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毕业设计讲座三、脚手架专项三、脚手架专项 高层建筑的外脚手架是高层主体和装饰施工的操高层建筑的外脚手架是高层主体和装饰施工的操作平台；作平台；高层建筑外应搭设双排脚手架，以形成自承重体高层建筑外应搭设双排脚手架，以形成自承重体系，保证施工安全系，保证施工安全,但一般不超过但一般不超过50m。脚手架脚手架01规范规定，单排脚手架不适用于下列情况：规范规定，单排脚手架不适用于下列情况：（1）墙体厚度小于或等于墙体厚度小于或等于180mm；（2）建筑物高度超过建筑物高度超过24m；（3）空斗砖墙、加气块墙等轻质墙体；空斗砖墙、加气块墙等轻质墙体；（4）砌筑砂浆强度等级小于或等于砌筑砂浆强度等级小于或等于M1.0的砖墙。的砖墙。一、扣件式钢管脚手架构造 1.扣件式钢管脚手架扣件式钢管脚手架，多用，多用4848、5151，壁厚，壁厚3.5mm3.5mm钢钢管，绝大部分是冷弯薄壁型钢材；管，绝大部分是冷弯薄壁型钢材；连墙件2步3跨内立杆纵距1500外立杆1500大横杆步距1500小横杆，作业层水平间距750，非作业层1500剪刀撑全高满跨布置预制混凝土支座墩台结构楼面扫地杆步矩步矩立杆立杆大横杆大横杆剪刀撑剪刀撑纵矩纵矩2.立杆：又称站杆，纵距一般为1.2m，1.5m，1.8m，2m，2.1m。承受作业层、小横杆、大横杆、剪刀撑等传来的竖向荷载；3.纵向水平杆（称大横杆）：上下相邻水平杆间距又称步距，一般为1.2m,1.35m,1.5m,1.8m,2m，步距要和楼层层高相匹配,水平杆承受其上的小横杆、脚手板、施工荷载；4.横向水平杆（小横杆）：连接内外排和水平杆节点的杆件，作业层的小横杆托脚手板，并承受作业层施工荷载；步矩步矩立杆立杆大横杆大横杆剪刀撑剪刀撑纵矩纵矩5.剪刀撑：在脚手架立面上安装的“十”字型支撑。是提高脚手架系统整体稳定的加强构件。应在脚手架各立面上，延全高贯通布置；6.扫地杆:扣接于脚手架紧底端的水平杆；7.脚手板：铺设于作业层上的冲压钢脚手板或木脚手板。承受作业层上的人员和物料等施工荷载；扫地杆扫地杆13005003步步3跨连墙杆跨连墙杆脚手架剖面图脚手架剖面图步距步距立杆横距立杆横距8.连墙件：用扣件将脚手架与主体结构拉结在一起的构件（钢管），有两步三跨布置和三步三跨布置，须在楼面上预埋钢管预埋件；连墙件保证脚手架系统和主体结构有效拉结；9.抛撑：支撑于底层脚手架外排立杆节点和地面间的斜撑；10.支座支座：支撑立杆的底座：支撑立杆的底座；11.横向斜撑横向斜撑：在脚手架内外排间设：在脚手架内外排间设置的斜向连接钢管，也起到提高架体置的斜向连接钢管，也起到提高架体的整体稳定的作用。的整体稳定的作用。(a)直角扣件直角扣件 (b)旋转扣件旋转扣件 (c)对接扣对接扣件件12.扣件:有直角扣件、对接扣件、和旋转扣件。n设计步骤：设计步骤：（1）首先按照常规做法或经验设计脚手架构造，绘）首先按照常规做法或经验设计脚手架构造，绘制构造图（包括材料，规格尺寸，拼装方法等）。制构造图（包括材料，规格尺寸，拼装方法等）。（2）计算各种脚手构件（立柱，大小横杆，连墙件）计算各种脚手构件（立柱，大小横杆，连墙件等）的强度，刚度，稳定性是否满足要求。等）的强度，刚度，稳定性是否满足要求。（3）计算程序：）计算程序：计算荷载计算荷载求解内力求解内力强度刚度稳定验算。强度刚度稳定验算。n计算依据：计算依据：建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑施工手册建筑施工手册静力计算手册并相关教材和参考书。静力计算手册并相关教材和参考书。脚手架设计计算例题脚手架设计计算例题n本例题介绍常用双排落地式钢管脚手架计算方法本例题介绍常用双排落地式钢管脚手架计算方法和构造；和构造；主要依据：主要依据：n建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 JGJ130-200115001500脚手架立面图脚手架立面图例题例题.12层框架结构（高度层框架结构（高度=6+10*3+4=40）双排落地钢管）双排落地钢管脚手架计算。脚手架计算。