横向水平杆强度与变形时，采用永久荷载+施工均布活荷载；

脚手架立杆稳定验算时，采用

①永久荷载+施工均布活荷载

②永久荷载+0.85（施工均布活荷载+风荷载）

连墙件承载力时： ①单排架，风荷载+3.0kn

②双排架，风荷载+5.0kn

三、落地式脚手架计算

1、小横杆的计算

小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆上面，计算简图如下所示（立杆纵距1.5m，立杆横距为0.9m，立杆步距1.8m）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）荷载的计算

均布恒荷载值计算

小横杆的自重标准值：P1=0.04kN/m

脚手板的荷载标准值(木)：P2=0.350×1.500/2

活荷载标准值：Q=3.000×1.500/2

荷载的计算值：q=1.2×（P1+P2）+1.4×Q =3.513KN/m

（2）小横杆的抗弯强度计算要满足（式5.2.1）

其中： M 为弯矩设计值，包括脚手板自重荷载产生的弯矩和施工活荷载的弯矩；

W为钢管的截面模量；(查附录表B.0.1)

[f]取Q235钢管抗弯强度设计值，取205N/mm2。

计算的M=3.513×0.92/8=0.356KNm

σ=0.356×106/5260=67.615N/mm2<205N/mm2,满足要求。

（3）小横杆的挠度v计算要满足（图乘法计算推导来的，其他同理）

（实际受力弯矩图）

（单位力弯矩图，两个图乘）

[v]按照规范要求为取l/150与10mm的小值（表5.1.8）

最大挠度考虑为简支梁在均布荷载作用下的挠度。

均布荷载q’=P1+P2+Q=0.04+2.62+2.25=2.552kN/m(荷载采用标准值–规范5.1.3条)。

E为钢管弹性模量（查表5.1.6），I为钢管惯性矩。

V=5*2.552*9004/(384*2.06*105*127100)=0.833mm,小于900/150和10mm，满足要求。

2、脚手架荷载为什么不计算悬臂端说明（5.2.1-5.2.4说明）

从弯矩公式看不带悬挑的情况弯矩大偏于安全，挠度直接从公式看不出结论，但代入规范最大悬挑计算长度0.3米，及排距取1.5米时，计算结果还是第一个大，因此规范取了第一种情况进行计算安全。

3、为什么不计算钢管的抗剪承载力说明：

没有抗剪强度计算，是因为钢管抗剪强度不起控制作用。如φ48×3.6的Q235－A级钢管，其抗剪承载力为：

上式中K1为截面形状系数。一般横向、纵向水平杆上的荷载由一只扣件传递，一只扣件的抗滑承载力设计值只有8.0kN，远小于[V]，故只要满足扣件的抗滑力计算条件，杆件抗剪力也肯定满足。

另外在设计时，要注意规范规定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1/2，也就是说主节点之间至少有1根横向水平杆。

4、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，小横杆在大横杆的上面。用小横杆支座的最大反力计算值，在最不利荷载布置下计算大横杆的最大弯矩和变形。

说明：脚手架底层步距不应大于2米（规范6.3.4），也就是说，一根脚手管的最大长度为6米，和规范要求的一致，宜按三跨连续梁进行计算（规范5.2.4）。

大横杆的计算简图：

其中：P为上面的荷载值（小横杆和脚手板），q为钢管的自重（均布荷载）

受弯构件的允许挠度值（表5.1.8）

5、扣件抗滑移

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(规范5.2.5):

R≤Rc

其中Rc—扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN(表5.1.7)；

R—纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

当直角扣件的拧紧力矩达40–65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN。

6、立杆稳定性计算（5.2.6条）

（3）注意：

对于立杆稳定性，我们只验算立杆底部的稳定性。这是由于通过计算从脚手架顶取每5米一段与脚手架的静荷和活荷的组合验算立杆稳定性时，虽然风荷载在顶部的标准值大，但最终组合值在脚手架的最底端最不利。

