脚手架计算

在桥梁施工中,虽然脚手架在工程中有着重要的地位，而且按照施工设计要求也应当列入单位工程施工组织设计内，但现在却还经常发现许多单位的施工组织设计内并无详细叙述；即使有，往往也很简单并不符合实际施工的要求。为确保施工安全，对脚手架的验算很有必要。在现在桥梁施工中，应用比较多的有两种脚手架，一是扣件式钢管脚手架，另一种为门式钢管脚手架。本文主要介绍这二种脚手架的设计计算方法。扣件式钢管脚手架扣件式钢管脚手架是以横向横杆、纵向横杆、立杆、脚手板和剪刀撑、扫地杆、底座、拉撑件以及连接它们的扣件组成的一种钢管脚手架。1、扣件式钢管脚手架设计计算桥梁施工采用的扣件式钢管脚手架一般主要作为模板支架，承受混凝土结构物的施工荷载。扣件式钢管脚手架的承载能力按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计。一般进行的计算为：纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗滑承载力计算；立杆的稳定性计算；立杆地基承载力计算。（1）荷载计算在桥梁施工中，作用在扣件式钢管脚手架上的荷载一般有施工结构物荷载、操作人员体重、施工设备重力和扣件式钢管脚手架自重力。各种荷载的作用部位和分布可按实际情况采用。扣件式钢管脚手架荷载的传递顺序为：脚手板→横向横杆→纵向横杆→立杆→底座→地基。（2）纵向、横向水平杆的抗弯强度计算纵向、横向水平杆的抗弯强度计算公式如下：δ=≤[f]m——弯矩设计值横向、纵向水平杆的内力一般按照三跨连续梁计算弯矩（如果特殊情况可按多跨连续梁弯矩计算）：w——截面模量。[f]——钢材的抗弯强度设计值。（3）纵向、横向水平杆的扰度计算：纵向、横向水平杆扰度按下式计算：υ=≤[υ]υ——扰度e——钢材的弹性模量i——纵向、横向水平杆的截面惯性矩q——纵向、横向水平杆上的等效均布荷载l——纵向、横向水平杆的跨度[υ]——容许扰度，应按下表采用。（4）连接扣件的抗滑承载力计算纵向、横向水平杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力应符合下式规定：r≤[r]r——纵向、横向水平杆传给立杆的竖向作用力（q*l）[r]——扣件抗滑承载力设计值。（5）立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算：≤[f]n——模板支架计算立杆的轴向力设计值n=1.2∑ngk+1.4∑nqk∑ngk——模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重产生的轴向力的总和。∑nqk——施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。ф——轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比λ取值，当λ=250时，ф=7320/λ2a——立杆的截面面积。[f]——钢材的抗弯强度设计值。（6）立杆地基承载力计算根据试验结果，荷载板底面的应力与其沉量的关系曲线如下图所示。从图中可看出，在荷载作用下地基土的变形。如果荷载应力超过p0，地基承载变形将发生突变，丧失地基承载力。所以立杆基础底面的平均压力一定要满足下式要求：p≤[fg]p——立杆基础底面的平均压力，[fg]——地基承载力设计值,门式钢管脚手架以门架、交叉支撑、连接棒、挂扣式脚手板或水平架、锁臂等组成基本结构，再设置水平加固杆、剪刀撑、扫地杆、封口杆、托座与底座的一种标准化钢管脚手架。1、门式钢管脚手架设计计算桥梁施工采用的门式钢管脚手架一样一般作为模板支架，承受混凝土结构物施工荷载（见上图）。脚手架的承载能力也采用了现行结构统一的设计表达形式。即同样采用按概率极限状态设计法。与扣件钢管脚手架不同，门式钢管脚手架的主要破坏形式是在抗弯刚度弱的门架平面外多波鼓曲失稳破坏。由于门式钢管脚手架的基本单元，门架是一个框架结构，在施工荷载作用下，施工层的门架杆件在门架平面内受局部弯矩作用。因此门式钢管脚手架主要是靠门架立杆轴心受压将竖向荷载传给基础的，风荷载作用时，将在门架平面方向产生弯矩，这也要靠门架的立杆轴心力组成力偶矩来抵抗。总之，门式钢管脚手架主要受轴压力。既计算主要评定门式钢管脚手架的稳定性，其公式如下：n≤[nd]n——作用于一榀门架的轴向力设计值[nd]——一榀门架的稳定承载力设计值。2、门式钢管脚手架地基承载力计算与扣件式钢管脚手架计算相同。p≤[fg]p——立杆基础底面的平均压力，[fg]——地基承载力设计值,通过以上对脚手架的稳定性和地基承载力的验算，取得了脚手架支撑体系安全施工的理论依据。门式脚手架与扣件式脚手架比较1、施工工艺比较：门式脚手架：1）装拆方便，施工工效高；约为扣件式脚手架的2～3倍。２）工人劳动相对强度较低。扣件式脚手架：1）装拆比较方便，施工工效较低。2、搭设高度比较：门式脚手架：搭设高度一般≤45米。扣件式脚手架：搭设高度一般≤５０米。3、经济效益比较：门式脚手架：1）用钢量较省。2）脚手架部件规格品种多，一次性投资大。３）脚手架管理困难，保养不易。扣件式脚手架：1）用钢量较多。2）脚手架一次性投资小。4、文明施工比较门式脚手架：脚手架组装标准化，排列整齐，美观。扣件式脚手架：脚手架组装尚可。安全施工应当特别注意的问题在脚手架搭使用期间中严禁拆除交叉支撑、加固杆件、扫地杆等。作业层的施工荷载一定要符合设计要求，不得超载。搭设钢管脚手架的场地必须平整坚实，并严格作好排水工作。结束语郊环线a30沪嘉高速公路立交工程，主要使用扣件式钢管脚手架。本人经过对纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗滑承载力计算；杆的稳定性计算；杆地基承载力计算，以及脚手架整体的稳定性、安全调整系数、脚手架最小搭设高度这几项的反复验算，发现施工单位搭设的脚手架不合理且钢管用钢量过多。这是由于施工单位没有通过计算而是采用了经验搭设的结果。最终施工单位采纳了本人的计算结论，优化了脚手架搭设，用钢量节约了3%左右。实践证明，通过计算后搭设的脚手架更科学化、规范化，即保证了脚手架的安全与稳定，又节省了施工成本，取得了良好效果。