脚手架设计与理论计算.pdf

外脚手架方案 -1 脚手架设计与理论计算 一、工程概况*市口东片危改区一期工程 4#商住楼为全现浇钢筋混凝土框支剪力墙结构。工程建筑面积为 39567.8 M2。建筑物总长 131.9M，总宽 31.6M。地下两层,地上十四层，设计地下二层层高为 3.6M,地下一层为 4.0M，地上一层为 4.5M,二、三层都为 4.2M,转换层为 2.2M,其他层都为标准层，层高 3.0M。设计标高0.00 相当于绝对标高49.35M，室内外高差 0.55M，基底标高-9.1M,地上总高 54.4M。转换层向上建筑物宽度为 17.5M，在北面三层顶面为 8.1-12.6M宽疏散平台。与 4#楼相连的 A1、A2号楼和地下车库如平面图所示。A1、A2建筑面积为 2604+2498M2，设计层高：一层为 4.2M,二、三层为 3.5M，设计标高0.00 相当于绝对标高 49.25M，室内外高差 0.45M，基底标高-8.1M,地上总高 11.8M，与此同时 4#楼之间设有 10cm 的变形缝。地下车库十字交叉梁底标高为-8.1M，车库防水底板标高-6.7M，顶板标高-3.15M，顶板上部至自然地面标高为室外回填土层。地下车库与4#楼整体相连。二、脚手架设计 北面 1-3 层搭设单立杆双排钢管悬挑脚手架，架底于0.00M（地下一层顶板）位置，上部至 14.5M 处，其搭设高度约为 14.5M。三层以上采用落地式单立杆双排钢管脚手架方案，其下口标高为12.8M(三层顶板面),顶部标高为 53M，其搭设高度为 40.2M。外脚手架方案 -2 东西立面与北立面方案相同，局部采用悬挑钢管和钢丝绳卸载措施处理。南立面四层以下采用落地式单立杆双排钢管脚手架，其下口标高为-3.15M，上部至 15.0 m,搭设高度为 18.15m。四层向上采用单立杆双排钢管脚手架，挑槽钢三角架设计，至总标高 53M 处，于上部设置钢丝绳卸载设置，其搭设高度为 38.0M。脚手架立杆横距设为 1.0M，纵距为 1.5M，立杆距墙边 0.4M，或距阳台边 0.3m。脚手架大横杆步高为 1.8M，小横杆贴近立杆布置（与立杆的距离不大于 150MM），在施工操作层上相连立杆之间加设一根小横杆。小横杆距外墙面为 100-150MM,小横杆外伸长度不小于 100MM。脚手架平面布置详见附图。三、理论计算 4.5m 5 1 2 4 3 400 1000 0.0m 外脚手架方案 -4 风压高度变化系数z=0.8(离地面 5m 时)基本风压0=0.35kN/m2 得k=0.7sz0=0.26 kN/m2(离地面 5m 时)Wk=lak=1.51.00.26=0.39 kN/m(离地面 5m 时)1.4 脚手架稳定验算 1 确定材料附加分项系数m=1.5607(组合风荷载情况)2 轴心力设计值 1m 排距的边立杆 离地面 5m N=1.2(3.8+3.6)=8.9 kN 3 风荷载弯矩 离地面 5m Mw=0.12Wkh2=0.120.391.82=0.15 kNm 4 确定稳定系数=1.5(连墙杆按二步三跨布置)杆件长细比=h/i=1.51.8/0.0158=170.9 查表得 受压杆件的稳定系数0.243 5 稳定验算 要求 N/A+Mw/Wfc/0.9m=0.146kN/mm2 而离地面 5m 时 N/A+Mw/W=8.9/0.243*489+150/5000=0.105 kN/mm2 满足要求 但需设置双扣件防滑 1.5 悬挑三角架的计算 外脚手架方案 -5 T1 T1=8.9kN 5 0 0 4 3 800 1000 Sin=0.9285 con=0.3714 Sin=0.9846 con=0.1750 3 立杆 N3=8.9/0.9285=9.6 kN 4 立杆 N4=8.9/0.9846=9.0 kN 5 平杆 N6=9.6 con+9.0 con=5.14kN 平杆5 的验算：=0.205kN/mm2 A=489mm2 按钢结构的轴心受拉构件强度计算公式=N/A=5.14/489=0.0 满足要求 扣件抗滑设计值为 8.5kN。