对于脚手架整体稳定性的计算是比较复杂的，表达形式上是对单根立杆的稳定计算，实质是对脚手架结构的整体稳定计算，因为式中的µ值是根据脚手架的整体稳定实验结果确定的。

规范为了简化计算，通过大量的试验分析和理论研究，将脚手架的整体稳定计算简化为立杆单杆稳定计算；依据立杆横距以及连墙件的布置方式，引入了单立杆稳定的计算长度系数。依据有关试验，结合立杆横距和连墙件的布置方式，规范给出了单杆稳性计算长度系数。所以规范的立杆计算实际上就是对脚手架整体稳定的计算，只不过在形式上以立杆单杆稳定计算表达。 计算长度系数μ值是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用，其值与受压构件两端约束情况有关 。

7、最大搭设高度的说明：

（1）依据国内几十年的实践经验及国内脚手架的调查，立杆采用单管的落地式脚手架一般在50m以下。当需要的搭设高度大于50m时，一般都比较慎重的采用了加强措施，如采用双管立杆、分段卸荷、分段搭设等方法；

（2）从经济方面考虑。搭设高度超过50m时，钢管、扣件的周转使用率降低，脚手架的地基基础处理费用也会增加；

（3）参考国外的经验。美国、日本、德国等也限制落地脚手架的搭设高度：如美国为50m，德国为60m，日本为45m等；

因此考虑在脚手架是施工现场搭设的临时结构，其结构的安全度受人为因素影响很大，高度越高不安全的隐患越大。为确保高层脚手架的安全，依据国内几十年的实践经验，并参考国外同类标准而作此规定。

8、连墙件的计算：

按照规范要求：连墙件计算包括两部分，连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算。

连墙件位置、布置间距、数量要求相见规范6.4节（规范32页）。

连墙件的计算这里我们要注意两个问题：

1）在搭设的过程中连墙件与脚手架主节点的位置规范明确作了规定，其为连墙件偏离主节点的最大距离为300MM，只有在连墙在在主节点附近时，才能有效的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，因为立杆的抗弯刚度较差，将会由于立杆产生局部弯曲，减弱甚至起不到时约束脚手架横向变形的作用，现实是许多连墙件竟然设置在立杆步距的一半附近，这对脚手架的稳定是极为不利的，要引起重视。

同样在主节点设置了连墙件后，就要注意连墙件与主体结构连接的部位也要设置在受力点较好的部位。

2）连墙件扣件式连接方式在计算扣件抗滑移时，经常大于8KG，而小于16KG，我们会不会看到示意图后认为是是双扣件满足要求，实际上是错误的，示意图只提供一个扣件的承载力。

9、脚手架地基承载力的计算（规范5.5）

（1）按照规范要求，对于立杆地基承载力要按照实际荷载进行设计计算。由于土的特性，会可能产生较大的压缩变形，而地基不均匀沉降将危及脚手架的安全，因此要做好地基承载力的均匀性，保证脚手架立杆承载力满足要求。规范也明确提出对此一定要进行验算。

（2）地基承载力降低系数kc说明：

由于立杆基础（底座、垫板）通常置于地表面，地基承载力设计值容易受外界因素的影响而下降，规范采用调整系数对地基承载力设计值予以折减，以保证脚手架安全。地基承载力调整系数kc，对碎石土、砂土、回填土应取0.4；对粘土应取0.5；对岩石、混凝土应取1.0。

由于土的弹性模量比起其它材料小很多，因此在受荷载时，变形很大，沉降量很大，因此规范采取了地基承载力调整系数kc，使得脚手架的变形很小，因为脚手架是由连墙件固定在建筑物上的，沉降过大会很容易引起整体失稳。当作混凝土垫层时，地基承载力不降低也就是由于脚手架的产生的荷载不象结构荷载那么大，不会影响到多层土参数，因此不降低数地基承载力。

（3）基础底面面积A值说明：

A.仅有立杆支座（支座直接放于地面上）时，A取支座板的底面积。

B.在支座下设厚度为50～60mm的木垫板（或木脚手板），A=a×b（a和b为垫板的两个边长，且不小于200mm），当A的计算值大于0.25m2时，则取0.25m2计算，当不大于0.25m2时按照实际进行考虑。

