50m高双排落地式扣件式钢管脚手架计算实例

50m高双排落地式扣件式钢管脚手架

计算实例与问题

中天建设集团有限公司武汉分公司

1、前言

国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001，以下简称新规范）已正式颁发，并要求自2001年6月1日起实施。该规范对扣件式钢管脚手架的荷载、设计计算及构造要求作了统一而明确的规定，与过去一些规定和做法相比较，有不少改进与提高，脚手架的安全性与稳定性有更可靠的保证。

本文根据新规范的规定，在外挂密目安全网情况下，对常用的50m高双排落地式扣件式钢管脚手架为实例作计算。根据以往计算，纵、横向水平杆等受弯构件φ48×3.5钢管的强度、挠度及连接扣件的抗滑承载力等，一般都能满足要求，故本计算予以简略。 2、脚手架搭设参数

用钢管φ48×3.5搭设建筑物高度为50m扣件式落地双排脚手架：立杆横距 lb=1.05m，纵距la=1.2m，步距h=1.8m；

每2步铺一层竹笆板；

施工作业层按二层计，每层施工活载为3KN/M2； 里立杆离外墙面0.4m；

小横杆二端外挑：里侧0.3m，外侧0.15m； 距地面200mm设纵、横扫地杆；

剪刀撑应在外侧立面整个长度和高度上连续设置； 横向斜撑除拐角处应设置外，中间应每隔6跨设置一道； 外立杆里侧满挂密目安全网、封闭施工；

作业层栏杆设二层，上栏杆上皮高1.2m，中栏杆居中，挡脚板高0.18m。

连墙杆根据计算要求设置。 3、永久荷载取值：

3.1脚手架结构自重（包括立杆、纵横向水平杆，剪刀撑，横向斜撑和

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扣件）。

查新规范附表A-1，得 NG1K=50×0.1161=5.805KN 3.2构、配件自重，包括：

（1）竹笆板，按二步设一层计，50m高共14层，单位荷重按0.10KN/M2计；

NG2K-1=（14×1.2×1.05×0.10）/2=0.882KN （2）栏杆挡脚板（挡脚板仅设三层），查表4.2.1-2 NG2K-2=3×0.14×1.2+11×2×1.2×0.0384=1.518KN （3）密目安全网（自重按0.01KN/M2计） NG2K-3=50×1.2×0.01=0.60KN 3.3永久荷载共计

NGK=5.805+0.882+1.518+0.60=8.805KN 4、可变荷载

4.1施工荷载（施工作业层按二层，每层3KN/M2计）

NQK=（3×2×1.2×1.05）/2=3.78 KN/M2 4.2水平风载（标准值）

WK=0.7μZμSW0 KN/M2

式中: μZ—风压高度变化系数，按大城市近郊计，查《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）表6.2.1 H=20m为1.25；H=30m为1.42；H=50m为1.67；

μS—风载体型系数，据新规范表4.2.4，全封闭脚手架，背靠开洞墙μS=1.3φ，φ为脚手架挡风系数；当步距为1.8m，纵距为1.2m，查新规范表A-3，对敞开式脚手架，φ=0.099；

W0—基本风压，上海为0.55KN/M2；

必须指出，上述脚手架挡风系数是按未挂密目安全网敞开式时的计算值，但据《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）规定，在脚手架外立杆里侧，必须满挂密目安全网以保证安全，故挡风系数必须另算。

但新规范对挂安全网时的挡风系数无规定，据《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》（修订稿），密目安全网的挡风系数为

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0.5，同时要考虑杆件的挡风面积的影响。

一步一跨范围脚手架杆件的挡风面积为 1.2×1.8×0.099=0.2138m2，

则一步一跨挂密目网时的总的挡风面积： （1.2×1.8-0.2138）×0.5+0.2138=1.1869m2 总的挡风系数φ=1.1869/(1.2×1.8)=0.5495。 5、荷载组合及稳定性计算（在无风载的情况下）

50m高脚手架立杆最大垂直力设计值N

N=1.2NGK+1.4NQK=8.805×1.2+3.78×1.4=15.858KN 据新规范第5.3.3条：

杆件计算长度l0=kμh，式中，K为计算长度附加系数，取1.155； 查表5.3.3，μ=1.50，h=180cm， 则l0=1.155×1.5×180=312cm λ=312/1.58=197.5 查表C，φ=0.185

则立杆轴向压应力f=15858/(0.185×489)

=175.29N/mm2<205 N/mm2,安全。 6、在风荷载作用下荷载组合及稳定性计算

对50m脚手架虽然计算50米高处，风载最大，但垂直力相对最小；计算地面处垂直力最大，但风载很小。故居中某处最不利，进行核算。 6.1计算30m高处：其上部有20m。

1）永久荷载：NG1K=20×0.1161=2.322KN

NG2K-1=6×1.2×1.05×0.10/2=0.378KN

NG2K-2=3×0.14×1.2+3×2×1.2×0.0384=0.78KN NG2K-3=20×1.2×0.01=0.24KN 共计 NGK=2.322+0.378+0.78+0.24=3.72KN 2)活荷载：NQK=3×2×1.2×1.05/2=3.78KN