单只扣件满足要求 立杆3 的稳定计算 附加分项系数m=1.56070.932=1.455 杆件的计算长度系数=1.7 L0=h=3.89 =L0/i=245.9 外脚手架方案 -6 查表得：压杆稳定系数=0.121 N/AC/0.9m=0.1565kN/mm2=9.6/0.121*489=0.162 不满足要求 按大样图增加两根水平系杆。东西立面处下部抗剪验算 剪力 V=28.9kN=17.8kN=V/Av=115N/mm2(按 48 钢管抗剪设计)A V/v=155mm2 一只钢管满足要求。即每支挑架下从墙内伸出一支 48 钢管，挑架按 1.5m 一组设计，东西墙面上部水平杆件由预留孔插入墙内锚固。北立面按大样图设置。2.南立面四层以上挑脚步手架 a）恒荷载标准值 Gk 立杆横距为 1000 时 gk1=0.1089 gk2=0.3484 gk3=0.0768 h=35m(按 2 层装修荷载计算满足 1 层结构施工要求)Gk=h(gk1+gk3)+2lagk2=7.5kN 立杆横距为 600 时 gk1=0.1058 gk2=0.3484 gk3=0.0768 h=35m(按 2 层装修荷载计算满足 1 层结构施工要求)Gk=h(gk1+gk3)+2lagk2=7.4kN b)施工荷载标准值 Qk 取 qk=1.2 Qk=n1laqk=21.51.2=3.6kN 外脚手架方案 -7 c)脚手架风荷载的标准值 Wk 设密目安全网的挡风系数=0.8（安全网产品说明）脚手架风荷载体形系数 s=1.3=1.04(按背靠建筑物为敞开计)查表得：风压高度变化系数 z=1.72(距地 25m)基本风压 0=0.35kN/m Wk=lak k=0.7sz0 Wk=1.50.80.71.041.720.35=0.53kN/m 按组合风荷载，材料强度附加分项系数 m=1.5607 立杆的计算长度系数=1.50（两步三跨布置连墙杆）所以=h/i=170.9 查表：轴心受压杆的稳定系数=0.243 按 N/A+Mw/Wfc/0.9m=0.146kN/mm2 其中 N=1.2(Gk+Qk)=13.2 kN Mw=0.12qwkh2=0.120.531.82=0.206 kNm=13.3 kN/0.243*489+206 kNmm/5000=0.153 kN/mm2 不满足要求 上部采用钢丝绳卸荷处理，按理论计算需卸荷 0.85kN 在九层设置钢丝绳，钢丝绳水平布置同挑脚手架相对应。钢管截面的内力值（h=19m）：N=1.2(Gk+Qk)=16.2 kN 考虑荷载不均匀系数 k=1.5 所以 N=24.3kN 绳的拉力：P1=25.1 kN P2=25.8 kN 水平杆件的压力 T=6.3+8.68=15kN 外脚手架方案 -8 钢丝绳破断拉力换算系数对于 619 的钢丝绳为 0.85 取钢丝绳使用的安全系数 K=8 按 PxPg/K 有 PgK P2/=242.8kN 选用 215.5 或 21.5 满足要求 25 每米长度内钢丝绳断头数不大于钢丝总数的 3%在脚手架上采用六只扣件抗滑处理 2、挑钢桁架的计算 2.1 桁架所承受的荷载和杆件的内力 三角桁架一 700 1000 600 600 400 900 1000 1000 200 11 10 9 5 4 3 7 6 8 2 1 型钢挑脚手架大样 1 外脚手架方案 -9 集中荷载设计值:T1=2(1.2Gk+1.4Qk)=27.8kN 支座反力 Ha=80 kN Hb=80 kN Vb=111.2 kN 杆件内力：(按结点和截面法计算)N1（压）=102.5kN N2（压）=72.9kN N3（压）=62.3kN N4（压）=38.9kN N5（拉）=10.6kN N6（压）=33.8kN N7（拉）=47.1kN N8（压）=47.2kN N9（拉）=48.6kN N10（拉）=48.6kN N11（拉）=56.9 kN 2.2 槽钢18a 截面复核 