悬挑式钢管脚手架计算规则概要

悬挑式钢管脚手架计算规则施工中常用的悬挑脚手架通常是指单双排钢管脚手架的底部通过型钢（工字钢或者槽钢）支撑架传递到主体结构的施工外用脚手架，包括型钢支撑架、扣件式钢管脚手架和连墙件等三部分。从支撑的形式来讲，悬挑脚手架常见两种形式，一种是使用钢丝绳拉结水平钢梁与建筑物，如图1.22；另一种是将水平钢梁通过角钢或钢管支设到建筑物上，如图1.23；在施工现场比较特殊的情况下，在保证计算结果可靠和底部支撑钢梁锚固长度足够的情况下，也有施工单位采用过没有任何保护的悬臂式钢梁支撑，但从安全角度讲不推荐使用。图1.22采用钢丝绳悬挑脚手架施工图图1.23下支撑悬挑脚手架施工图图1.24钢管两层悬挑施工图从钢梁的布置形式来讲，悬挑脚手架常见两种形式，一种带联梁型钢，每脚手架立杆下面是水平联梁，联梁下面以悬挑主梁型钢支撑；另一种是每脚手架立杆直接用悬挑主梁型钢支撑，如下图所示：图1.25悬挑脚手架两种形式示意图悬挑脚手架型钢最稳定安全的选择是工字钢，在工字钢上面按照双排脚手架排距焊接短钢筋头，然后将48mm钢管套在外面使基础牢靠。但也有施工单位选择使用槽钢，脚手架立杆很难直接作用于槽钢腹板，基本上会作用于槽钢翼缘上，这样槽钢受力就很不合理，比较好的解决办法是在槽钢槽口内每隔立杆的纵距焊接短钢筋，形成矩形槽口受力，比较稳定的受力体系。在北方一些施工企业，为了节约施工开支，也有使用钢管做悬挑梁，但存在很大的安全隐患，因为所有关键受力点都是扣件连接传递荷载，而市场上扣件质量非常不可靠，几乎没有合格的产品，对于两三个楼层的脚手架高度经过计算还勉强可以使用，对于比较高、荷载比较大的悬挑脚手架一定要慎重使用钢管做悬挑梁。悬挑脚手架上部计算与落地式扣件钢管脚手架计算的前四项要求是一致的，即按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）要求计算。1、纵向和横向水平杆(大小横杆)等受弯构件的强度计算；2、扣件的抗滑承载力计算；3、立杆的稳定性计算；4、连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算。与落地式脚手架的相应计算一致的，不再赘述，但需要按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）计算联梁和主梁型钢，计算要求如下：1、悬挑水平主梁和联梁的强度、挠度计算和整体稳定性计算；2、悬挑主梁锚固段与楼板连接处压环、螺栓和楼板局部受压计算；悬挑主梁锚固段与楼板连接通常有两种方法：如果使用压环与楼板钢筋连接，要求根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）计算压环（钢筋）的抗剪强度；如果使用螺栓打入楼板，要求计算螺栓抗拉强度和楼板局部受压。3、拉杆或斜支杆的强度计算。悬挑脚手架通常上面通过拉杆或下面通过压杆与建筑物主体结构拉接，如果拉杆采用钢丝绳吊环的连接方式，要求根据《建筑施工安全检查标准》计算钢丝绳的抗拉强度和根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）计算吊环的抗剪强度；如果拉杆或压杆采用角钢、槽钢或钢管与与建筑物预埋件焊接，除计算杆件本身的抗压或抗拉强度外，还要求计算焊接强度。图1.26悬挑梁穿墙作法图图1.27悬挑梁楼面作法图图1.28悬挑脚手架阳角处理施工图一图1.29悬挑脚手架阳角处理施工图二一、悬臂梁的内力计算对于没有任何保护的悬臂式钢梁做为悬挑脚手架支撑的模型，可以按照如下图表计算：NCmAqlB图1.30单排脚手架悬臂梁的计算简图表1.14单排脚手架悬臂梁内力计算公式内力名称内力计算式（lm/)支座反力2/)1()1(2qlNRA2/)1(2qlNRB支座弯距)2/(qmNmMA挠度EIqlNmmlv3/]8/)341()1([322剪力)(qmNVA左2/)1(2qlNVA右2/)1(2qlNVBNCm-m11CmA1mlBqN图1.31双排脚手架悬臂梁的计算简图表1.15双脚手架悬臂梁内力计算公式内力名称内力计算式（lm/lm/11）支