立面如立面如图：立杆立杆大横杆大横杆剪刀撑剪刀撑1500扫地杆扫地杆例题例题.12层框架结构（高度层框架结构（高度=6+10*3+4=40）双排落地钢管）双排落地钢管脚手架计算。脚手架计算。立面如立面如图：材料和构造：材料和构造：n立杆：立杆：48*3.5钢管；纵距钢管；纵距1500；横距；横距1050；距墙；距墙500；步距步距1500；n大横杆：大横杆：48*3.5钢管；钢管；n小横杆：小横杆：48*3.5钢管；间距钢管；间距1500（作业层（作业层750）n剪刀撑：剪刀撑：48*3.5钢管；整体布置；钢管；整体布置；45度。度。n连墙件：连墙件：48*3.5钢管；钢管；2步步3跨跨（可靠连接楼板预埋件）（可靠连接楼板预埋件）n密目网封闭；密目网封闭；n冲压钢脚手板；冲压钢脚手板；n扣件连接；扣件连接；n地基回填夯实；地基回填夯实；主要计算内容：主要计算内容：n大小横杆抗弯计算；大小横杆抗弯计算；n立杆稳定计算；立杆稳定计算；n连墙件计算；连墙件计算；n连接扣件抗滑移计算；连接扣件抗滑移计算；n地基计算：地基计算：结构验算方法结构验算方法：极限状态设计方法：极限状态设计方法：n承载能力极限状态；正常使用极限状态。承载能力极限状态；正常使用极限状态。采用分项系数设计表达式。采用分项系数设计表达式。n计算强度、稳定、连接强度，时采用荷载效应计算强度、稳定、连接强度，时采用荷载效应基本基本组合组合（分项系数为（分项系数为1.2；1.4）。）。n计算构件变形时采用荷载效应计算构件变形时采用荷载效应标准组合标准组合（分项系数（分项系数为为1.0）。）。荷载：荷载：永久荷载：永久荷载：1、脚手架自重（立杆、横杆、扣件、连墙件等）；、脚手架自重（立杆、横杆、扣件、连墙件等）；2、配件自重：脚手板；挡脚板；安全网等；、配件自重：脚手板；挡脚板；安全网等；可变荷载：可变荷载：1、施工活荷载；、施工活荷载；2、风荷载、风荷载1.05横向水平杆的横向水平杆的抗弯强度抗弯强度应按下式计算：应按下式计算：1.计算小横杆抗弯强度和挠度：计算小横杆抗弯强度和挠度：式中：式中：M纵向、横向水平杆弯矩设计值，其值纵向、横向水平杆弯矩设计值，其值按下式计算：按下式计算：M=1.2MGk+1.4MQKMGk脚手板自重标准值产生的弯矩；脚手板自重标准值产生的弯矩；MQk施工荷载标准值产生的弯矩；施工荷载标准值产生的弯矩；W截面模量，可查表；截面模量，可查表；f钢材的抗弯强度设计值。钢材的抗弯强度设计值。1500750750750大横杆立杆小横杆750挡脚板跳板1050小横杆受荷范围（单元宽度），等于小横杆间距750小横杆受荷范围小横杆受力简化为简支梁某方向线荷载（均布荷载）=面荷载与某方向垂直的计算单元宽度（1）荷载计算：）荷载计算：1）永久荷载：）永久荷载：（查规范脚手板（查规范脚手板0.3kN/）（说明：里外各一块挡脚板，其（说明：里外各一块挡脚板，其力直接作用于大横杆上，不考虑力直接作用于大横杆上，不考虑其作用。脚手板宽度其作用。脚手板宽度0.23米，）米，）（小横杆作业层间距（小横杆作业层间距750mm）1.05表表5-6 脚手板自重标准值脚手板自重标准值 q=0.3kN/m20.75m=0.225(kN/m)2）可变荷载：）可变荷载：查规范查规范施工活荷载施工活荷载2 kN/则则1.05表表5-9 施工均布活荷载标准值施工均布活荷载标准值3）弯矩设计值：）弯矩设计值：M=1.2MGK+1.4MQK=1.2*(0.225*1.05*1.05/8)+1.4*(1.5*1.05*1.05/8)=0.037+0.289=0.326(kNm)=326000(Nmm)1.05q=0.225(kN/M)（恒荷）（恒荷）q=1.5(kN/M)（活荷）（活荷）（2）强度验算：）强度验算：式中：式中：W查表查表5-4为为5.08cm3。表表5-17 钢材的强度设计值与弹性模量钢材的强度设计值与弹性模量(N/mm2)小横杆的强度满足要求。小横杆的强度满足要求。表表5-4 脚手架钢管的截面特性指标脚手架钢管的截面特性指标（3）变形验算）变形验算（用标准值）：（用标准值）：表表5-19 受弯构件的容许挠度受弯构件的容许挠度 计算挠度：计算挠度：小横杆的变形满足要求小横杆的变形满足要求1.05q=0.225(kN/m)（恒荷）（恒荷）q=1.5(kN/m)（活荷）（活荷）2.