抗拉、抗压、抗弯强度设计值=215N/mm2 抗剪 v=125N/mm2 端部承压 ce=320N/mm2 截面面积 A=2570mm2 截面抵抗 W=141000 mm3 截面惯性矩 I=1.27107 mm4 回转半径 i=70.4mm 抗拉强度的计算：按=N/An An=A-692.4=1878mm2(两只 21mm 锚孔)=Ha/An=800001878=42.6N/mm2 满足要求 拉弯强度：按 N/An+M/Wn+My/yWny =y=1 M=T1ab/L=27800.20.7/0.9=4324444Nmm=56900/2570+4324444/141000=52.81N/mm2 满足要求 挠度：max=Fb(a2+2ab)3/3 /9EIL E=206kN/mm2 L=900mm a=700mm b=200mm F=27.8kN 外脚手架方案 -10 max=0.1mmL/400=2.25mm 满足要求 锚栓的计算：220mm 螺纹钢筋四截面受剪 受剪截面 A=1256mm2=Ha/A=800001256=63.7N/mm2 200 20 16Mn 钢的抗剪强度设计值v=175N/mm2 满足要求 2.3 压杆1 的计算 压杆计算长度为 L=1.2m 压杆的 N1=102.5kN 压杆的 i=0.32h=25.6mm iy=0.20b=20mm 强度及稳定验算：N/A=L/i=1200/20=60 查表：=0.807(b 类)A=2637.5mm2=1275mm2=102500/0.807*1275=99.62N/mm2 满足要求 外脚手架方案 -11 2.4 压杆的6 计算 压杆计算长度为 L=1.6m 压杆的 N=33.8kN 压杆的 i=0.30h=15mm iy=0.215b=21.5mm 强度及稳定验算：N/A=L/i=1600/15=106.7 查表：=0.513(b 类)A=2480.3mm2=960.6mm2=33800/0.513*960.6=68.6N/mm2 满足要求 2.5 压杆的8 计算 压杆计算长度为 L=2.4m 压杆的 N=47.2kN 压杆的 i=0.30h=15mm iy=0.215b=21.5mm 强度及稳定验算：N/A=L/i=2400/15=160 查表：=0.276(b 类)A=2480.3mm2=960.6mm2=47200/0.276*960.6=178N/mm2 满足要求 角钢中用钢板连接，其间距不大于 800 2.6 连接板及焊缝的计算 连接板一律采用 8mm 厚钢板，角焊连接。外脚手架方案 -12 焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值wf=160N/mm2 取焊缝高度 h=12mm 焊缝厚度=8mm 焊缝计算长度 L 为：压杆1 L=N1/0.7wf=102500/0.7*8*160=114.4mm 所有杆件与连接板采用三面围焊，且每边的焊缝长度不小于 80mm。角钢边与连接板边的夹角不小于 300 三角桁架二 1200 1000 400 800 1400 200 9 8 5 4 3 7 6 2 1 型钢挑脚手架大样 2 集中荷载设计值:T1=2(1.2Gk+1.4Qk)=27.8kN N3=58.3kN N3=53.9kN N8=36.4 kN 外脚手架方案 -13 2.7 杆8 验算 拉弯强度：按 N/An+M/Wn+My/yWny =y=1 a=1000 b=400 L=1400 M=T1ab/L=278004001000/1400=7942857.14Nmm=36400/2570+7942857.14/141000=70.5N/mm2 满足要求 挠度：max=Fb(a2+2ab)3/3 /9EIL E=206kN/mm2 I=1.27107 mm4 F=27.8kN max=0.47mmL/400=3.5mm 满足要求 三角桁架三 400 700 1000 200 6 7 4 3 5 2 1 