座反力2/)1()2(21qlNRA2/)1()(21qlNRB支座弯距2/)(21qmmmNMA挠度EINlmEIqlNmmlv3/)1(3/]8/)341()1([121322剪力)2(qmNVA左2/)1()(21qlNVA右2/)1()(21qlNVB二、悬挑支撑梁的内力计算悬挑脚手架的支撑梁可以有上拉式（用钢丝绳拉结水平钢梁与建筑物）和下支式（将水平钢梁通过角钢或钢管支设到建筑物上），内力计算一般有两种情况，一种是以一榀桁架建立有限元计算模型，生成平面杆系的有限元模型，通过求解力与位移的多元一次方程组来求得各杆件的内力，这种方法计算比较繁琐，在本章第九节介绍；另一种是不考虑水平支撑梁支点位置的变形，按照铰接点计算，这是手工计算比较常用的方法。对于上下两层水平钢梁的计算，其上层钢梁可以按照集中荷载作用下的简支梁计算（如图1.32所示），其中集中荷载P为立杆的传递力，左右两个铰接点为上下两层水平钢梁的连接点，根据其计算跨度内立杆的数量确定集中荷载P的数量：图1.32主次梁体系悬挑架下层水平钢梁计算图支座力和最大弯矩按照简支梁的计算：(1.21)(1.22)与结构锚固连接的悬挑主梁计算如图1.33所示，A点为自由端，D点为与结构楼板的锚固点，如果施工中水平钢梁有两个楼板锚固点，可以选择距离自由端比较近的点为计算锚固点；B点为钢丝绳拉结点或下部支杆的支点；C点为悬挑主梁放置在结构楼板上的接触点。集中荷载F为双排脚手架两立杆传递的竖向荷载（单排脚手架为一个集中荷载F），对双层水平钢梁为上层水平钢梁的支座力；q为水平钢梁的自重荷载。图1.33悬挑脚手架铰接计算简图以上水平支撑梁与建筑主体结构采用螺栓或钢筋与楼板相连接时，按铰接计算，此时水平支撑梁的锚固长度CD段必须大于0；当水平支撑梁与建筑主体结构的预埋件采用焊接连接时，按固接计算，此时水平支撑梁的锚固长度CD段必须等于0，需设置预埋件，计算简图如下：图1.34悬挑脚手架固接计算简图三、悬挑梁强度计算水平悬挑钢梁的抗弯强度计算公式如下：(1.23)式中——截面塑性发展系数，取1.05；水平钢梁的整体稳定性计算公式如下][fWMb(1.24)式中b——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：(1.25)四、拉杆与支杆的强度计算1.钢丝绳的强度计算：(1.26)式中N——钢丝绳的拉力设计值；钢丝绳的拉力设计值乘以绳和水平梁的夹角正弦值就等于该支点处的支座反力。A——钢丝绳净截面面积；——钢丝绳受拉强度计算值；][f——钢丝绳抗拉强度设计值。1.斜压杆的容许压力按照下式计算：(1.27)式中N——受压斜杆的轴心压力设计值；——轴心受压斜杆的稳定系数,由长细比l/i查表得；i——计算受压斜杆的截面回转半径；l——受最大压力斜杆计算长度；A——受压斜杆净截面面积；——受压斜杆受压强度计算值；][f——受压斜杆抗压强度设计值。五、锚固段计算水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环，拉环强度计算如下：(1.28)式中][f——拉环钢筋抗拉强度，取][f=205N/mm2。水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下：(1.29)式中N——锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力；d——楼板螺栓的直径；][bf——楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.5N/mm2；h——楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度。斜撑杆的焊缝计算，斜撑杆采用焊接方式与墙体预埋件连接，对接焊缝强度计算为：(1.30)式中N——斜撑杆的轴向力；wl——为斜撑杆件的周长；t——斜撑杆的厚度；tf或cf——对接焊缝的抗拉或抗压强度。六、预埋件计算当水平支撑梁与建筑主体结构的预埋件采用焊接连接时，需设置预埋件。