悬挑脚手架设计
一、工程概述
本工程地下二层、地上二十六层，三层以下为公共商业办公用房，四层以上为住宅楼。
二、设计要点
高层建筑施工分段搭设的脚手架，根据JGJ59-99“建筑施工安全检查标准”要求
1．斜撑立杆底部固定必须牢固；
2．斜撑立杆除必须满足间距要求外，中间还应设置大横杆，增加斜撑立杆的刚度；
3．外挑杆件与建筑结构连接必须牢固；
4．悬挑梁或悬挑架应为型钢或定型桁架，处端须有可调或钢丝绳斜拉连接；
5．高层建筑施工分段搭设的悬挑脚手架必须有设计计算书，并经上级审批等。悬挑脚手架必须按现行国家的搭设和验收标准进行搭设卸拆。
三、脚手架材料的选用
1．钢管钢管采用外径48mm，壁厚3.5mm的焊接钢管，钢管材质宜使用力学性能适中，稳定的Q235钢，其材质应符合《碳素结构钢》（GB700-88的相应规定）。用于立杆、大横杆、剪刀撑和斜杆的长度宜为4-6mm，便于人工操作，根据实现需要，小横杆长度宜在1.2~1.3m，钢管严禁使用有明显变形、裂纹、压
扁和严重锈蚀的钢管。本工程所有外脚手架的钢管均外涂防锈漆，并定期复涂，以保证外观形象。
2．扣件扣件应符合《可锻铸铁分类及技术条件》GB978-67规定，应与钢管吻合，机械性能不低于KJ33-8的可锻铸铁制造，
（GB700-88）中Q235扣件的附件要用的材料应符合《碳素结构钢》
钢的规定，螺纹均就符合《普通螺纹》GB198-81的规定，扣件严禁使用不合格、无出厂合格证，表面裂纹、变形，锈蚀的扣件，扣件活动部位应能灵活转动，夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于5mm。
3．脚手板本脚手板采用杉木或松木，厚度5mm，宽度为200~250mm，板不得有腐朽、劈裂和严重变形。若采用钢脚手板，须用2~3厚的Ⅰ级钢板压制而成厚度50mm的钢脚手板。
4．安全网安全网采用经国家指定监督检验部门鉴定许可生产的产品，同时应具备监督部门批量验证和工厂验合格证。安全网力学性能应符合《安全网力学性能试验方法》GB5726-88的规定，进入现场后应对安全网进行模拟“砂包冲击试验”。
四、脚手架形式
根据本工程的特点和设计要求，挑架的悬挑梁采用1根[16槽钢，长度 4.0m，在平台端部（剪力墙根部）位置预埋2υ16吊环，间隔1200mm，用υ48钢管来固定钢丝绳，用于限制钢丝绳位置，在上层梁或墙顶预埋1υ22钢筋吊环，并与水平面呈63℃-75℃左右，以便钢丝绳穿越。槽钢上侧外端焊2根υ25×100的钢筋，间距为800mm，方便钢管的插入，挑梁节点大样详见附图，挑架与外墙间距为350mm。在每面挑架两端的两跨设
置剪刀撑，中间隔12-15m 设置剪刀撑。脚手架步距1.8m ，纵距
1.5m ，立杆横距0.8m ，十步架为一挑排，即六层一挑，从三层开始起挑。假设脚手架操作层为三步架，非操作层架为七步架。为将脚手架偏心荷载转为轴心荷载，相邻步架大横杆交替在立杆内外侧。操作层的外侧必须设置护栏，中距800mm ，另外加设挡脚板，高度为200-250mm ，外架的外侧立杆要高出本层顶操作面1200mm 的护身高度，底部用密目兜底包住，外侧挂好密目安全网。为保证挑架的稳定，挑架与结构采取可靠的连接，每条架按两跨，通过剪力墙的对拉孔，用υ6.5钢筋挑架连接。
挑脚手架的平面布置及节点大样详见附图1—6。
五、脚手架计算
（一）剪力墙处脚手架计算
1．脚手架立杆稳定性计算
该脚手架按照规定要求构架，且不缺少必要的结构件，故只需进行整体（立杆）稳定性计算。
每跨脚手架面积： 1.5×0.8=1.2m 2
每跨钢管长度：
立 杆：1.8×2=3.6m 小横杆：1.0×1=1.0m
大横杆：1.5×2=3.0m 护腰防护栏杆：1.5×1=1.5m 扫地杆：1.5×2=3.0m
剪刀撑长度近似对角支撑长度：
m 69.428.15.122=?+
小计：16.79m
每跨钢管自重：38.4N/m ×16.79m=644.8N
每跨扣件自重：2
6.144.18+N/只×8只=132N 竹笆：45N/m 2×1.5m ×0.8m=54N
安全网自重：0.5N/m 2×1.8m ×1.5m=1.35N
脚手板挡板：0.14×1000N/m ×1.5m=210N
小计：1088.17N
（1）立杆计算长度 lo
lo =k μh
=1.155×1.6×1.8
=3.326
（2）立杆长细比 λ
λ=
i lo =58
.1100326.3? =210
（3）轴心受压构件的稳定系数φ，查表知
φ=0.164
（4）计算立杆段的轴向力设计值N
N G1K =(644.8+132)÷2=388.4N
