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脚手架设计计算
5-3-2脚手架结构模板支撑架的设计计算5-3-2-1脚手架结构模
板支撑架的设计计算要求
1•模板支撑架的结构工作特点
无论是梁模板、楼板模板或梁板模板支撑架,当采用脚手架杆件搭设,即采用脚手架结构时,一般都具有以下结构工作特点:
(1)模板支架以承受竖向荷载的压力作用为主,支架的工作安全主要受其整体或单肢立杆的稳定承载能力控制;
(2)在各种结构和构造的模板支架中,无论是显形的受压柱(钢管柱、格构柱
等)或是隐形的受压柱(即将单元支架或支架段就视为一轴心受压杆件),其稳
定承载能力取决于压杆的柔度(即杆件的计算长细比入)和结构的约束条件;
(3)计算压杆的柔度入随立杆步距h,立杆顶端的自由长度hl、支架的高度H及高宽比H/B的增大而增大,而约束条件则介于两端铰支(卩二1.0)与一端固定、一端自由(卩二2.0)之间,受构架尺寸、杆件线刚度、斜杆和附着拉结杆件设置以及杆件连接(结)的紧固程度(如扣件的拧紧程度)等因素的影响;
(4)不考虑支架各立杆(柱)之间的帮忙(即应力重分布)作用。
试验表明,下部采用双立杆的脚手架,主立杆荷载自单、双立杆的交接处往下传7步后才能完全达到平均受力,双立杆的间距只有0.2m左右,而支架立杆的间距为0.6〜1.5m,虽也会有些帮忙作用,但难以量定,因此不予考虑。
当需要调整相差过大
的立杆荷载时,可采用变杆距或合理确定模板荷载传力点(即模板支架的支承点)的办法加以解决。
2•模板支撑架的设计计算要求
(1)设计计算项目
1)受压杆件稳定性验算(包括支柱、单肢立杆和支架整体稳定性,其中支架的整体稳定性一般都转化为对其长度为步距h的立杆段的稳定性验算);
2)直接承受模板荷载并将其传给立杆的水平杆件和构造(组合梁、桁架梁等)及其连接件的验算(承压、受弯、受弯以及扣件抗滑等);
)支座、基础和地基验算。
3.
(2)荷载计算
梁、板和梁板模板支架参与计算的荷载项及其取值见表5-85。
梁板模板支架参与计算的荷载项及其取值表5-85
荷载项目
编号
名称
荷载标准值
1
模板及支架自重
20.5kN/m按设计图纸实算。
肋形楼板模板的自重可取:
2(组
合钢模)0.75kN/m(木模);
2
新浇混凝土自重
2,其他混凝土取其实际的重力密普通混凝土取24kN/m度。
当混凝土堆料高度超过100mm时,按实际高度计算
3
钢筋自重
2;—般梁板结构可取:
1.1kN/m(楼板)按设计图纸实算。
2(梁)
1.5kN/m
4
施工荷载(人员及设备自重)
2计算支架立柱及其他支承结构构件时取1kN/m
5
振捣混凝土荷载荷载组合
22kN/m对水平模板可取梁模板支架组合1、2、3、5;板和梁
板模板支架组合1、2、3、4、5
(3)设计计算要求
总的要求为:
构造合理、受力明确、荷载算够、验算合格。
其中应特别注意以下几点:
1)模板荷载的作用点应尽量布置在立杆之上(通过使用立杆顶托撑或其他构造措施)或尽量靠近立杆,以消除或减小偏心作用;
2)强度和稳定验算,应分别达到相当于单一系数法设计中安全系数K>1.5和K>2.0的要求;
3)立杆的基础(地)应有足够的承载能力,且在受载后不得出现超过10mm(或设计限定值)的沉降。
基地的楼板时,其下应视需要设置支撑;
4)支架的结构和构造中不得出现低于验算条件的薄弱部位。
否则,应按薄弱部位(即最不利受力条件)的荷载和构造参数进行验算;
5)确保节点构造、斜杆和其他整体性、加强性杆件的设置符合设计要求,使支架具有稳定的结构;
6)严格控制和确保施工中的实施荷载及其分布不超过设计值。
5-3-2-2扣件式钢管梁板模板支撑架的稳定性计算
采用扣件式钢管脚手架材料搭设的梁板模板支撑架(以下简称“扣件梁板模板支架”的工作受其稳定承载能力控制。
《扣件架规范》对模板支架计算的规定.1.
