组合扣件式钢管脚手架设计计算书.docx

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组合扣件式钢管脚手架设计计算书

组合扣件式（落地+拉吊卸荷）钢管脚手架设计计算书

1.计算参数设定

（1）脚手架基本参数

建筑物最大标高+95.37m，脚手架起搭标高为-1.50m,脚手架最大标高+97.17m，采用单管落地+拉吊卸荷的搭设形式，设6个拉吊段分别是+14.51～+27.71m,+27.71～+40.91m,+40.91～+54.11m,+54.11～+67.31m,+67.31～+80.51m,+80.51～+97.17m。

拉吊卸荷采用Φ14mm钢丝绳@1.50m,吊环Φ18mm。

脚手架采用Φ48×3.5钢管，内立杆离墙0.20m；立杆步距h=1.80m，立杆纵距La=1.50m，立杆横距0.80m；横向水平杆在下，横向水平杆上设有2根纵向水平杆；连墙件按2步3跨布置，脚手架满铺冲压钢脚手板。

脚手架不完全卸荷采用：

增加4步距。

（2）钢管截面特征

钢管Φ48×3.5mm，截面积A=489mm2，惯性矩I=121900mm4，截面模量W=5080mm3，回转半径i=15.8mm，每米长质量0.0376kN/m，Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205N/mm2，弹性模量E=206000N/mm2。