计算大横杆抗弯强度和挠度：计算大横杆抗弯强度和挠度：（按照（按照3跨连续梁跨连续梁计算抗弯强度计算抗弯强度）750750750750750750 P75075075015001500150010501）永久荷载：）永久荷载：（查得小横杆自重（查得小横杆自重3.84kg/m,3.84kg/m,重力重力=0.0384kN/m=0.0384kN/m）P=(0.225+0.0384)1.05/2+0.23kN/m20.75m0.3m=0.19kN小横杆自重荷载小横杆自重荷载脚手板荷载脚手板荷载一侧的挡脚板荷载一侧的挡脚板荷载2）可变荷载）可变荷载：（按照（按照3跨连续梁计算抗弯强度跨连续梁计算抗弯强度）750750750750750750 P75075075015001500150010502.计算大横杆抗弯强度和挠度：计算大横杆抗弯强度和挠度：3）弯矩设计值：）弯矩设计值：查静力计算手册：最大弯矩查静力计算手册：最大弯矩=0.175PL（按照（按照3跨连续梁计算抗弯强度跨连续梁计算抗弯强度）750750750750750750 恒荷恒荷P=0.19kN 活荷活荷P=0.788kN（2）强度验算：）强度验算：大横杆的强度满足要求。大横杆的强度满足要求。（3）变形验算：）变形验算：挠度系数查手册：挠度系数查手册：f=1.146（PL3/100EI）大横杆的变形满足要求。大横杆的变形满足要求。P=0.19+0.788=0.978 KN=978 N750750750750750750 恒荷恒荷P=0.19kN 活荷活荷P=0.788kNRC：抗滑承：抗滑承载力力设计值（直角扣件（直角扣件8kN)R：纵向、横向水平杆向、横向水平杆传给立杆的立杆的竖向作用力向作用力设计值恒荷恒荷0.19活荷活荷0.788立杆立杆大横杆大横杆3.连接扣件抗滑计算：连接扣件抗滑计算：R=1.2*（0.65+1）*0.19+1.4*（0.65+1）*0.788 =376+1820（N）=2196（N)8000N 满足条件满足条件RRC表表5-18 扣件、底座的承载力设计值扣件、底座的承载力设计值(kN)小小横横杆杆（其中（其中0.65是查手册支座剪力系数）是查手册支座剪力系数）4.立杆计算立杆计算-稳定计算：稳定计算：立杆的稳定性应按下列公式计算：立杆的稳定性应按下列公式计算：不组合风荷载时：不组合风荷载时：组合风荷载时：组合风荷载时：轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比查表轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比查表5-21取值；取值；长细比，长细比，计算长度计算长度:k 计算长度附加系数，计算长度附加系数，k=1.155；考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，表考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，表5-22;式中：式中：不组合风荷载时，不组合风荷载时，组合风荷载时，组合风荷载时，式中：式中：N计算立杆段的轴向力设计值；计算立杆段的轴向力设计值；MW计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；解：解：（1）脚手架自重轴向力）脚手架自重轴向力NG1kNG1k=0.1394kN/m*40=5.576（kN)（查规范附录（查规范附录;查表查表5-5）（2）构配件自重）构配件自重NG2k：（脚手板自重：（脚手板自重：0.3kN/，钢管自重，钢管自重0.0384kN/m）NG2k：包括：包括3层脚手板（层脚手板（2层作业，层作业，1层保护，每层层保护，每层4块脚手块脚手板），板），一侧一侧2块挡脚板；一侧块挡脚板；一侧2根栏杆；尼龙安全封闭网不计。根栏杆；尼龙安全封闭网不计。n脚手板自重脚手板自重=0.3kN/*0.23m*4块块*1.5m*3层层/2=0.621（kN)n挡脚板自重挡脚板自重=0.3kN/*0.23m*1.5m*2块块=0.207（kN)n两根栏杆自重两根栏杆自重=0.0384 kN/m*1.5m*2根根=0.115（kN)NG2k=0.621+0.207+0.115=0.943（kN)稳定计算：稳定计算：本题工程位于市中心，地面粗糙度本题工程位于市中心，地面粗糙度c类，基本风压类，基本风压0.65，验算，验算底层立杆稳定性？