N G2K =(210+54+1.35)÷2=132.7N
∑NQK =3000×1.2÷2=1800N
∴N 1 =1.2(N G1K +N G2K )+0.85×1.4∑N QK
=1.2×(388.4+132.7)+0.85×1.4×1800
=625.32+2142
=2767.3N
∴三层操作层轴力值
F 1 =N 1×3
=2767.3×3
=8301.9N
又∵N 2 =1.2×(N G1K +N G2K )
=1.2×(388.4+132.7)
=625.32N
∴七层非操作层轴力值
F 2 =N 2×7
=625.32×7
=4377.24N
故立杆段的轴向力设计值N
N=F 1+F 2
=8301.9+4377.24
=12679.14N
（5）立杆的截面面积A
A 由查表知4.89cm 2
（6）计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩M W
M W =0.85×1.4M WK =10
4.18
5.02
h l W a K ? =10
8.15.18.594.185.02
???? =34.6N·m
（7）钢管截面模量W ，查表知
W=5.08cm 3
（8）立杆的稳定性计算
W
M A N W +? =310
08.510006.34489164.014.12679??+? =158.1+6.81
=164.91 故，立杆稳定性符合要求。 2．纵向水平杆，横向水平杆计算： ①纵向水平杆抗弯强度、挠度验算 选择最不利杆件横杆验算。 脚手板：q G =45N/m 2×0.4m=18N/m 横杆：M GK =8 5.11882 2?=ql =5.06N·m 施工荷载：q Q1= m m m N 4.08.05.13000??=1000N/m 风荷载：q Q2=m m m N 4.08.05.18.59??=19.9N/m=20N/m ∑M QK =8 5.1)100020(2 ?+=286.9N·m ∴M=1.2M GK +1.4∑M QK =1.2×5.06+1.4×286.9 =6.1+401.7 =407.8N·m ∴σ=310 08.510008.407??=W M =80.3N/mm2 挠度：V= 8 5.1 ) 1000 20 (2 ? + =286.9N·m ②横向水平杆的抗弯强度验算 集中力： F=18×1.5×1.2+（3000×0.4）×1.5×1.4+59.8×0.4×1.5×1.4 =2603（N） 弯距： M=F（0.4－ 横向水平杆的抗弯满足要求。 挠度： 满足要求。 ○3纵向、横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力验算 纵向水平杆通过扣件传给立杆最大竖向力设计值 R=2.15F =2.15×2.603KN =5.47KN﹤Rc=8KN 8KN为直角扣件、旋转扣件抗滑承载力设计值。3．连墙杆件的计算 因本工程所用脚手架高度小于24m，连墙件布置2步3跨，连墙件的连接杆采用υ48×3.5钢管，用直角扣件分别与脚手架立杆和建筑物连接。 连墙杆件的强度、稳定性和连接强度，按现行国家标准《冷弯薄壁形钢结构技术规范》（GBJ18）、《钢结构设计规范》（GBJ17）、《混凝土结构设计规范》（GBJ10）等的规定计算。 （1）连墙件的轴向力设计值计算 N lw=1.4×W K×A W =1.4×59.8×24.3 =2034.4N N l =N lw+N0 =2034.4+5000 =7034.4 =7.1KN N l——连墙件轴向力设计值（KN） N lw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值 N0——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力 （KN）。双排架取5 W K——风荷载标准值（KN/m2） A W——每个连墙件覆盖面积内脚手架外侧面的迎风面积。 （2）扣件连接抗滑计算 查表5.1.7直角扣件抗滑承载力设计值 Rc=8KN N L =7.1KN ﹤8KN ，满足要求。 （3）连墙件稳定承载力验算 连墙杆采用υ48×3.5钢管，杆件两端均采用直角扣件分别连于脚手架上附加的短钢管上，因此，连墙杆的计算长度可取脚手架和墙距离，即L H =0.35米，因此，长细比 4．剪刀撑的设置 因为剪刀掌斜杆与地面的倾角57°<60°，且每道剪刀撑跨越立杆的根数为4根，小于5根，故符合规范。