（3）荷载标准值

1）永久荷载标准值

每米立杆承受的结构自重标准值为0.1248kN/m

采用冲压钢脚手板,自重标准值为0.30kN/m2

栏杆与挡板采用栏杆、冲压钢脚手板挡板,自重标准值为0.16kN/m，

脚手架上吊挂的安全设施（安全网）自重标准值为0.010kN/m2

2）施工均布活荷载标准值

装修脚手架为2.00kN/m2,结构脚手架为3.00kN/m2

3）风荷载

风压高度变化系数μz=0.74；地面粗糙度按C类

挡风系数=0.80,背靠建筑物按敞开、框架和开洞墙计算，则脚手架风荷载体型系数

μs=1.3=1.3×0.80=1.04,工程位于广东省佛山市,基本风压ω0=0.30kN/m2

2.纵向水平杆验算

（1）荷载计算

钢管自重GK1=0.0376kN/m，脚手板自重GK2=0.30×0.27=0.08；施工活荷载QK=3.00×0.27=0.80

作用于纵向水平杆线荷载标准值

永久荷载q1=1.2×（0.0376+0.08）=0.14kN/m;施工活荷载q2=1.4×0.80=1.12kN/m

（2）纵向水平杆验算

每根钢管长约6.00m,按四连续梁计算，L=1.50

1）抗弯强度验算

弯矩系数KM1=-0.107，M1=KM1q1L2=-0.107×0.14×1.502=-0.03kN·m

弯矩系数KM2=-0.121，M2=KM2q2L2=-0.121×1.12×1.502=-0.30kN·m

Mmax=M1+M2=0.03+0.30=0.33kN·m

σ=Mmax/W=0.33×106/5080=64.96N/mm2

纵向杆的抗弯强度σ=64.96N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

2）挠度验算

2）挠度验算

挠度系数Kυ1=0.632，υ1=Kυ1q1L4/（100EI）=0.632×（0.14/1.2）×（1500）4/（100EI）=0.15mm

挠度系数Kυ2=0.967，υ2=Kυ2q2L4/（100EI）=0.967×（1.12/1.4）×（1500）4/（100EI）=1.56mm

υmax=υ1+υ2=0.15+1.56=1.71mm

纵向杆的υmax=1.71mm＜[υ]=L/150=10mm与10mm,满足要求。

3）最大支座反力

Rq1=1.143×0.14×1.50=0.24kN，Rq2=1.223×1.12×1.50=2.05kN

Rmax=Rq1+Rq2=0.24+2.05=2.29kN

3.横向水平杆验算

（1）荷载计算

钢管自重gk1=0.0376kN/m

中间纵向水平杆传递支座反力R中=Rmax=2.29kN

旁边纵向水平杆传递支座反力R边=Rmax/2=1.15kN

（2）横向水平杆受力计算

按单跨简支梁计算，跨度为：

L=0.80m

1）抗弯强度验算

Mmax=qL2/8＋R中L/3=0.0376×0.80×0.80/8＋2.29×0.80/3=613675N·m=0.61kN·m

σ=Mmax/W=613675/5080=120.80N/mm2

横向水平杆的抗弯强度σ=120.80N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

2）挠度验算

集中荷载产生的挠度为υ1=Pa（3L2－4a2）/（24EI）=2290×267（3×8002－4×2672）/（24EI）=1.66mm

均布荷载产生的挠度为υ2=5qL4/384EI=5×0.0376×8004/（384EI）=0.01mm

υmax=υ1＋υ2=1.66+0.01=1.67mm

横向水平杆的υmax=1.67mm＜[υ]=L/150=5mm与10mm,满足要求。

4.横向水平杆与立杆的连接扣件抗滑验算

R=R中＋R边＋Gk1L/2=2.29＋1.15＋0.0376×0.40=3.46kN

横向水平杆与立杆连接扣件R=3.46kN＜Rc=8.0kN（Rc为扣件抗滑承载力设计值）,满足要求。

5.立杆容许长细比验算

计算长度附加系数k=1.0；考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数μ=1.50

立杆步距h=1.80m；立杆计算长度Lo=kμh=1.0×1.50×1.80=2.70m=2700mm

长细比λ=Lo/i=2700/15.8=170.89

立杆长细比λ=170.89＜[210],满足要求。

轴心受压稳定性系数

Lo=kμh=1.155×1.50×1.80=3.12m=3119mm

λ=Lo/i=3119/15.8=197，查得

=0.186。

6.落地段立杆计算

净高度16.01m,落地段计算高度为23.21m,脚手板铺8层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NGlk=gkH=0.1248×23.21=2.90kN

2）构配件自重：

NG2k=1.44+1.92+0.35=3.71kN

其中：

脚手板重量：

8×1.50×0.40×0.30=1.44kN

栏杆、挡脚板重量：

8×1.50×0.16=1.92kN

安全网重量：

23.21×1.50×0.010=0.35kN

3）活荷包括：

a.施工荷载按2层作业计算（其中1层为结构施工，1层装修施工）得：

ΣNQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

风荷载标准值ωk=0.74×1.04×0.30=0.23kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.23×1.50×1.80×1.80/10=0.14kN·m=140000N.mm

（2）立杆稳定性验算

立杆按各段间距增加4个步距验算（除顶层外）

1）不组合风荷载时

N=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.90+3.71）+1.4×3.00=12.13kN

N/（

A）=12.13×1000/（0.186×489）=133.36N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.90+3.71）+0.9×1.4×3.00=11.71kN

N/（

A）＋MW/W=11.71×1000/（0.186×489）＋140000/5080=156.31N/mm2

立杆稳定性为156.31N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

7.支撑支承面验算

钢管立杆高配套底座200×100mm,支承面为混凝土板（按C30考虑）支承板厚=180mm

上部荷载为：

F=12.13kN

（1）支承面受冲切承载力验算

βs=2.00,ft=1.50N/mm2,h0=165mm,βh=1.00

η=0.4+1.2/βs=1.00,σpc,m=0N/mm2,um=2×（200+165）+2×（100+165）=1260mm

（0.7βhft+0.25σpc,m）ηumh0=[（0.7×1.0×1.50+0.25×0）×1.00×1260×165]=218.30kN

受冲切承载力218.30kN＞F=12.13kN,满足要求。

（2）支承面局部受压承载力验算

Ab=（0.20+2×0.10）×（0.10×3）=0.12m2,Al=0.20×0.10=0.02m2

βl=（Ab/Al）0.5=2.45，fcc=0.85×14300=12155kN/m2，ω=0.75

ωβlfccAl=0.75×2×12155×0.02=364.65kN

支承面局部受压承载力364.65kN＞F=11.71kN,满足要求。

8.拉吊卸荷段立杆

8.1+80.51～+97.17m,拉吊段净高度为16.66m,拉吊段计算高度为16.66m,拉吊段底标高为+80.51m,脚手板铺9层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×16.66=2.08kN

2）构配件自重：

NG2k=1.62+2.16+0.25=4.03kN

其中：

脚手板重量：

9×1.50×0.40×0.30=1.62kN

栏杆、挡脚板重量：

9×1.50×0.16=2.16kN

安全网重量：

16.66×1.50×0.010=0.25kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+80.51m,μz=1.62;水平风荷载标准值ωk=1.62×1.04×0.30=0.51kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.51×1.50×1.80×1.80/10=0.31kN·m=310000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.08+4.03）+1.4×3.00=11.53kN

N/（A）=11.53×1000/（0.186×489）=126.77N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.08+4.03）+0.9×1.4×3.00=11.11kN