3)垂直荷载组合N=3.72×1.2+0.85×1.4×3.78=8.962KN 4)风荷载标准值：

WK=0.7×1.42×1.3×0.5495×0.55=0.391KN/M2

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风载设计值：

W=0.391×1.2×0.85×1.4=0.5583KN/M 5)稳定性计算

按5.3.4条，风弯距按多跨连梁计，跨长1.8m M=0.10×0.5583×18002=180889Nmm

组合应力f=8962/(0.185×489)+180889/(5.08×103) =134.68N/mm2<205N/mm2，安全。 6.2计算20m高处：

其上部有30m 1)永久荷载：

NG1K=30×0.1161=3.483KN

NG2K-1=9×1.2×1.05×0.10/2=0.567KN

NG2K-2=3×0.14×1.2+6×2×1.2×0.0384=1.057KN NG2K-3=30×1.2×0.01=0.36KN

共计NGK=3.483+0.567+1.057+0.36=5.467KN 2)综合垂直力设计值： N=1.2×NGK+1.4×0.85×NQK

=1.2×5.467+1.4×0.85×3.78=11.0586KN 3)风载设计值

W=0.7×1.25×1.3×0.5495×0.55×1.2×0.85×1.4=0.491KN/m 4)稳定性计算

M=0.10×0.491×18002=159084Nmm

f=11058.6/(0.185×489)+159084/(5.08×103) =153.56N/mm2<205N/mm2，安全。

6.3通过以上计算，说明在风载作用下，立杆的强度与稳定性计算，不起控制作用，其轴向压应力均小于无风时的压力。

7、连墙件的连接扣件抗滑计算

据新规范规定，连墙件必须从底层第一步纵向水平杆处开始设置；当连墙件沿墙高度每二步3.6m设一个时，全高50m共须设50/3.6=14个，其中受风力最大的连墙件高度应在13×3.6=46.8m处。此处风载高

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度变化系数为1.635，按2步2跨设一连墙件时，则风载产生连墙件轴向力设计值为：

Nlw=1.4×(0.7×1.635×1.3×0.5495) ×0.55×(3.6×2.4) =5.439KN

据公式5.4.1连墙件总的轴向力设计值： Nl= Nlw+5=5.439+5=10.439KN > 8KN，不安全。 改为2步1跨设一连墙件，则 Ntw=5.439/2=2.72KN

NT=2.72+5=7.72KN < 8KN，安全。 8、验算立杆采用单管时的可搭设高度

据新规范第5.3.6条，允许可搭设高度： 不组合风载时：

HS=[0.185×489×205-(1.2×3000+1.4×3780)]/(1.2×0.1161) =69289mm 组合风载时：

HS={ 0.185×489×205-[1.2×3000+0.85×1.4×(3780+18088/(5.08×103) ×0.185×489)]}/(1.2×0.1161)

=72235mm 则搭设高度限值

[Hs]=69.289/(1+0.001×69.289)=64.8m 规范规定单管脚手架高度不宜超过50m。 9、结论与问题

9.1 计算结果表明，50m高度双排落地式扣件钢管脚手架，当横距为1.05m，纵距为1.2m，步距为1.8m时，并在满挂安全网的情况下，用单根钢管φ48×3.5时，其里、外立杆的强度与稳定性是满足新规范要求的；其下部20m(或30m)无需双根钢管。这结果符合新规范第5.3.8条精神，即高度超过50m的脚手架，可采用双管立杆。

9.2 新规范没有给出在外立杆里侧按JGJ59-99规定，必须挂密目安全网时的挡风系数。本计算参考1998年第8期《建筑技术》所载介绍《编

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制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》（修订稿）一文，采用密目安全网时，其挡风面积可按其实围面积的50%计，并应同时计算杆件的挡风面积。按此原则进行计算，挂密目安全网时的综合挡风系数为0.5495，而敞开式脚手架的挡风系数仅为0.099，前者是后者的5.55倍，直接影响连墙件所承受的风载。

9.3 据新规范第5.4.1条规定，在连墙件的轴向力设计值Nl中，除风载产生的轴向力Nlw外，还应加上因连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0，双排架时取5KN；但表5.1.7规定，直角扣件、旋转扣件的抗滑承载力设计值总共是8KN，这样，由风载产生的轴向力Nlw必须≤3KN才允许。按此要求设计，连墙件必须每1跨每2步设一个。这一结果与过去常规做法出入较大，问题的所在除本计算中密目安全网的挡风系数（0.5）较大外,关键是连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0过去规定为3KN，现改为5KN，所占比重很大，这需要请主编单位解释和明确。

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制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》（修订稿）一文，采用密目安全网时，其挡风面积可按其实围面积的50%计，并应同时计算杆件的挡风面积。按此原则进行计算，挂密目安全网时的综合挡风系数为0.5495，而敞开式脚手架的挡风系数仅为0.099，前者是后者的5.55倍，直接影响连墙件所承受的风载。

9.3 据新规范第5.4.1条规定，在连墙件的轴向力设计值Nl中，除风载产生的轴向力Nlw外，还应加上因连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0，双排架时取5KN；但表5.1.7规定，直角扣件、旋转扣件的抗滑承载力设计值总共是8KN，这样，由风载产生的轴向力Nlw必须≤3KN才允许。按此要求设计，连墙件必须每1跨每2步设一个。这一结果与过去常规做法出入较大，问题的所在除本计算中密目安全网的挡风系数（0.5）较大外,关键是连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0过去规定为3KN，现改为5KN，所占比重很大，这需要请主编单位解释和明确。

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