施工组织设计脚手架荷载计算

朱文英

施工组织设计脚手架荷载计算
一、工程概况
施工现场“三通一平”工作已基本就绪, 外地面已做硬底化。
二、设计依据及构造要求
1、本计算根据中国建筑出版社《建筑施工脚手架实用手册》；
2、施工中不允许超过设计荷载。
3、小横杆、大横杆和立杆是传递垂直荷载的主要构件。而剪力撑、斜撑和连墙件主要保证脚手架整体刚度和稳定性的。并且加强抵抗垂直和水平作用的能力。而连墙件则承受全部的风荷载。扣件则是架子组成整体的联结件和传力件。
4、搭设要求：（1）梯间外墙线搭设24m双排钢管脚手架；（2）其余各搭设21.5m双排钢管脚手架。
5、采用本方案取最大搭设高度24m进行验算；
6、采用Φ48×3.5mm双排钢管脚手架搭设，立杆横距b=1.0m，主杆纵距l=1.5m，内立杆距墙0.2m。脚手架步距h=1.8m，脚手板从地面2.0m开始每1.8m设一道（满铺），共11层，脚手架与建筑物主体结构连接点的位置，其竖向间距H1=2h=2×1.8=3.6m，水平间距L1=3L=3×1.5=4.5m。根据规定，均布荷载Qk=2.0KN/㎡。
三、使用材料
1、钢管宜采用力学性能适中的Q235A(3号)钢，其力学性能应符合国家现行标准《炭素结构钢》(GB700-89)中Q235A钢的规定。每批钢材进场时，应有材质检验合格证。
2、钢管选用外径48mm，壁厚3.5mm的焊接钢管。立杆、大横杆和斜杆的最大长度为6.5m，小横杆长度1.5m。
3、根据《可铸铁分类及技术条件》(GB978-67)的规定，扣件采用机械性能不低于KTH330-08的可锻铸铁制造。铸件不得有裂纹、气孔，不宜有缩松、砂眼、浇冒口残余披缝，毛刺、氧化皮等清除干净。
4、扣件与钢管的贴合面必须严格整形，应保证与钢管扣紧时接触良好，当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于5mm。
5、扣件活动部位应能灵活转动，旋转扣件的两旋转面间隙应小于1mm。
6、扣件表面应进行防锈处理。
7、脚手板应采用杉木制作，厚度不小于50mm，宽度大于等于200mm，长度为4--6m，其材质应符合国家现行标准《木结构设计规定》(GBJ5—88)中对II级木材的规定，不得有开裂、腐朽。脚手板的两端应采用直径为4mm的镀锌钢丝各设两道箍。
8、钢管及扣件报皮标准：钢管弯曲、压扁、有裂纹或严重锈蚀；扣件有脆裂、变形、滑扣应报废和禁止使用。
9、外架钢管采用金黄色，栏杆采用红白相间色，扣件刷暗红色防锈漆。
四、脚手架的计算
（一）、基本条件
地面粗造为C类，基本风压W0=0.45KN/m2，立网网目尺寸为3.5 cm×3.5cm，绳径3.2mm，自重0.01KN/m2
（二）、搭设高度计算
验算部位应根据风荷载产生弯曲压应力大小分析确定，故先计算风荷载产生压应为σw
1、σw计算
立网封闭的挡风系数及风荷载体型系数《建筑结构荷载规范》近似按以下方法计算
ξ=(3.5+3.5)×0.32/(3.5×3.5) ×1.05=0.192
1.05为考虑筋绳的影响
μS=1.2×0.192=0.23
立网传给立柱的风荷载标准值（4-4）计算,计算风压高度系数μZ按表4-19中C类取值，当H=24 m时，μz=1.25 ，当H=5m时，μz=0.54本设计最大搭设高度为24 m，故取u2=1.25 。
WK=0.7μzμS W0
其中μ2—风压高度系数
μS—脚手架风荷载体型系数
W0—基本风压
WK=0.7×1.25×0.23×0.45=0.09KN/m2
作用于立柱的风线荷载标准值：
qWK=WK•L=0.09×1.8=0.162KN/m
