一、 腳手架設計需要計算的内容及要求

1. 腳手架的承載能力應按概率極限狀态設計法的要求，采用分項系數設計表達式進行設計。

（1）縱向、橫向水平杆等受彎構件的強度計算；

（2）連接扣件抗滑承載力計算；

（3）立杆的穩定性計算；

（4）連牆件的強度、穩定性和連接強度的計算；

（5）立杆地基承載力計算。

2.計算構件的強度、穩定性與連接強度時，應采用荷載效應基本組合的設計值。永久荷載分項系數應取1.2，可變荷載分項系數應取1.4。

3.腳手架中的受彎構件，應根據正常使用極限狀态的要求驗算強度和剛度。驗算構件強度時，荷載要取設計值；驗算構件變形時，荷載取标準值。

4.按照扣件式腳手架鋼管規範進行對腳手架進行設計計算時，必須滿足規範的構造要求。

二、腳手架荷載的确定

1.荷載：包括恒荷載和活荷載

（1）恒荷載：

a.腳手架結構自重，包括立杆、縱向水平杆、橫向水平杆、剪刀撐、橫向斜撐和扣件等的自重；

b. 構、配件自重，包括腳手闆、欄杆、擋腳闆、安全網等防護設施的自重。

（2）活荷載：

a.施工荷載，包括作業層上的人員、器具和材料的自重；

b.風荷載（臨沂地區基本風荷載0.3KN/m2，重現期n=10）。

2.荷載的效應組合

計算縱向、橫向水平杆強度與變形時，采用永久荷載 施工均布活荷載；

腳手架立杆穩定驗算時，采用

①永久荷載 施工均布活荷載

②永久荷載 0.85（施工均布活荷載 風荷載）

連牆件承載力時： ①單排架，風荷載 3.0kn

②雙排架，風荷載 5.0kn

三、落地式腳手架計算

1、小橫杆的計算

小橫杆按照簡支梁進行強度和撓度計算，小橫杆在大橫杆上面，計算簡圖如下所示（立杆縱距1.5m，立杆橫距為0.9m，立杆步距1.8m）按照小橫杆上面的腳手闆和活荷載作為均布荷載計算小橫杆的最大彎矩和變形。

（1）荷載的計算

均布恒荷載值計算

小橫杆的自重标準值：P1=0.04kN/m

腳手闆的荷載标準值(木)：P2=0.350×1.500/2

活荷載标準值：Q=3.000×1.500/2

荷載的計算值：q=1.2×（P1 P2） 1.4×Q =3.513KN/m

（2）小橫杆的抗彎強度計算要滿足（式5.2.1）

其中： M 為彎矩設計值，包括腳手闆自重荷載産生的彎矩和施工活荷載的彎矩；

W為鋼管的截面模量；(查附錄表B.0.1)

[f]取Q235鋼管抗彎強度設計值，取205N/mm2。

計算的M=3.513×0.92/8=0.356KNm

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

（3）小橫杆的撓度v計算要滿足（圖乘法計算推導來的，其他同理）

（實際受力彎矩圖）

（單位力彎矩圖，兩個圖乘）

[v]按照規範要求為取l/150與10mm的小值（表5.1.8）

最大撓度考慮為簡支梁在均布荷載作用下的撓度。

均布荷載q’=P1 P2 Q=0.04 2.62 2.25=2.552kN/m(荷載采用标準值--規範5.1.3條)。

E為鋼管彈性模量（查表5.1.6），I為鋼管慣性矩。

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

2、腳手架荷載為什麼不計算懸臂端說明（5.2.1-5.2.4說明）

從彎矩公式看不帶懸挑的情況彎矩大偏于安全，撓度直接從公式看不出結論，但代入規範最大懸挑計算長度0.3米，及排距取1.5米時，計算結果還是第一個大，因此規範取了第一種情況進行計算安全。

3、為什麼不計算鋼管的抗剪承載力說明：

沒有抗剪強度計算，是因為鋼管抗剪強度不起控制作用。如φ48×3.6的Q235－A級鋼管，其抗剪承載力為：

上式中K1為截面形狀系數。一般橫向、縱向水平杆上的荷載由一隻扣件傳遞，一隻扣件的抗滑承載力設計值隻有8.0kN，遠小于[V]，故隻要滿足扣件的抗滑力計算條件，杆件抗剪力也肯定滿足。

另外在設計時，要注意規範規定作業層上非主節點處的橫向水平杆，宜根據支承腳手闆的需要等間距設置，最大間距不應大于縱距1/2，也就是說主節點之間至少有1根橫向水平杆。