型钢挑脚手架大样 3 外脚手架方案 -14 集中荷载设计值:T1=3(1.2Gk+1.4Qk)=41.7kN N1=72.1kN N2=51.1kN 2.8 压杆的1 计算 压杆计算长度为 L=1.5m 压杆的 N=72.1kN 压杆的 i=0.30h=15mm iy=0.215b=21.5mm 强度及稳定验算：N/A=L/i=1500/15=100 查表：=0.555(b 类)A=2480.3mm2=960.6mm2=72100/0.555*960.6=135.24N/mm2 满足要求 2.9 槽钢横梁的计算：单梁：F F F F=13.2kN 4800 抗拉、抗压、抗弯强度设计值=205N/mm2 截面面积 A=2570mm2 截面抵抗 W=141000 mm3 截面惯性矩 I=1.27107 mm4 回转半径 i=70.4mm Mmax=13200(150+1650)=23760000Nmm 外脚手架方案 -15 按 M/Wn=23760000/141000=168.5 N/mm2 满足要求 挑梁：F=13.2kN 1100 Mmax=FL=132001100=14520000Nmm 按 M/Wn=14520000/141000=103N/mm2 满足要求 挑梁整体稳定：h=180mm b=68mm t=10.5mm L1=1100mm(4800mm)y=215N/mm2 b=570bt/L1h 235/y=5706810.5/1100*180 235/215=2.247 b0.6 查表得 b=0.93 按 M/b Wn=14520000/0.93*141000=110.8N/mm2 满足要求 单梁整体稳定：b=570 bt/L1h 235/y=5706810.5/4800*180 235/215=0.515 按 M/b Wn 外脚手架方案 -16 =23760000/0.515*141000=327.2 N/mm2 不满足要求 在中间位置设横向支撑 其间距在 2m 以内。经验算满足要求 2.10 其他立面脚手架 四层以上北立面和东西局部直接搭在三层屋面上，上部采用与南立面相同构造的钢丝绳卸荷处理。在二层楼面上设置顶撑。2.11 三角架和横梁用材统计：505 角钢：846m (3.19t)80505 角钢：430m (2.15t)18 槽钢：600m (13.8t)连接板：一号三角架 30（2002002+2502002+2001502+150100+2002001/2+180100+200300）二号三角架 12（2002002+2001502+200100+250200+200300+180100+2002001/2）二号三角架 22（150100+2002002+200250+2002001/2+150250+200300+180100）三角形连接板：150 只（100100）注：连接板与角钢的连接长度每边不小于 80mm。加工时要求现场放样下料。外脚手架方案 -17 五、脚手架杆件实际布置数据：排距(M)步距(M)柱距(M)内柱与墙距离(M)连墙件间距(M)H V 1.0 1.1.5 0.4/0.7.立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧紧固螺栓的拧紧力不小于以下值：其与杆件有足够的摩擦力（约 29424903N）。当结构作业时小横杆不大于 750mm 布置。连墙杆水平方向按三跨设置，垂直方向按二步设置，且连墙点向上的自由高度不大于 4M。在每段设置布置在两跨间与地面夹角为 450的剪刀撑。在操作层上满铺木脚手板，外侧设置 1.1M 高和 0.65M 高两根护身拦杆。下部设置 200mm 高挡脚板。六、对材料的要求 1.钢管:内外表面锈蚀的深度之和不大于 0.5mm；且表面应平直光滑，不应有裂纹、分层、压痕、划道和硬弯。立柱钢管的弯曲 3-4m 长时，不大于 12mm，4-6.5mm 时，不大于 20mm；各种杆件在其端部 1.5m 长度内弯曲偏差不大于 5mm；钢管端面切斜的偏差需在 1.7mm 范围之内；外脚手架方案 -18 钢管表面需刷防锈漆防锈。