风荷载产生的弯矩按式4-33计算
MW=1.4 qWK•h2/10
式中 qWK——风线荷载标准值
WK——垂直于脚手架表面的风荷载标准值
L——脚手架的柱距
W——立柱截面的抵抗矩按表4-31采用
σW——风荷载对所计算立柱段产生的弯曲压应力，σW= MW/W
MW=1.4×0.162×1.82/10=0.073KN•m
在24 m高度处立柱段风荷载产生弯曲压力为：
σW= MW/W=(0.073×106) / (5.08×103)=14.37N/mm2
在5m高度处立柱段风荷载产生弯曲压力为：
σW= 14.37× (0.54 / 1.25)=6.21N/mm2
2、底层立柱段的轴心压力
脚手架结构自重、脚手板及施工荷载的轴心压力
（1）、脚手架结构自重产生的轴心压力NGK由表4-38查得一个柱距范围内每米高脚手架结构产生的轴心标准值gk=0.134KN/m，则21 m高的脚手架结构自重产生轴心压力标准值
NGK=H•gk=24×0.134=3.21 KN
（2）、脚手架活载产生的轴心压力
一层脚手架自重Qp=0.3KN/m2（除首层外），每1.8m设一道脚手架板,共十一层。
则NQ1K=0.5（lb+0.3）•l•∑Qp=0.5(1+0.3)×1.5×0.3×11=3.2 KN
敞开式脚手的防护材料产生轴心压查表4-40得（L=1.5m）0.228KN
立网重量为0.01×1.5×24=0.36 KN
∴NQ2K=0.228+0.36=0.588 KN
二层同时操作，施工均布荷载QK2.03KN/m2查表4-41得施工荷载产生轴心压力：NQ3K=4.86KN
根据公式（4-32），活荷产生轴心压力标准值为
NQiK= NQ1K+ NQ2K+ NQ3K
=3.2+0.588+4.86
=8.65 KN
（3）计算立杆段的轴心压力值：
根据公式（4-31）计算
N= NGK ×1.2/K1+ NQiK
K1—高度调整系数，应按表（4-35采用）
K1=0.85
N=3.21×1.2/0.85+1.4×8.65=16.6 KN
3、立柱稳定性验算
立网封闭时，立柱稳定应满足下式：
N/ψA+ MW/W≤fc或N≤ψA（fc-σW）
φ——轴心压杆的稳定系数，根据所计算立柱段的比λ=μh / I
由表4-37查取
I——立柱截面的回转半径，应按表4-31查取 i=1.58cm
μ——计算长度系数，应按表4-36采用M=1.5
h——所计算的立柱段的脚手架步距 h=1.8m
∴λ=μh / i=1.5×1.8 / 1.58×10-2 =170.8
按表4-37得：φ=0.225
A—立柱截面积，应按表4-31采用，A=4.89cm2，fc=205N/mm2
ψA（fc-σW）
=0.225×4.89×102(205-14.37)×10-3
=20.97KN>N=16.63 KN(满足)
4、最大允许搭设高度
φAfcw=0.225×4.89×102(205-14.37)=20.97KN
Hd=K•[(φAfcw-1.4NQiK)/1.2gK]
=0.85×[(20.97-1.4×8.65)/(1.2×0.134)]
=47 m
5、结论
满足搭设要求。
（四）、连墙件计算
脚手架占建筑物的连接杆应按轴心受压杆计算
NH≦φAfc
式中：NH—连墙件所受的水平力设计值
NH=HW+3.0KN
HW=风荷载产生的水平力设计值
HW=1.4WK•AW
AW——迎风面积等于连墙件的直与竖直与水平间距的乘积；
φ——轴心受压稳定系数，根据λH=LH/i按表4-37采用；
LH——连墙件的计算长度，应取连件两端固定连接点的距离LH=0.2