“模板支架计算”是《扣件架规范》后增加的一节,共作了3条4款规定,包括
要求模板支架的荷载、压缩变形和抗倾覆计算应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)(注:
这是该规范的规定,而所用标准现已改为《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002)的规定,支架立杆轴向力设计值N和立杆计算长度I的计算式。
o将《扣件架规范》中式(562-3)所确定的l以I表示,则有:
010|=h+2a(5-83)01式中h——支架立杆步距;
a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度。
《扣件架规范》给出的模板支架轴向力设计值N的计算式(5.6.2)与用于脚手
架计算的式(5.3.2)是相同的,前者取I=2h+a,而后者取I=kyh。
10101当支架的构造和约束条件与双排脚手架相同时,则I应当与I相同,即I二I,001001则有:
h+2a=kyh2a=h(k卩-1)/2(5-84)1当I>I时,其K>2.0,可满足安
全要求;当IVI时,其KV2.0,贝U安000101全度不够。
当将ky=1.155X(1.5〜1.8)=1.732〜2.079代入(5-84)式时,要使得按式(5-83)计算的支架立杆钓设计稳定承载能力具有K>2.0的安全度,就必须使a>(0.367〜0.54)h,即当h=1.8m时,需让a>0.66〜0.97m,而这又恰与限制a的初衷相违背。
之所以出现这一问题,就是在借用英国标准时,忽视了必须满足K>2.0的要求。
按照《扣件架规范》的计算规定,在av(0.367〜0.54)h时,就会出现不能满足K>2.0
要求的结果。
鉴于这一存在问题,在计算模板支架时,需要对式(5-83)式作必
要的调整,以确保使用安全。
2•两类构架梁板模板支架立杆计算长度I的确定0按两类构架的情况,分别采用相适合的支架立杆计算长度I的计算式:
0几何不可变杆系结构支架:
如-
打&工51—k|j(A+2a)
(5-85)
码狈使
A■+2 故 aW队乳“-1>A (5*86) 非几诃不可变杆系结构支架: ii■kiktflh (5-87) X=财i郴沖i (5-88) IU上式中柯——考慮K鼻2.0寒我的立杆计畀民度的调整系数’其对于你的调整相当于^=0.9/: 对抗力/的调整’(扣件盟规范》所给^=1.155的取價嵋低,应按S5-86选用; k2—瞎虑搭设裔度彩响的立杆计算长度的调整系数口因只调整支架计算高度>4mm的髙支乗,故取英搭设髙度调整系数師* E)二汁(石芦5(当Ho<4m时,K,IQ・将KA转化为对弘的调轅系数的,其值列人表5-87中; /——"非几何不可变杆条结构”支架立杆的计算怏度系数,即计算扣件武痢管脚手架劇肢立杆憶定惟的产n值,分别按甫立杆、边立杼和中立轩给出,见表XI; 刃一将-非几何不可变杆系结构"支架的狂杆视为“有侧移框架柱S按农曲端交汇杆件线刚度的比值K|、Kj确定的计算长度系数的理论值*见亍134节说明和査《钢结构设计规范》GB50017—2002的附表4-2; m、m――考虑扣件式钢管脚手架稳定约束条件中连墙杆和纵向水平杆作21用的调整系数,见表&88。 当支架的边排立杆有附墙连结时,其靠边两排立杆按实际的附墙连结情况考虑,其内各排立杆按无附墙连结考虑;当支架边排无附墙连结时,横向立杆排数》5排的支架按“两步三跨”边墙考虑,横向立杆排数w4排的支架按“三步三跨”连墙考虑。 