预埋件的计算应该按照依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，根据实际所用预埋件情况，通过输入锚板和锚筋的参数、预埋件所承受的的内力，计算锚固钢筋的锚固长度，并按不同受力的预埋件验算锚筋面积。图1.35预埋件计算简图1、锚固长度计算受拉直锚筋和弯折锚筋的最小锚固长度la应按下列公式计算：dfflcya(1.31)2、锚固钢筋面积计算（1）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的受拉预埋件计算，在受拉力作用下预埋件直锚筋总截面面积As的计算公式为：ybfNs8.0(1.32)（2）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的受剪预埋件计算，受剪预埋件的直锚筋总截面面积计算公式为：yvrfVs(1.33)（3）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的拉剪预埋件计算，同时承受法向拉力和剪力的预埋件，其直锚筋总截面面积As的计算公式为：ybyvrfNfVs8.0(1.34)（4）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的压剪预埋件计算，同时承受法向压力和剪力的预埋件，其直锚筋总截面面积As的计算公式为：yvrfNVs3.0(1.35)式中的N应符合条件：AfNc5.0。（5）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的拉弯预埋件计算，同时承受法向拉力和弯矩的预埋件，其直锚筋总截面面积As的计算公式为：zfMfNsybryb4.08.0(1.36)（6）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的压弯预埋件计算，同时承受法向压力和弯矩作用的预埋件，其直锚筋总截面面积As的计算公式为：zfNzMsybr4.04.0(1.37)式中的N应符合条件：AfNc5.0；当NzM4.0时NM4.0，取。（7）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的弯剪预埋件计算，同时承受弯矩和剪力的预埋件，其直锚筋总截面面积As应按下列计算公式，并取其中的较大值：zfMfVsybryvr3.1(1.38)zfMsybr4.0(1.39)（8）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的拉弯剪预埋件计算，同时承受剪力、法向拉力和弯矩作用的拉弯剪预埋件，其直锚筋总截面面积As，取用下列公式计算结果中的较大值：zfMfNsybryb4.08.0(1.40)zfMfNfVsybrybyvr3.18.0(1.41)（9）、由锚板和对称配置的直锚筋组成的压弯剪预埋件计算，同时承受法向压力、弯矩和剪力作用的压弯剪预埋件，其直锚筋总截面面积As，取用下列公式计算结果中的较大值：zfNzMfNVsybryvr3.14.03.0(1.42)zfNzMsybr4.04.0(1.43)式中的N应符合条件：AfNc5.0；当NzM4.0时NM4.0，取。式中N——法向拉力设计值；V——剪力设计值；M——弯矩设计值；yf——锚固钢筋抗拉强度设计值；cf——混凝土轴心抗压强度设计值，当混凝土强度等级大于C40时按C40考虑。取混凝土早期强度，该值与混凝土标号、养护天数、养护温度有关；d——锚固钢筋的直径；——锚固钢筋的外形系数；对HPB235级钢筋（yf＝210N/mm2），取0.16对HRB335级钢筋（yf＝300N/mm2）、HRB400级钢筋（yf＝400N/mm2），取0.14；b——锚板弯曲变形的折减系数，其计算公式为：dtb25.06.0；t——锚板厚度；——顺剪力作用方向锚筋层数的影响系数，当等间距配置时，二层取1.0；三层取0.9；四层取0.85；v——锚筋的受剪承载力系数；计算公式为ycvffd)08.04(，当7.0v时，取7.0v；A——锚板的面积；z——外层锚筋中心线之间的距离。