λH=0.2×1000/1.58×10=126.5mm
φ=0.417
∴φAfc=102×0.417×4.89×20.5=41.8KN
∴NH=1.4WK•AW+3.0
=1.4×0.106×3.6×4.5+3.0
=5.4
∴NH≤φAfc(满足)
（五）、立柱地基承载力计算
立柱地基承载力应按下列计算P=N/Ab≤f
P—立柱基础底面处的平均压力设计值。
N-上部结构传至基础顶面的轴心力设计值。
Ab-基础底面面积。
f-地基承载力设计值，f=Kb•fK
fk-地基承载力标准值
Kb-地基承载力调整系数，应按表4-47采用
P=16.6/(1.5×0.9)=11.9 KN/m2
素土承载力基本值为fO=120KN/m2>P(满足)
五、搭设技术措施
1、外架搭设
(1)立杆垂直度偏差不得大于架高的1／200。
(2)立杆接头除在顶层可采用搭接外，其余各接头必须采取对接扣件，对接应符合下要求：
立杆上的对接扣件应交错布置，两相邻立杆接头不应设在同步同跨内，两相邻立杆接头在高度方向错开的距离不应小于500mm，各接头中心距主节点的距离不应大于步距的1／3，同一步内不允许有二个接头。
(3)立杆顶端应高出建筑物屋顶1.5m。
(4)脚手架底部必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应用直角扣件固定在距垫铁块表面不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆应用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
(5)大横杆设于小横杆之下，在立杆内侧，采用直角扣件与立杆扣紧，大横杆长度不宜小于3跨，并不小于6m。
(6)大横杆对接扣件连接、对接应符合以下要求：对接接头应交错布置，不应设在同步、同跨内，相邻接头水平距离不应小于500mm。并应避免设在纵向水平跨的跨中。
(7)架子四周大横杆的纵向水平高差不超过500mm，同一排大横杆的水平偏差不得大于1／300。
(8)小横杆两端应采用直角扣件固定在立杆上。
(9)每一主节点(即立杆、大横杆交汇处)处必须设置一小横杆，并采用直角扣件扣紧在大横杆上，该杆轴线偏离主节点的距离不应大于150mm，靠墙一侧的外伸长度不应大于250mm，外架立面外伸长度以10Omm为宜。操作层上非主节点处的横向水平杆宜根据支承脚手板的需要等间距设置，最大间距不应大于立杆间距的1／2，施工层小横杆间距为1m。
(10)脚手板一般应设置在三根以上小横杆上，当脚手板长度小于2m时，可采用两根小横杆，并应将脚手板两端与其可靠固定，以防倾翻。脚手板平铺，应铺满铺稳，靠墙一侧离墙面距离不应大于150mm，拐角要交圈，不得有探头板。
(11)搭设中每隔一层外架要及时与结构进行牢固拉结，以保证搭设过程中的安全，要随搭随校正杆件的垂直度和水平偏差，适度拧紧扣件。
(12)拉杆必须从第一层与窗口连接，拉杆与脚手架连接的一端可稍微下斜，不容许向上翘起。保证垂直4m、水平6m拉接。
(13)脚手架的外立面的两端各设置一道剪刀撑，由底至顶连续设置；中间每道剪刀撑的净距不应大于15m。
(14)剪刀撑的接头除顶层可以采用搭接外，其余各接头均必须采用对接扣件连接。
(15)剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的小横杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线距主节点的距离不应大于150mm。