C.当一块垫板或垫木且支承2根以上立杆时，A= a×b /n(n为立杆数)，且用木垫板时应符合（2）的取值规定。

D.在支座下采用枕木作垫木时，A按枕木的底面积计算；

E.当承压面积A不足而需要作适当基础以扩大其承压面积时，应按式下式的要求确定基础或垫层的宽度和厚度。

b≤b0+2H0tgα

b—-基础或垫层的宽度；

b0—立杆支座或垫板（木）的宽度；

H0—-基础或垫层的厚（高）度；

tgα–基础台阶宽高比的允许值，按照《地基与基础设计规范》进行选择。

（4）地基承载力标准值的确定

按照现行国家标准《建筑地基础设计规范》（GBJ 7）附录五的规定采用。就是“地基承载力特征值可由载荷试验或者原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法确定”。在施工现场一般有两种方法：

1）试验法；

2）直接查看资料——勘查报告、设计图纸或者有关规范，它的取值是很关键的。

（5）脚手架地基承载力计算实例：

上部结构传至基础顶面的轴向力标准值:恒荷载+活荷载)， 即Nk=NG+NQ=5.892+4.05=9.942kN；

基础采用混凝土垫层，基础底面积A=0.25m2；

地基承载力设计值fg=kc·fgk，混凝土基础取kc=1，fgk查地质勘查报告，取120，即fg=1×120=120kPa；

故Pk=Nk/A=9.942÷0.25=39.77≤fg=120

(地基承载力计算满足要求)。

四、双立杆的计算

1.根据脚手架《规范》要求5.3.8高度超过50m的脚手架，可采用双管立杆、分段悬挑或分段卸荷等有效措施，必须另行专门设计。

2.搭设高度的确定：

按照规范(6.3.7)要求:双管立杆中副立杆的高度不应低于3步，钢管长度不应小于6m。 根据《建筑施工手册》规定，单立杆搭设最大高度为50米，当需要搭设50米以上的脚手架时，35米以下应采用双立杆，或自30米起采用分段卸载措施，且上部单立杆的高度应小于30米，即总高度在35+30=65米。

3.双立杆的计算要求:(实际上就是立杆稳定性的计算)

（1）上部单立杆的计算：根据《规范》第5.3.5条,立杆稳定性计算部位第（3）条的规定：双管立杆变截面处主立杆上部单根立杆的稳定性，应按本规范公式5.3.1－1或5.3.1－2进行计算。

上部脚手架的计算N1值相当于一个单立杆的双排脚手架计算内容，组合脚的架的自重、施工荷载及风荷载进行计算。

（2）下部双立杆的计算：计算立杆稳定性时也应按本规范公式5.3.1－1或5.3.1－2进行计算。

双立杆的净面积值A取两倍钢管面积的0.7倍，例如为Φ48钢管，A=4.89×2×0.7=6.85cm2, 此值是通过实际实验进行确定的。下部脚手架的N值计算为N1+下部双立杆的脚手架自重产生的荷载N2，即N=N1+N2。

（3）使用双立杆时，必须都用扣件与同一根大横杆扣紧，不得只扣紧1根，以避免其计算长度成倍增加。

4、分段卸载脚手架高度的确定：

根据《建筑施工手册》规定，当需要搭设50米以上的脚手架时，脚手如果采用分段卸载方式，要求自30米起采用不明确分段卸载措施，一般每30米高卸荷一次，如果卸载N次，那么总高度为30+N倍卸载高度。

5、卸荷方式

脚手架的卸荷按照卸荷方式又分为两种，就是不明确卸荷和明确卸荷。前者的脚手架立杆在卸荷装置处不断开，一直搭上去，卸荷装置一般采用撑拉杆件体系，可分担一部分上部荷载，但分配数量不明确；后者的脚手架立杆在卸荷装置处断开，向上另行搭设，卸荷装置承受上部架段的全部荷载，受力明确。

6、脚手架的卸载图形如下

7、不明确分段卸载的计算方法：不明确卸载装置按其承载能力的一半分配上部荷载且不超过卸荷层以上全部荷载的1/3。上面的图实际上为局部卸荷方式，通过装置将其上的部分荷载传给工程结构，以确保脚手架使用的安全。

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