N/（A）＋MW/W=11.11×1000/（0.186×489）＋310000/5080=183.17N/mm2

立杆稳定性为183.17N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.2+67.31～+80.51m,拉吊段净高度为13.20m,拉吊段计算高度为20.40m,拉吊段底标高为+67.31m,脚手板铺11层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×20.40=2.55kN

2）构配件自重：

NG2k=1.98+2.64+0.31=4.93kN

其中：

脚手板重量：

11×1.50×0.40×0.30=1.98kN

栏杆、挡脚板重量：

11×1.50×0.16=2.64kN

安全网重量：

20.40×1.50×0.010=0.31kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+67.31m,μz=1.45;水平风荷载标准值ωk=1.45×1.04×0.30=0.45kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.45×1.50×1.80×1.80/10=0.28kN·m=280000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+1.4×3.00=13.18kN

N/（A）=13.18×1000/（0.186×489）=144.91N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+0.9×1.4×3.00=12.76kN

N/（A）＋MW/W=12.76×1000/（0.186×489）＋280000/5080=195.41N/mm2

立杆稳定性为195.41N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.3+54.11～+67.31m,拉吊段净高度为13.20m,拉吊段计算高度为20.40m,拉吊段底标高为+54.11m,脚手板铺11层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×20.40=2.55kN

2）构配件自重：

NG2k=1.98+2.64+0.31=4.93kN

其中：

脚手板重量：

11×1.50×0.40×0.30=1.98kN

栏杆、挡脚板重量：

11×1.50×0.16=2.64kN

安全网重量：

20.40×1.50×0.010=0.31kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+54.11m,μz=1.35;水平风荷载标准值ωk=1.35×1.04×0.30=0.42kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.42×1.50×1.80×1.80/10=0.26kN·m=260000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+1.4×3.00=13.18kN

N/（A）=13.18×1000/（0.186×489）=144.91N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+0.9×1.4×3.00=12.76kN

N/（A）＋MW/W=12.76×1000/（0.186×489）＋260000/5080=191.47N/mm2

立杆稳定性为191.47N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.4+40.91～+54.11m,拉吊段净高度为13.20m,拉吊段计算高度为20.40m,拉吊段底标高为+40.91m,脚手板铺11层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×20.40=2.55kN

2）构配件自重：

NG2k=1.98+2.64+0.31=4.93kN

其中：

脚手板重量：

11×1.50×0.40×0.30=1.98kN

栏杆、挡脚板重量：

11×1.50×0.16=2.64kN

安全网重量：

20.40×1.50×0.010=0.31kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+40.91m,μz=1.25;水平风荷载标准值ωk=1.25×1.04×0.30=0.39kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.39×1.50×1.80×1.80/10=0.24kN·m=240000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+1.4×3.00=13.18kN

N/（A）=13.18×1000/（0.186×489）=144.91N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+0.9×1.4×3.00=12.76kN

N/（A）＋MW/W=12.76×1000/（0.186×489）＋240000/5080=187.53N/mm2

立杆稳定性为187.53N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.5+27.71～+40.91m,拉吊段净高度为13.20m,拉吊段计算高度为20.40m,拉吊段底标高为+27.71m,脚手板铺11层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×20.40=2.55kN

2）构配件自重：

NG2k=1.98+2.64+0.31=4.93kN

其中：

脚手板重量：

11×1.50×0.40×0.30=1.98kN

栏杆、挡脚板重量：

11×1.50×0.16=2.64kN

安全网重量：

20.40×1.50×0.010=0.31kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+27.71m,μz=1.00;水平风荷载标准值ωk=1.00×1.04×0.30=0.31kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.31×1.50×1.80×1.80/10=0.19kN·m=190000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+1.4×3.00=13.18kN

N/（A）=13.18×1000/（0.186×489）=144.91N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+0.9×1.4×3.00=12.76kN

N/（A）＋MW/W=12.76×1000/（0.186×489）＋190000/5080=177.69N/mm2

立杆稳定性为177.69N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

8.6+14.51～+27.71m,拉吊段净高度为13.20m,拉吊段计算高度为20.40m,拉吊段底标高为+14.51m,脚手板铺11层。

（1）荷载计算

1）脚手架结构自重：

NG1k=gkH=0.1248×20.40=2.55kN

2）构配件自重：

NG2k=1.98+2.64+0.31=4.93kN

其中：

脚手板重量：

11×1.50×0.40×0.30=1.98kN

栏杆、挡脚板重量：

11×1.50×0.16=2.64kN

安全网重量：

20.40×1.50×0.010=0.31kN

3）活荷载包括：

a.施工荷载：

NQk=1.50×0.80/2×（3.00+2.00）=3.00kN

b.风荷载标准值计算

拉吊段底离地高度+14.51m,μz=0.74;水平风荷载标准值ωk=0.74×1.04×0.30=0.23kN/m2

由风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

MW=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4ωkLah2/10=0.9×1.4×0.23×1.50×1.80×1.80/10=0.14kN·m=140000N·mm