该脚手架（高度小于24m 的双排脚手架）均必须在外侧立面的两端各设置一道剪刀撑，并应由底至顶连续设置，中间各道剪刀撑之间的净距不应大于15m 。 5．悬挑梁计算 （1）受力分析 （受力分析图见第9页） （2）验算[16的抗弯、抗剪强度。 tg α=15 .18.2=2.43 α=67.67° N=12679.14(N) Sin α×1.15=N 1×1.15+N 1×0.35 T ×0.925×1.15=12679.14×1.5 得T=17878.9N 计算V V+T Sin α=N=2N 1 ∴V=12679.14×2－17878.9×0.925 =8820N [16槽钢 γx =1.05 I=866.2cm 3 t w =6.5mm ωx =103.14N·m Mmax=T ×0.8×Sin α-N ×0.8 =17878.9×0.8×0.925-12679.14×0.8 =13230.4-10143.3 =3087.1 N·m ①抗弯：γx =1.05 σ= x x w M m ax =3 103.10810001.3087?? =28.5 2.866=S I =1 3.6cm=136mm t w =6.5 τ=5 .61368820?=w It VS =9.98<[τ]=125N/mm 2 满足设计要求。 6．钢丝绳的抗拉强度验算 由受力分析图可知，钢丝绳所受的拉力 T ′=T·Kx =17878.9×1.3 =23242.6N 其中Kx 为不均匀系数，取值1.3。 要求T ′≤ K p g α 即Pg ≥ α'KT =85 .06.232425? =136.7KN 选用（钢丝6×19、绳芯1）υ17单根钢丝绳（υ16为125KN ） 151.5KN>136.6KN T ′——计算拉力 Pg ——钢丝绳破断拉力总和 K ——钢丝绳安全系数5 α——换算系数0.85 7．吊环验算（予埋吊环） 吊环拉应力不应大于[σ]=50N/mm 2 （1）强度验算：吊环钢筋截面面积 Ag=100 6.23242502'][2'=?=?T T σ=232.4mm 2 选υ22，则Ag=380mm2>232.4mm 2 ∴安全。 吊环埋入深度不应小于30d=30×22=660mm ，并应焊接或绑扎钩住结构主筋。 （2）抗拔力验算 抗拔力验算与假定吊环全靠砼的握裹力来承受拉拔力 即 N ≥K 2 Q 式中 N ——砼的握裹力N=πdl τw d ——吊环的直径（22mm ） 1——吊环埋入砼中的深度 τw ——砼的握裹力，对光面钢筋τw =1.5~3.0MP a 。 K ——安全系数，K≥4 （取k=4） Q ——每个吊环所承担的重力 N=K 2 Q =N 8.3575742 9.17878=? =≤N=πdl τw =3.14×22×660×2.5 =113982.0N ∴抗拔满足。 （二）阳台处脚手架计算 1．脚手架立杆稳定性计算 脚手架步距1.8m 纵距1.1m 立杆横距0.8m 每跨脚手架面积： 1.1×0.8=0.88m 2 每跨钢管长度： 立杆： 1.8×2=3.6m 大横杆： 1.1×2=2.2m 小横杆： 0.8×1=0.8m 护腰防护栏杆： 1.1×1=1.1m 扫地杆： 1.1×2=2.2m 剪刀撑长度近似对角支撑长度 m 22.4211.228.11.122=?=?+ 小计：14.12m 每跨钢管自重： 38.4N/m ×14.12=542.2N 每跨扣件自重： N N 1328/2 6.144.18=?+只只 竹笆： 45N/m 2×1.1m ×0.8m=39.6N 安全网自重：0.5N/m 2×1.8×1.1=0.99N 脚手板档板：0.14×1000N/m ×1.1=154N 小 计：868.8N （1）立杆计算长度lo lo =R μh =1.155×1.6×1.8 =3.326 （2）立杆长细比λ λ= i lo =21058 .1100326.3=? （3）轴心受压构件的稳定系数φ查表知 φ=0.164 （4）计算立杆段的轴向力设计值N N G1K =(542.2+132)÷2=337.1N N G2K =(154+39.6+0.99)÷2=97.3N ∑N QK =3000×0.88÷2=1320N ∴N 1=1.2×(N G1K +N G2K )+0.85×1.4×∑N QK =1.2×(337.1+97.3)+0.85×1.4×1320 =521.28+1570.8 =2092N ∴三层操作层轴力值 F 1=N 1×3 =2092×3 =6276N 又∵N 2=1.2×(N G1K +N G2K ) =521.28N ∴七层非操作层轴力值 F 2=N 2×7 =521.28×7 =3648.9N 故立杆段的轴向力设计值N N=F 1+F 2 =6276+3648.9 =9924.9N （5）立杆的截面面积A A 由查表知4.89cm 2 （6）计算立杆段内风荷载设计值产生的弯矩M W M W =0.85×1.4M WK =10 4.18 5.02 h l W a K ? =10 8.11.18.594.15.02 ÷??? =25.4 N·m （7）钢管截面模量W ，查表知 W=5.08cm 3 （8）立杆的稳定性计算 W M A N W +? =3 1008.510004.25489164.09.9924??