4、大橫杆的計算

大橫杆按照三跨連續梁進行強度和撓度計算，小橫杆在大橫杆的上面。用小橫杆支座的最大反力計算值，在最不利荷載布置下計算大橫杆的最大彎矩和變形。

說明：腳手架底層步距不應大于2米（規範6.3.4），也就是說，一根腳手管的最大長度為6米，和規範要求的一緻，宜按三跨連續梁進行計算（規範5.2.4）。

大橫杆的計算簡圖：

其中：P為上面的荷載值（小橫杆和腳手闆），q為鋼管的自重（均布荷載）

受彎構件的允許撓度值（表5.1.8）

5、扣件抗滑移

縱向或橫向水平杆與立杆連接時，扣件的抗滑承載力按照下式計算(規範5.2.5):

R≤Rc

其中Rc—扣件抗滑承載力設計值,取8.0kN(表5.1.7)；

R—縱向或橫向水平杆傳給立杆的豎向作用力設計值；

當直角扣件的擰緊力矩達40--65N.m時,試驗表明:單扣件在12kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取8.0kN；雙扣件在20kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取12.0kN。

6、立杆穩定性計算（5.2.6條）

（3）注意：

對于立杆穩定性，我們隻驗算立杆底部的穩定性。這是由于通過計算從腳手架頂取每5米一段與腳手架的靜荷和活荷的組合驗算立杆穩定性時，雖然風荷載在頂部的标準值大，但最終組合值在腳手架的最底端最不利。

對于腳手架整體穩定性的計算是比較複雜的，表達形式上是對單根立杆的穩定計算，實質是對腳手架結構的整體穩定計算，因為式中的µ值是根據腳手架的整體穩定實驗結果确定的。

規範為了簡化計算，通過大量的試驗分析和理論研究，将腳手架的整體穩定計算簡化為立杆單杆穩定計算；依據立杆橫距以及連牆件的布置方式，引入了單立杆穩定的計算長度系數。依據有關試驗，結合立杆橫距和連牆件的布置方式，規範給出了單杆穩性計算長度系數。所以規範的立杆計算實際上就是對腳手架整體穩定的計算，隻不過在形式上以立杆單杆穩定計算表達。 計算長度系數μ值是反映腳手架各杆件對立杆的約束作用，其值與受壓構件兩端約束情況有關 。

7、最大搭設高度的說明：

（1）依據國内幾十年的實踐經驗及國内腳手架的調查，立杆采用單管的落地式腳手架一般在50m以下。當需要的搭設高度大于50m時，一般都比較慎重的采用了加強措施，如采用雙管立杆、分段卸荷、分段搭設等方法；

（2）從經濟方面考慮。搭設高度超過50m時，鋼管、扣件的周轉使用率降低，腳手架的地基基礎處理費用也會增加；

（3）參考國外的經驗。美國、日本、德國等也限制落地腳手架的搭設高度：如美國為50m，德國為60m，日本為45m等；

因此考慮在腳手架是施工現場搭設的臨時結構，其結構的安全度受人為因素影響很大，高度越高不安全的隐患越大。為确保高層腳手架的安全，依據國内幾十年的實踐經驗，并參考國外同類标準而作此規定。

8、連牆件的計算：

按照規範要求：連牆件計算包括兩部分，連牆件的強度、穩定性和連接強度的計算。

連牆件位置、布置間距、數量要求相見規範6.4節（規範32頁）。

連牆件的計算這裡我們要注意兩個問題：

1）在搭設的過程中連牆件與腳手架主節點的位置規範明确作了規定，其為連牆件偏離主節點的最大距離為300MM，隻有在連牆在在主節點附近時，才能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連牆件，因為立杆的抗彎剛度較差，将會由于立杆産生局部彎曲，減弱甚至起不到時約束腳手架橫向變形的作用，現實是許多連牆件竟然設置在立杆步距的一半附近，這對腳手架的穩定是極為不利的，要引起重視。

同樣在主節點設置了連牆件後，就要注意連牆件與主體結構連接的部位也要設置在受力點較好的部位。

2）連牆件扣件式連接方式在計算扣件抗滑移時，經常大于8KG，而小于16KG，我們會不會看到示意圖後認為是是雙扣件滿足要求，實際上是錯誤的，示意圖隻提供一個扣件的承載力。

9、腳手架地基承載力的計算（規範5.5）

（1）按照規範要求，對于立杆地基承載力要按照實際荷載進行設計計算。由于土的特性，會可能産生較大的壓縮變形，而地基不均勻沉降将危及腳手架的安全，因此要做好地基承載力的均勻性，保證腳手架立杆承載力滿足要求。規範也明确提出對此一定要進行驗算。

（2）地基承載力降低系數kc說明：

由于立杆基礎（底座、墊闆）通常置于地表面，地基承載力設計值容易受外界因素的影響而下降，規範采用調整系數對地基承載力設計值予以折減，以保證腳手架安全。地基承載力調整系數kc，對碎石土、砂土、回填土應取0.4；對粘土應取0.5；對岩石、混凝土應取1.0。

由于土的彈性模量比起其它材料小很多，因此在受荷載時，變形很大，沉降量很大，因此規範采取了地基承載力調整系數kc，使得腳手架的變形很小，因為腳手架是由連牆件固定在建築物上的，沉降過大會很容易引起整體失穩。當作混凝土墊層時，地基承載力不降低也就是由于腳手架的産生的荷載不象結構荷載那麼大，不會影響到多層土參數，因此不降低數地基承載力。