（2）立杆稳定性验算

1）不组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+1.4×3.00=13.18kN

N/（A）=13.18×1000/（0.186×489）=144.91N/mm2

2）组合风荷载时

N1=1.2（NGlk+NG2k）＋0.9×1.4ΣNQk=1.2×（2.55+4.93）+0.9×1.4×3.00=12.76kN

N/（A）＋MW/W=12.76×1000/（0.186×489）＋140000/5080=167.85N/mm2

立杆稳定性为167.85N/mm2＜f=205N/mm2,满足要求。

9.钢丝绳和吊环验算

通过比较，以+14.51～+27.71m拉吊段的钢丝绳受力最大，故以此进行钢丝绳和吊环验算。

（1）钢丝绳验算

h=13.20m,La=0.80m,离墙距离=0.20m,N=13.18kN

钢丝绳采用φ=14mm,α=0.85,K=6,K,=0.356,Ro=1570kN/mm2

破断拉力总和F破=K,D2Ro=0.356×142×1570=109.55kN

钢丝绳允许拉力[P]=F破α/K=109.55×0.85/6.00=15.52kN

Toa=13.18×（1.002+13.202）0.5/13.20=13.22kN,Tob=13.18×（0.202+13.202）0.5/13.20=13.18kN。

钢丝绳承受拉力Toa=13.22kN<[P]=15.54kN,Tob=13.18kN<[P]=15.54kN，钢丝绳强度满足要求。

（2）吊环验算

吊环采用Φ18mm光面圆钢，As=3.14×（18/2）2=254mm2，f=65N/mm2

fAs=2×65×254=33020N=33.02kN

每个吊环承受的拉力为：

N拉=Toa+Tob=13.22+13.18=26.40kN

吊环允许拉力33.02kN＞N拉=26.40kN，满足要求。

10.连墙件计算

连墙件采用φ20mm钢筋,截面积为314mm2；f=205N/mm2

按每个结构层花排设置,连墙件按2步3跨布置,脚手架最高97.17m

连墙件轴向力设计值N1=N1W＋N0,其中:

风压高度变化系数μz=1.70（标高+97.17m）,基本风压ωo=0.30kN/m2;

挡风系数=0.800,背靠建筑物按敞开、框架和开洞墙计算，则脚手架风荷载体型系数

μs=1.3=1.3×0.800=1.040,风荷载标准值ωk,=1.70×1.040×0.30=0.53kN/m2

N1W=1.4ωkAω=1.4×0.53×2×1.80×3×1.50=12.02kN

连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力,按双排脚手架,取No=3.00kN

N1=NlW＋N0=12.02+3.00=15.02kN=15020N

L0=0.20+0.10=0.30m=300mm,i=5.0mm,λ=L0/i=300/5.0=60.0,1=0.818

σ=N1/1A连墙件=15020/（0.818×314）=58.48N/mm2

连墙件稳定σ=58.48N/mm2＜0.85f=174N/mm2,满足要求。

焊缝抗拉强度σ=N/LWt=15.02×1000/（50.00×3.00）=100.13N/mm2。

钢筋焊缝的抗拉和抗压强度σ=100.13N/mm2＜f=160N/mm2,满足要求。

11.计算结果

脚手架起搭标高为-1.50m，分段脚手架最大标高+97.17m,采用单管落地+拉吊卸荷的搭设形式，从-1.50m开始设6个拉吊段分别是+14.51～+27.71m,+27.71～+40.91m,+40.91～+54.11m,+54.11～+67.31m,+67.31～+80.51m,+80.51～+97.17m。

脚手架采用Φ48×3.5钢管，内立杆离墙0.20m；立杆步距1.80m，立杆纵距1.50m，立杆横距0.80m；横向水平杆在下，横向水平杆上设有2根纵向水平杆；拉吊卸荷采用Φ14mm钢丝绳@1.50m,吊环Φ18mm；连墙件按2步3跨布置，脚手架满铺冲压钢脚手板。