（连墙杆底层立杆稳定性？（连墙杆2步步3跨，采用跨，采用2层装修作业层装修作业,1层保层保护护。）。）两个作业层一个安全保护层（防止上部物体坠落）（护身）栏杆栏杆1.5计算单元宽=1.5仅研究计算外立杆（4块脚手板平铺）（3）施工荷载施工荷载N NQkQk：N NQkQk=2.0kN/=2.0kN/*1.05m*1.5m*2*1.05m*1.5m*2层层/2 2=3.15=3.15（kN)kN)（4 4）风载产生弯矩）风载产生弯矩M Mw w:其中：其中：查表：查表5-105-10风压高度变化系数得风压高度变化系数得1.131.13；：查表取风载体形系数：查表取风载体形系数=1.3=1.3*0.095=0.124=1.3=1.3*0.095=0.124表表5-12 脚手架的风荷载体型系数脚手架的风荷载体型系数s 净挡风面积净挡风面积An和轮廓面积和轮廓面积Aw（迎风面积）的比值（迎风面积）的比值=半封闭脚手架的挡风系数取半封闭脚手架的挡风系数取=0.095（查表值。书（查表值。书157页）页）则：则：风载产生弯矩设计值：风载产生弯矩设计值：（5）轴向力：）轴向力：1）不组合风载）不组合风载：N=1.2（NG1k+NG2k)+1.4 NQk =1.2*（5.576+0.943）+1.4*3.15 =12.23（kN)2）组合风载）组合风载：N=1.2（NG1k+NG2k)+0.85*1.4*（NQk+NWK)=1.2*(5.576+0.943)+0.85*1.4*3.15 =7.82+3.75=11.57kN（其中（其中NWK=0）（P153）（6）轴心受压构件的稳定系数）轴心受压构件的稳定系数 ：查表表5-45-4得得 i=1.58 i=1.58则长细比比 =260/1.58=164.5=260/1.58=164.5；查查表表5-215-21，得，得查表查表5-21，先求，先求其中：计算长度其中：计算长度l0 0=kh=1.155*=kh=1.155*1.51.5*150=260*150=260（查得得=1.5=1.5）表表5-22 脚手架立杆的计算长度系数脚手架立杆的计算长度系数（7 7）验算立杆算立杆稳定性：定性：不组合风荷载时：不组合风荷载时：组合风荷载时：组合风荷载时：立杆稳定满足立杆稳定满足立杆稳定满足立杆稳定满足解：本题覆盖面积解：本题覆盖面积Aw=2步步3跨跨=1.5*2*1.5*3=13.5（）（）NlW=1.4*wk*Aw=1.4*0.064*13.5=1.2（kN）Nl=NlW+N0=1.2+5=6.2（kN）连墙件采用同样钢管，长度因每个连接扣件抗滑力为连墙件采用同样钢管，长度因每个连接扣件抗滑力为8kN8kN，本工程设本工程设2 2米长钢管，单扣件连接。米长钢管，单扣件连接。6.2 kN 6.2 kN 8 kN,8 kN,扣件抗滑移扣件抗滑移满足要求。满足要求。5.连墙件计算：连墙件计算：连墙件的轴向力设计值：连墙件的轴向力设计值：其中：其中：风荷载产生轴力；：风荷载产生轴力；Aw：每个连墙件覆盖迎风面积；：每个连墙件覆盖迎风面积；N0：连墙件约束平面外变形产生轴力：单排：连墙件约束平面外变形产生轴力：单排3(kN)；双排；双排5(kN)105050015002步步3跨连墙杆跨连墙杆脚手架剖面图脚手架剖面图扣件连接扣件连接6.6.立杆地基承载力计算：立杆地基承载力计算：底座用底座用200200200200的厚钢板支托。基土为粘性土。的厚钢板支托。基土为粘性土。查表查表5-23,5-23,基土承载力标准值选：基土承载力标准值选：f fgkgk=680kN/m=680kN/m2 2.则则 fg=kCfgk=0.5680=340 kN/m2 （粘性土取（粘性土取0.50.5为调整系数）为调整系数）土为高度压实挤密。土为高度压实挤密。施工时必须达到压实要求。施工时必须达到压实要求。P=N/A=12.23/0.20.2=305.75kn/m2fg=340 kN/m2其中其中12.2312.23是不考虑风荷载时的立杆传到支托上的轴向力。是不考虑风荷载时的立杆传到支托上的轴向力。地基承载力满足要求。地基承载力满足要求。表表5-23 黏性土地基承载力标准值黏性土地基承载力标准值(kPa)注：N为标准贯入击数。