模板支架立杆计算长度调整系数k表5-86 1 步距h(m) h<0.9 0.9Vh<1.2 1.2Vh<1.5 1.5Vh<2.1 k1 1.243 1.185 1.167 1.163 洛成高度度调KjJ)为下值时 h*2a (m) 4 (1.0) 6 (0.99) 8 (0.98) 10 (0.971) 12 (0.962) 14 (0.952) 16 (0.943> 18(0.935) 20 (0.926) 25 (0.905) >0 (0.885) 35 (0.866) 40 (0.847) 1.35 1.0 1.014 1.026 1.039 1.042 1.0S4 E06I 1-081 1.092 1.113 1.137 1.155 1.173 1.44 1.0 1.012 1.022 1.031 1.039 1.047 1.056 1.064 1.072 1.092 1.111 1.129 1.149 1.53 1.0 1.007 1.015 1.024 1.031 1.039 1.047 1.055 1.062 1.079 1.097 1.114 1.132 1.62 1.0 1.007 1.014 1<021 1.029 1.036 1.043 1.051 1.056 1.074 1.090 1.106 1.123 1.80 1.0 1.007 1.014 1.020 1.026 1.033 1.040 1.046 1.0S2 1.067 1.081 1.0% 1.111 1.92 1.0 1.007 1.012 1.018 1.024 1.030 1.035 1.042 1.048 1.062 1.076 1.090 1.104 2.04 1.0 1.007 1.012 1.018 1.022 1.029 1.035 1.039 1.044 1.060 1.073 1.087 1.101 2.25- 2.33 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.057 1.070 1.081 1.094 2.70* 3.36 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.053 1.066 1.078 1.091 注或12a)、H°的数值与衣不符时■町用捆入法确定,戍采用卜贴栏的效ff((岬将轲值材傲取大一兰)。 hH. m|e当连堵点设国为 m2>当立杆的类别和位置为 2步3跨 3步3静 散債 类别 边文忏 中立忏 甘步集 其他步集 柠步架 其他步楽 0.6 1.775 2.087 1.213 1.230 U161 1.191 0.7 1.655 1.945 1.160 1.175 1.126 1.149 0.8 1.555 1.814 1.108 1.115 1.092 1.107 0.9 1.457 1.680 1.068 1.076 1.057 1.065 1.0 1.372 1.577 1.030 1.037 1.022 1.025 l.t 1.300 1.48$ 1.015 1.019 1.011 1.012 1.1613 1.261 1.430 依据值 — — — — 1.2 1.244 1.410 1.00 1.00 1.00 1.00 1.3 1.201 1.359 0.985 0.982 0.989 0.988 1.3846 1.165 1.315 依馆值 — — — — 调整系数m和叭值 表588 续表 A/fb« h/it ■■・当遂塩点设畫津 叫.当立杆的姜崩和悅覽为 2^3# 3? ft 數值 边辽杆 肯步握 t.4 L”1碇 bin 堆圉傅| ◎■刑 Q,9€5 O-9? 9 0,975 IhS 1.151 i彌 0.955 0.047 1.6 1141 lr2fl4 DhWO 0.*3O|0-960 O.^N 1+⑶ 12" 0.925 0.9U ''! ft.Wl o.»e 1.74B 1.123 1.264 mKft — _ 1”8 1・皿 1.2*0 協圉值 0.911 0.894 D.M2 a925 1T? bZ57 0.»96 Q.S7T B.W 0,如3 2』 1413 \.2S3 0肿 臥閱】 0胡3 0.M) 2A kLH 125J D.87& 0.SS5 0.922 0,897 K110 1.250 0.871 D.850 0.919 0,M3 it’豊m前用杯g査m时岡人九”仏%和4分别为! 