+? =123.8+5 =128.8<205N/mm 2 故立杆稳定性符合要求。 2．纵向水平杆、横向水平杆计算 因立杆纵距1.1米﹤1.5米，参照（一）.2条计算，满足要求。 3．连墙杆件的计算[同(一).3] 4．剪刀撑的设置[同(一).4] 5．悬挑梁计算 （1）受力分析 简化为如图示： （2）[16槽钢的抗弯、抗剪验算计算V 最大弯矩 0.3 KN·m 最大剪力 0.6KN ①抗弯γx =1.05 σ=33 max 10 3.1081010003.0???=?x x W M γ =2.77<215 N/mm 2 ②抗剪 cm S I 6.139 .632.866== =136mm t w =6.5 τ=22/125/68.05 .6136600mm N m N It VS <=?= 满足设计要求。 6．钢丝绳的抗拉强度验算，选取T 2=15.25KN 由受力分析图可知，钢丝绳所受的拉力 T ′=T ·Kx = T 2×1.3 =15.25×103×1.3 =19825N 其中Kx 为不均匀系数取值 1.3 要求T ′≤ K Pg α Pg ≥ α1KT =85 .0103745? =116617（N ） 即116.6KN 选用（钢丝6×19，绳芯1）υ16，单根钢丝绳125.0KN> 116.6KN T ′——计算拉力 Pg ——钢丝绳破断拉力总和 K ——钢丝绳安全系数5 α——换算系数0.85 7．吊环验算[同(一).7] （三）阳台处脚手架计算（纵距1.5m ） 1．荷载计算 脚手架步距1.8m ，纵距1.5m ，立杆横距0.8m 1.5×0.8=1.2m 2 每跨钢管长度 立杆：1.8×2=2.6m 大横杆：1.5×2=3.0m 小横杆：0.8×1=0.8m 护腰防护栏杆：1.5×1=1.5m 扫地杆：1.5×2=3.0m 剪刀撑长度近似对角支撑长度 69.4234.228.15.122=?=?+ 小计：16.79m 每跨钢管自重： 38.4N/m ×16.79m=644.8 每跨扣件自重： N N 1328/26 .144.18=?+只只 竹笆：45N/m 2×1.5m ×0.8m=54N 安全网自重： 0.5N/m 2×1.8×1.5=1.35N 脚手板挡板： 0.14×1000N/m ×1.5=210N 小 计：1088.17N （1）立杆计算长度lo lo =k μh =1.155×1.6×1.8 =3.326 （2）立杆长细比λ λ=i lo =21058.1100 326.3=? （3）轴心受压构件的稳定系数φ，查表知 φ=0.164 （4）计算立杆段的轴向力设计值N N G1K =（644.8+132）÷2=388.4N N G2K =（210+54+1.35）÷2=132.7N ∑N QK =3000×1.2÷2=1800N ∴N 1=1.2(N G1K +N G2K )+0.85×1.4∑N QK =1.2(388.4+132.7)+0.85×1.4×180 =625.32+2142 =2767.3N ∴三层操作层轴力值 F 1=N 1×3 =2767.3×3=8301.9 又∵N 2=1.2×(NG 1k +NG 2k ) =625.32 ∴七层非操作层轴力值 F 2=N 2×7 =425.32×7 =4377.24 故立杆段的轴向力设计值N N=F 1+F 2 =8301.9+4377.24 =12679.14N （5）立杆的载面面积A A 由查表知4.89cm 2 （6）计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩M w M w =0.85×1.4×M wk =0.85×10 4.12 h L W a k =10 1.81.559.81458.02 ???? =34.6N·m （7）钢管载面模量ω查表得 ω=5.08cm 3
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