（3）基礎底面面積A值說明：

A.僅有立杆支座（支座直接放于地面上）時，A取支座闆的底面積。

B.在支座下設厚度為50～60mm的木墊闆（或木腳手闆），A=a×b（a和b為墊闆的兩個邊長，且不小于200mm），當A的計算值大于0.25m2時，則取0.25m2計算，當不大于0.25m2時按照實際進行考慮。

C.當一塊墊闆或墊木且支承2根以上立杆時，A= a×b /n(n為立杆數)，且用木墊闆時應符合（2）的取值規定。

D.在支座下采用枕木作墊木時，A按枕木的底面積計算；

E.當承壓面積A不足而需要作适當基礎以擴大其承壓面積時，應按式下式的要求确定基礎或墊層的寬度和厚度。

b≤b0 2H0tgα

b----基礎或墊層的寬度；

b0---立杆支座或墊闆（木）的寬度；

H0----基礎或墊層的厚（高）度；

tgα--基礎台階寬高比的允許值，按照《地基與基礎設計規範》進行選擇。

（4）地基承載力标準值的确定

按照現行國家标準《建築地基礎設計規範》（GBJ 7）附錄五的規定采用。就是“地基承載力特征值可由載荷試驗或者原位測試、公式計算、并結合工程實踐經驗等方法确定”。在施工現場一般有兩種方法：

1）試驗法；

2）直接查看資料——勘查報告、設計圖紙或者有關規範，它的取值是很關鍵的。

（5）腳手架地基承載力計算實例：

上部結構傳至基礎頂面的軸向力标準值:恒荷載 活荷載)， 即Nk=NG NQ=5.892 4.05=9.942kN；

基礎采用混凝土墊層，基礎底面積A=0.25m2；

地基承載力設計值fg=kc·fgk，混凝土基礎取kc=1，fgk查地質勘查報告，取120，即fg=1×120=120kPa；

故Pk=Nk/A=9.942÷0.25=39.77≤fg=120

(地基承載力計算滿足要求)。

四、雙立杆的計算

1.根據腳手架《規範》要求5.3.8高度超過50m的腳手架，可采用雙管立杆、分段懸挑或分段卸荷等有效措施，必須另行專門設計。

2.搭設高度的确定：

按照規範(6.3.7)要求:雙管立杆中副立杆的高度不應低于3步，鋼管長度不應小于6m。 根據《建築施工手冊》規定，單立杆搭設最大高度為50米，當需要搭設50米以上的腳手架時，35米以下應采用雙立杆，或自30米起采用分段卸載措施，且上部單立杆的高度應小于30米，即總高度在35 30=65米。

3.雙立杆的計算要求:(實際上就是立杆穩定性的計算)

（1）上部單立杆的計算：根據《規範》第5.3.5條,立杆穩定性計算部位第（3）條的規定：雙管立杆變截面處主立杆上部單根立杆的穩定性，應按本規範公式5.3.1－1或5.3.1－2進行計算。

上部腳手架的計算N1值相當于一個單立杆的雙排腳手架計算内容，組合腳的架的自重、施工荷載及風荷載進行計算。

（2）下部雙立杆的計算：計算立杆穩定性時也應按本規範公式5.3.1－1或5.3.1－2進行計算。

雙立杆的淨面積值A取兩倍鋼管面積的0.7倍，例如為Φ48鋼管，A=4.89×2×0.7=6.85cm2, 此值是通過實際實驗進行确定的。下部腳手架的N值計算為N1 下部雙立杆的腳手架自重産生的荷載N2，即N=N1 N2。

（3）使用雙立杆時，必須都用扣件與同一根大橫杆扣緊，不得隻扣緊1根，以避免其計算長度成倍增加。

4、分段卸載腳手架高度的确定：

根據《建築施工手冊》規定，當需要搭設50米以上的腳手架時，腳手如果采用分段卸載方式，要求自30米起采用不明确分段卸載措施，一般每30米高卸荷一次，如果卸載N次，那麼總高度為30 N倍卸載高度。

5、卸荷方式

腳手架的卸荷按照卸荷方式又分為兩種，就是不明确卸荷和明确卸荷。前者的腳手架立杆在卸荷裝置處不斷開，一直搭上去，卸荷裝置一般采用撐拉杆件體系，可分擔一部分上部荷載，但分配數量不明确；後者的腳手架立杆在卸荷裝置處斷開，向上另行搭設，卸荷裝置承受上部架段的全部荷載，受力明确。

6、腳手架的卸載圖形如下

7、不明确分段卸載的計算方法：不明确卸載裝置按其承載能力的一半分配上部荷載且不超過卸荷層以上全部荷載的1/3。上面的圖實際上為局部卸荷方式，通過裝置将其上的部分荷載傳給工程結構，以确保腳手架使用的安全。

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