(16)用于大横杆对接的扣件开口，应朝架子内侧，螺栓向上，避免开口朝上，以防雨水进人，导致扣件锈蚀、锈腐后强度减弱，直角扣件不得朝上。
(17)外架施工层应满铺脚手板，脚手架外侧设防护栏杆一道和挡脚板一道，栏杆上皮高1.2m，挡脚板高不应小于180mm。栏杆上立挂安全网，网的下口与建筑物挂搭封严(即形成兜网)或立网底部压在作业面脚手板下，再在操作层脚手板下另设一道固定安全网。
(18)剪刀撑是在脚手架外侧交叉成十字形的双杆互相交叉。并与地面成45°～60°。夹角。作用是把脚手架连成整体，增加脚手架的整体稳定。
2、过门洞的处理
过门洞，双排脚手架可挑空1.2根立杆，即在第一步大横杆处断开。悬空的立杆处用斜杆撑顶，逐根连接三步以上的大横杆，以使荷载分布在两侧立杆上，斜杆下端与地面的夹角要成60°左右，凡斜杆与立

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杆、大横杆相交处均应扣接。
3、过窗洞的处理
单排脚手架遇窗洞时，可增设立杆或吊设一根短大横杆，将荷载传递到两侧的小横杆若窗洞宽超过1。5m时，应于室内加设立杆(底部加铺垫木)和大横杆来承担小横杆传来的荷载。
六、地基处理
1、地基做80mm厚C10混凝土地坪，以保证地基不变形；
2、立杆支承在20×20×0.8的钢板上；
3、场地平整不得积水。
七、搭设工艺流程、搭设图
1、架子搭设工艺流程：
在牢固的地基弹线、立杆定位→摆放扫地杆→竖立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆，并与立杆和扫地杆扣紧→装第一步大横杆并与各立杆扣紧→安第一步小横杆→安第二步大横杆→安第二步小横杆→加设临时斜撑杆，上端与第二步大横杆扣紧(装设与柱连接杆后拆除)→安第三、四步大横杆和小横杆→安装二层与柱拉杆→接立杆→加设剪力撑→铺设脚手板，绑扎防护及档脚板、立挂安全网。
2、架体与建筑物的拉结(柔性拉结)
采用Φ6钢筋、顶撑、钢管等组成的部件,其中钢筋承受拉力,压力由顶撑、钢管等传递。
3、安全网
（1）挂设要求：安全网应挂设严密，用塑料蔑绑扎牢固，不得漏眼绑扎，两网连接处应绑在同一杆件上。安全网要挂设在棚架内侧。
（2）脚手架与施工层之间要按验收标准设置封闭平网，防止杂物下跌。
4、安全挡板：
通道口及靠近建筑物的露天作业场地要搭设文全挡板，通道口挡板需向两侧各伸出1M，向外伸出3M。
5、搭设图（见附图）
八、架子的验收、使用及管理
1、架子的验收、使用及管理
(1)把好验收关。搭设过程中的架子，每搭设一个施工层高度必须由项目技术负责人组织技术、安全与搭设班组、工长进行检查，符合要求后方可上人使用。架子未经检查、验收，除架子工外，严禁其他人员攀登。验收合格的架子任何人不得擅自拆改，需局部拆改时，要经设计负责人同意，由架子工操作。
(2)工程的施工负责人，必须按架子方案的要求，拟定书面操作要求，向班组进行安全技术交底，班组必须严格按操作要求和安全技术交底施工。
(3)基础、卸荷措施和架子分段完成后，应分层由制定架子方案及安全、技术、施工、使用等有关人员，按项目进行验收，并填写验收单，合格后方可继续搭设使用。
(4)使用按3kN／m2考虑，因此架子上不准堆放成批材料，零星材料可适当堆放。
(5)外架第一步(1.8m高)开始拉设兜网和立网，以后每隔4步架子拉设一道兜网，施工层脚手板和施工层临边必须设兜网和立网，以保证高处作业人员的安全。
(6)架子搭好后要派专人管理，未经安全科同意，不得改动，不得任意解掉架子与柱连接的拉杆和扣件。
(7)架子上不准有任何活动材料，如扣件、活动钢管、钢筋，一旦发现应及时清除。