2.扣件：铸铁不得有裂纹，气孔；不宜有疏松、砂眼或其他影响使用性能的铸造缺陷；并应将外观质量的粘砂、浇冒口残余、披缝、毛刺、氧化皮等清理干净。扣件与钢管的结合面必须严格整形，应保证与钢管扣紧时接触良好。当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于 5mm。扣件活动部位应能灵活转动，旋转扣件的两旋转面间隙就小于1mm；扣件表面应进行防锈处理。扣件螺栓不得滑丝。3.木脚手板：宽应不小于是 200mm，厚度宜大于 50mm，不得有开裂和腐朽。七、技术要求 1.三角架的加工必须符合钢结构施工规范要求，槽钢横梁在转角处和交接处必须连成整体，且在槽钢上设置固定的立杆套脚。横梁与三角架之间用三角连接钢板焊牢。在两品三角架之间下部设钢管剪刀撑。本脚手架不供卸载之用，如有要求需专门设计。本工程以考虑在6-8 和 23-25 等相应位置设卸料平台。2.上部利用钢丝绳卸载时，绳必须与脚手架有效拉接，不得有脱现象。在拉接处要求并一支钢管，扣六只扣件做防滑移处理。3.在脚手架立杆底端之上 100-300 处一律遍设纵向和横向扫地杆，并与立杆连接牢靠。外脚手架方案 -19 4.作业层距地2.5m 时，在其外侧边缘必须设置不小于 1.1m 的拦杆和挡脚板。在 4 米以上时，脚手架外侧面，采用安全网封闭。5.在悬挑脚手架下设置挑出宽度为 6mr 的安全平网。6.脚手架大横杆的接长位置应错开布置在不同的立杆纵距中，与相近立杆的距离不大于立杆纵距的三分之一；同一排大横杆的水平偏差不大于该片脚手架总长度的 1/250，且不大于 50mm；同一立管的两端高低差不大于 20mm；同一步上同一跨内的两根大横杆的高差不大于10mm。7.立杆的垂直偏差应不大于架高的 1/300，且不大于 50mm，相邻立杆的接头位置应相互错开布置在不同的步距内，与相近大横杆的距离不宜大于步距的三分之一，且立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧。同步立杆上两个相连对接扣件的高差不大于 500mm。8.剪刀撑斜杆除两端外，中间不得少于两只扣件与脚手架连接。9.用力矩扳手检查扣件螺栓扭力矩（10%），其力矩为 40-65Nm。10.木脚手板外伸长度，对接时 a 为 100-150mm，搭接时 a 大于100mm。如下图所示：a a a a 八、脚手架拆除 1、本工程脚手架的拆除顺序：脚手架拦杆 脚手板 剪刀撑 斜撑 小横杆 大横杆 立杆 外脚手架方案 -20 2、在拆除脚手架之前，应先清理脚手架上的物件和围护结构。3、脚手架拆除时，按一步一清的原则依次进行，严禁上下同时进行拆除作业。4、拆立杆时，应先抱住，然后卸开最后两个扣；拆除大横杆、斜撑、剪刀撑时，应先卸中间扣，然后托住中间再解端头扣。5、连墙点应随拆除进度逐层拆除，拆抛撑时应设置临时支撑后，方可进行。6、作业时，应统一指挥，上下相应，动作协调。在解与另一人有关的结点时，应行通知对方，以防坠落。九、安全措施 1.在搭设外脚手架之前，必须按照技术部门的要求进行交底，使每个作业人员熟悉架子搭设的要求。2.没有经过专业培训的人员不得从事架子作业，架子工必须持证上岗。在拆除脚手架过程中不得临时换人，否则必须做好安全交底。3.有高血压和心脏病者，或服用有头晕反映药物的人员严禁上岗。4.作业时必须戴好安全帽，并系好帽带，扎裹脚，穿软底鞋；高处作业必须系好安全带，安全带应挂于高处。5.作业人员严禁穿硬底高跟鞋上岗。严禁洒后上班操作。6.脚手架材料必须堆放在有平稳支承的地方，搭设时，料具的传递必须可靠有效，不得随意抛撑。7.风雨等恶劣天气，尽量避开脚手架搭设作业。8.做好文明施工工作，脚手架搭设紧然有序，材料使用条理分明，外脚手架方案 -21 现场清洁整齐。9.架子拆除时应划分作业区，周围设围拦或竖警戒标志，地面设的专人指挥，非作业人员不得入内。