丸杆的廈距柯纵昵* 3•梁板模板支撑架的稳定承载能力和验算步骤 (1) 确定的脚手架整体稳定性的一 (=0.9)均归入式子右0端的 梁板模板支架立杆的稳定承载能力 《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》般设计表达式,将稳定系数©和结构重要性系数丫抗力项,即: 不组合风载; (589) 组合凤载: (5*90) 1■2Sgi(十1.4X0-85(SQii+5wk)M°曽;” 前述计韓支粟立杆计算长度5的调幣系数崭相出于^=0,9/0;的作用,而卄晁由实用高度的降低系数©;转化而来的,它调幫的提几因f和攀同在右端,也就可以转化为对卩(即厶)的调整。 因此.模板支架稳宦性的计算.可采用(统一规览〉的式応医菇和的巳含入卩的计算中*故有’ 不组令风載N=l.ZN^+b4NQk<甲丸f 组合凤載N=lfN®+L4xO.BSCNot+辔)WtpAf(5-92) 式中孑依据心二启Mi(A+2u)(几何不可变杆系结构)或W二%机卢电(非几何不可变杆系结构)碉定。 以上公式右端就是支架的材料抗力R(=©Af),当立杆为©48X3.5普碳钢d22,则有: 205N/mm=f,489mm=A管,其. R=100.245©(kN)(5-93)d支架立杆稳定承载能力R的数值列入表 5-89中。 由表中可以看出: 当支架d高度不变时,I由1.35变化到3.36,即增加 到其2.49倍时,R减小至其I=1.35ood时的22.01%〜23.8%: 当I不变时,随着高度由4m增加到40m,其R为H=ood4m时的77.8%〜84.17%。 普厲輛管亶架血杆的檯定桑聲堂力鞋(kN)联5M JL聲的计算需團Ha(m) a4A (m) *1 4 6 8 10 o1 14 16 1B 20 25 30 55 4C L0 1.014 1.026 】.卿 i(J47 1.054 1J»61 J.O&l l.[)92 1.1B 1.137 1.1U ia? 3 A 106 ION 109 110 111 112 LU <15 116 ns 121 123 125 1,35 0.544 Qr5S0 0.523 05U 0.509 0-M2 0.4弼 0.4A3 0.476 0.446 0.434 og 蔺 54-5 53( 52.4 5Jb7 sro< SO,3 49r7 48.4 47・7 46.5 44,7 43.3 42.4 ii 1.0 1012 132 1.931 1.039 ]bO47 1.054 1.064; t.072 1092 Uii 1.129 1.149 A 113 11, 116 ir ]IB ]]■■) izn 121 122 124 128 no L44 F o.m 0.413 0.476 D.47Q 0.45H 0.453 (1.446 Q.44Q Q.42K 0,417 0.4{]6 o.m ).243 Rd 49.7 4^.4 47.7 47J 46.5 45,9 4S,3 2 44.) 42.9 4],$ 40J 1.0 1.{K»7 1.CIS 1,024 1.031 1.039 1.047 LOSS 1.062 1079 1.M7 LIH 1432 kS3 A 12D 121 122 m 124 125 124 127 128 1JG 132 134 U6 审 0.4S2 0.44« 0.440 0.414 0.42B 0.423 0.417 (ML2 (J-4C6 Q.3M 0376 D-367 Rd 45.3| 444 43.5 42.9 42.4 41,li 41,3 4tLT W.7 亦 37.7 36启 幻 1.0 IMF? 1,014 1.021 UJ29 1.036 1.043 1.051 1.056 1.074 1.090 l.iM I.L23 k62 A 127i Ue 129 130 131 1S2 P3 134 135 137 139 141 143 p 0.412 11.4116 0.401 0.396 0391 0.3S6 (L弼】 0.376 Q.371 0.3^ 0.353 0.344 0.356 4L3 40.7 血2 397 39.2 3ft.7 朝.2 37.7 37.2 3«,2 35.4 14,S 33.? L80 37-2 3ft.S 30.3 J5.y 33-4 35.0 3J.0 34.3 M.l M.l 32.5 31.T 30,9 1.1BS 333 33.9 32.5 32.1i 31.7 31.7 SU3 30.9 30.