扣件式钢管脚手架的计算方法

扣件式钢管脚手架整体稳定性的计算方法，系通过对多种常用构架尺寸和连墙点设置的1∶1原型单、双排脚 手架段进行整体加荷试验，得到其出现整体失稳破坏时的临界荷载Pcr，代入公式φ0＝Pcr/Afy（A为立杆的 毛截面积，fy为立杆钢材的屈服强度），得到的φ0为脚手架段的整体稳定系数。将φ0就视为立杆段（长度 为步距H）的稳定系数，由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）附录三可查得相应于φ0的长细比λ0 ，由μ0＝λ0i/h（i为立杆的回转半径），即可得到立杆的计算长度系数μ0，经对试验数据的综合整理以后 ，确定了计算扣件式钢管脚手架整体稳定性的立杆计算长度系数μ取值（表2），μ值已综合考虑了整架作用 、连墙点作用以及荷载偏心和初弯曲等初始缺陷的影响。将复杂的脚手架整体性验算，转为简单的对立杆稳 定性的验算。将结果代入上述设计表达式，即可得到以下验算整体稳定性的实用式。

 

扣件式钢管脚手架整体稳定性验算的立杆的计算长度系数μ

 

类别 立杆横距(m) 连墙件布置

 

2步3跨 3步3跨

 

双排架 1.05 1.50 1.70

 

1.30 1.55 1.75

 

1.55 1.60 1.80

 

单排架 1.85

 

不组合风载时：

 

N＝1.2NGK＋1.4NQK

 

组合风载时：

 

N＝1．2NGK＋1．4×0．85NQK MW＝1．4×0．85MWK 式中N、MW———分别为立杆的轴向力设计值和风载弯矩 设计值； NGK、NQK———分别为由恒载、施工荷载产生的立杆轴向力标准值； W———立杆的截面抵抗矩；  MWK———由风载产生的立杆弯矩的标准值，按以下步骤计算。

 

（1） 按式（9）或式（10）确定风压标准值。

 

（2） 确定立杆所受风线荷载标准值qwk为：

 

式中An为挡风面积，即宽为立杆纵距La、高为步距H的风载计算单元内的实际挡风面积。在计算An时，采用密 目安全网者，可按其实围立面积的50%计，并应同时计算杆件的挡风面积（1.15×杆件的挡风面积，1.15系数 为考虑杆件连接点阻力的增大系数）；采用挡风材料封闭者，用其封闭面积。

 

（3） 由qwk按以下情况确定Mwk：

 

当连墙件按2步3跨设置时，按3跨连续梁确定Mwk（查相应结构静力计算图表）；当按3步3跨设置时，按2跨连 续梁查得Mwk。

 

我国现行工程结构设计规范均已采用“概率极限状态设计法”，规范所给的强度设计值f由抗力分项系数γR 除强度标准值得到，而计算作用效应N、M的荷载为计算值（考虑荷载的分项系数和组合系数）。一些读者往 往在使用f时，却用荷载的标准值，这是不对的，应当注意。

 

2.1.2 碗扣式钢管脚手架的整体稳定性验算

 

碗扣式钢管脚手架的整体稳定性验算，目前所做的相应试验不够（仍在继续进行之中），但从其与扣件式钢 管脚手架相类似的试验结果的分析中可以看出，由于杆件采用轴心连接等因素，使其稳定承载能力比相应构 架情况的扣件式钢管架提高15%以上。当取碗扣架的计算长度系数为μ1时，则。

 

因此确定，在验算碗扣式钢管脚手架的整体稳定性时，其μ1值可按表2数值乘以0．9325采用，其他均可采用 扣件式钢管脚手架的计算方法。经几年的试用，可满足使用安全的要求。2.1.3 门式钢管脚手架的整体稳定 性验算 ?门式钢管脚手架的整体稳定性以单榀门架计算，其门架立杆的稳定系数φ按组合杆件确定。其稳定 验算式，当不组合风载时，仍使用式（11），但N为一榀门架的轴向力设计值；当组合风载时，按下式计算：

 

式中Mwk———风载弯矩标准值，

 

hw———连墙件竖距；

 

φ———门架立杆的稳定系数，按查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录三，其中：

 

I———门架立杆换算截面回转半径；

 

I0———门架立杆截面惯性矩；

 

I1、h1———门架加强杆的截面惯性矩和高度；

 

h0———门架高度；

 

A———门架立杆的毛截面积；

 

f———门架钢材的强度设计值：Q235钢用205N/mm2；16Mn钢用300N/mm2；

 

γ’R———考虑脚手架工作条件的抗力调整系数，取

 

2.2 非单、双排脚手架结构和单肢立杆的稳定性验算 非单、双排脚手架结构包括多排或满堂设置的脚手架和 模板支撑架，由于尚无系统的试验研究成果，其结构和单肢立杆的稳定性验算，可暂参考单、双排脚手架计 算的研究成果和相关规范加以临时解决。即将脚手架立杆段视为有侧移多层框架柱，将上下横杆视为计算立 杆段的约束杆件，采用《钢结构设计规范》（GBJ17－88）附表4.2的规定，计算出单肢立杆按有侧移框架柱 考虑的计算长度系数μ’0，当该单肢立杆为双排脚手架的立杆时，则μ'0应与相应双排脚手架的μ值一致。 由于两者的计算依据是不同的，μ’0≠μ，因此就引入两个调整系数m1（考虑连墙件设置情况的调整系数） 和m2（考虑另一方向水平杆件约束作用的调整系数），由μ’＝μ＝m1m2μ’0的特定情况求得m1和m2的数值 后，用μ’＝m1m2μ’0计算出扣件式钢管脚手架各种构架情况下单肢立杆的计算长度系数μ’的数值表。用 前述方法，取碗扣式钢管脚手架单肢立杆的计算长度系数为μ’1，则μ’1＝0.9325μ’。μ’和μ’1的数 值表见文献1第461～466页。有了μ’（或μ’1），即可按前述方法得到相应的稳定系数φ。