« 29.9 29.2 28,5 27h0 2.04 29.9 29t5 292 28.S 2S.8 28.5 26.2 27.8 27,5 26,9 26.a 25.? 25.2 2.25 2i.7 23.4 25.2 24,9 24rf> 24.4 2*.l 244 25.R 234 22.fii HA 21-7 2.40 146? 22.B 22.4 22.1 ? 2.1 21.9 21,7 2l+5 2t,2 2仁D 20.6 20.0 196 1*.Z 心 Rdl (kN) 20.3 19.9 09 19J 19.5 19,3 141 l«.2 17,7 17.4 n.i Z.70 IS,2 门占 17.7 17.5 17.4 17,2 P,l 16,9 1ft.1 LS.$ is.* 2.88 I1163 闻.] )6,0 15.9 15.7 15.6 15.3 15,2 15.0! 14.9 14.6 14.3 13,» 13,7 3.06 M.4 14.1 14+0 13.9 13.9 13.T ]山 13.3 13.2 12.7 1Z.4 124 JJS 13.5 13.^ 13.1 13.0 12,9 T2® 12-7 12.5 12^3 12.a 11.7 1L4 J.36 u.o ii.a 11,7 IV6 H.5 11J 11. 11.1 11.0 10.8 10.5 10.3 10,1 (2)设计验算步骤 1)计算模板底梁(楞)以上荷载的标准值; ;)依模板构造和荷载情况初选支架立杆布置间距(等间距或变间距) 3)按以下式子粗算立杆轴力的设计值N': (5-W) (5亠95) 不组合颯载N'二L2(NGn+NQ2k+1.4^^) 组合风载Nr=1.2Xi,l(NGn+十“弹)式中1.乙1*4——荷載分项系数匚 1.1—考虑风载的抿 N曲k-粗算懐板支架自耋标准值任立杆中产生的轴力(kN),K: "ah=0+0387iW&(5-96) 0.038——^48x3.5钢管单位自重(kN/m); n——考虑慣杆和斜杆设置的系数,其值可分别取34(A>fffcZ).3.5(ft=0或4*0(A)c H。 ——搭设高度(m); g—其他自重(恒载}标唯值在立杆中产生的轴力(kN); N烘——施工荷栽标灌值在立杆中产主的轴力(kNk 4)依据Ho和粗算的N'值,,从表5W9中査得Jid>K2N,m的血+2审(用于“几何不可变杆系结构"支架)或严*〔用于篁非几何不可变杆系结构“支架)值,确定橫杆步距h\ 幻确定支架的结构类别,杆件设置及构造尺;h 6)按设计构架和荷载计算N訥、Nq、N轻(二需业)和啊。 岂NWRd或"跡 按以上设计计算步骤,一般均可实现合格要求,可避免在盲目情况下先确定构架尺寸所造成的反复调整问题。 因为,如果在第3步已发现N'值偏大时,即应调整杆距。 5-3-2-3碗扣式钢管模板支撑架的设计计算 碗扣式钢管模板支撑架的杆件之间为轴心相交、构件的整体性和刚度较好,且碗扣节点具有良好的受力性矩,因而具有比扣件式钢管脚手架和支撑架较高的稳定承载能力,特别适合用于构造各类重荷载的模板支撑架。 1•碗扣式钢管模板支撑架承载能力的试验值 碗扣式钢管脚手架在研制及其使用过程中,相继作过一些单元和多元架体试验,其荷载均为加在架体顶部,工作条件更近于支撑架的情况,虽不够系统,但从表5-90所列的试验结果中,仍可初步得出以下认识: 5-90 表碗扣式钢管支架的试验承载能力 类剧 編杆设IS 樋限荀韻国已(kNl A H 试暑架 试验宜杆 5 1.2 LH 9.3 无 )09 27.2S 0 人两优非节点 112.4 28.10 ③ H两醺1节点 149-5 J7.3S 297.6
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