 

扣件式或碗扣式脚手架结构的单肢立杆的稳定验算（视其荷载作用情况可分为轴心受压杆件和压弯杆件）， 可采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）的计算式和规定。

 

上述计算方法既考虑了脚手架结构本身的刚度条件，又考虑了脚手架结构的连墙约束和整体作用。同时还按 不同的h/Lb、h/La和连墙件设置情况，分别给出了首步架和其他步架的角立杆、边立杆与中立杆（分别在两 面、三面和四面设有横杆）的μ’（或μ’1）值。因此，既可用于验算单、双排脚手架结构的单肢立杆稳定 性，亦可用于验算多排和满堂脚手架结构的稳定性。

 

计算多排和满堂脚手架结构稳定性时，连墙条件可按以下界定采用：

 

（1） 当架子两个方向立杆排数≥8、杆距≤1.5m、且整体性较好，即设有足够的整体性拉结杆件（斜杆、剪 刀撑、斜撑等）时，可按2步3跨连墙考虑；

 

（2） 当架子两个方向立杆排数＜8、杆距≤1.5m且整体性较好时，可按3步3跨连墙考虑；

 

（3）当杆距＞1.5m或具有其他整体性较差的情况时，可取μ’值为1.80～1.85，即接近于单排脚手架的工作 情况。

 

2.3 其他验算项目和计算注意事项?

 

2.3.1 水平杆件的强度验算

 

水平杆件包括纵、横向水平杆和脚手板等，当其不超过构造跨度规定，不超载或不受过大集中荷载作用时， 一般不需要进行计算；当跨度和荷载较大时，一般应进行强度验算，可依其支承情况，按简支梁或2～3跨连 续梁，使用式（1）或式（2）进行验算。验算时不要遗漏公式右端抗力项的调整系数，应先确定γ’m值。? 门式钢管脚手架的门架为门式框架构件，其承载力取决于荷载作用点的部位。受集中力作用时，作用点位于 门架立柱时的承载力最大，位于门架立柱和加强杆之间时次之，位于横梁跨中时最小。在设计时，应尽量避 开横梁中部受集中力的作用。

 

2.3.2 连墙件验算

 

连墙件一般按承受水平力作用进行设计，其所受水平力NL按下式计算：

 

NL＝NW＋3kN

 

式中，Nw为自由风荷载产生的连墙件轴向力（或水平力），在计算时，可将脚手架视为支承于连墙件之上的 三跨连续梁，跨度取连墙件的竖距hw，取其在风线荷载作用下的最大支座反力为Nw；3kN为脚手架平面外变形 所引起的连墙件轴向力。

 

当连墙件采用脚手钢管并以扣件和脚手架连接时，应使用式（2）进行计算，并同时验算扣件的抗滑要求，每 个扣件的抗滑力为8.5kN。当抗滑不满足时，可增加扣件的设置。

 

当连墙件为钢结构构件时，应按《钢结构设计规范》（GBJ17-88）的规定进行设计。

 

2.3.3 地基承载力验算

 

脚手架立杆基础（或支座、垫板）底面的承载力按下式验算：

 

式中P———脚手架立杆基础底面处的平均应力设计值；

 

A———基础底面面积； N———脚手架立杆传至基础顶面的轴心力设计值，按下式确定：f＝K.fk

 

fk———地基承载力标准值；

 

K———调整系数，碎石土、砂土、回填土取0.4；粘土取0.5；岩石、混凝土取1.0。

 

2.3.4 计算注意事项

 

（1） 作业层施工荷载的标准值，结构脚手架取3kN/m2，装修（含装饰和修缮作业）脚手架取2kN/m2，围（ 防）护架按1kN/m2计算。模板支撑架、安装支撑架和实用荷载超过上述规定的脚手架，应按实用荷载设计。 脚手架和支撑架定型产品按其设计的荷载采用，但均不得低于1kN/m2。（2） 在脚手架设置构造中的非脚手 架结构部分和型钢件，应使用相应的钢结构规范进行设计。

 

（3） 在脚手架设置中涉及连墙、附墙、预埋件、临时支撑和对工程的加固措施等，应按相应结

 

构设计规范验算，并应取得工程设计人的同意，或请工程设计人对相应结构进行验算。

 

3.一个扣件可以承载多大力

 

应该叫“承载力”才对。

 

表5.1.8       扣件、底座的承载力设计值（kN）

 

项    目承载力设计值

 

对接扣件（抗滑）3.20

 

直角扣件、旋转扣件（抗滑）8.00

 

底座（抗压）40.00

 

可调托座30.00

 

注：扣件螺栓拧紧扭力矩值不应小于40N?m，且不应大于65Nm。