(8)雨后要检查架子的下沉情况，发现地基沉降或立杆悬空要马上用木板将立杆楔紧。
(9)在六级以上大风、大雾和大雨天气下不得进行脚手架作业，雨后上架前要防滑措施。
(10)外架实行外挂立网全封闭。外挂安全网要与架子拉平，网边系牢，两网接头严密，不准随风飘。
(11)作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得超载，不得将模板、泵送混凝土输送管等支撑固定在脚手架上，严禁任意悬挂起重设备。
2、人员素质要求
(1)高处作业人员必须年满18岁，两眼视力均不低于1.0，无色盲，无听觉障碍，无高血压、心脏病、癫痫、眩晕和突发性昏厥等疾病，无妨害登高架设作业的其他疾病和生理缺陷。
(2)责任心强，工作认真负责，熟悉本作业的安全技术操作规程。严禁酒后作业和作业中玩笑戏闹。
(3)明确使用个人防护用品和采取安全防护措施。进入施工现场，必须戴好安全帽，在无可靠防护2m以上处作业必须系好安全带，使用工具要放在工具套内。
(4)操作工必须经过培训教育，考试、体检合格，持证上岗，任何人不得安排未经培训的无证人员上岗作业。
(5)作业人员应定期进行体检(每年体检一次)。
(6)作业所用材料要堆放平稳，高处作业地面环境要整洁，不能杂乱无章，乱摆乱放，所用工具要全部清点回收，防止遗留在作业现场掉落伤人。
3、劳保用品(三宝)要求
(1)安全帽
1)安全帽必须使用建设部认证的厂家供货，无合格证的安全帽禁止使用。工程使用的安全帽一律由分公司统一提供，各分包外联单位不准私购安全帽。
2)安全帽必须具有抗冲击、抗侧压力、绝缘、耐穿刺等性能，使用中必须正确佩戴，安全帽使用期为2.5年。
(2)安全带
1)采购安全带必须要有劳动保护研究所认可合格的产品。
2)安全带使用2年后，根据使用情况，必须通过抽验合格方可使用。
3)安全带应高挂低用(架子工除外)，注意防止摆动碰撞，不准将绳打结使用，也不准将钩直接挂在安全绳上使用，应挂在连接环上用，要选择在牢固构件上悬挂。
4)安全带上的各种部件不得任意拆掉，更新绳时要注意加绳套。
(3)安全网
1)安全网的技术要求必须符合CB5725—85规定，方准进场使用。工程使用的安全网必须由公司认定的厂家供货。大孔安全网用做平网和兜网，其规格为绿色密目安全网1.5m×6m，用作内挂立网。内挂绿色密目安全网使用有国家认证的生产厂家供货，安全网进场要做防火试验。
2)安全网在存放使用中，不得受有机化学物质污染或与其他可能引起磨损的物品相混，当发现污染应进行冲洗，洗后自然干燥，使用中要防止电焊火花掉在网上。
3)安全网拆除后要洗净捆好，放在通风、遮光、隔热的地方，禁止使用钩子搬运。
九、架子搭设安全技术交底
1、架子搭设安全技术交底
(1)凡是高血压、心脏病、癫痫病、晕高或视力不够等不适合做高处作业的人员，均不得从事架子作业。配备架子工的徒工，在培训以前必须经过医务部门体检合格，操作时必须有技工带领、指导，由低到高，逐步增加，不得任意单独上架子操作。要经常进行安全技术教育。凡从事架子工种的人员，必须定期(每年)进行体检。
(2)脚手架支搭以前，必须制定施工方案和进行安全技术交底。对于高大异形的架子并应报请上级部门批准，向所有参加作业人员进行书面交底。
(3)操作小组接受任务后，必须根据任务特点和交底要求进行认真讨论，确定支搭方法，明确分工。在开始操作前，组长和安全员应对施工环境及所需防护用具做一次检查，消除隐患后方可开始操作。
(4)架子工在高处(距地高度2m以上)作业时，必须佩带安全带。所用的杆子应栓2m长的杆子绳。安全带必须与已绑好的立、横杆挂牢，不得挂在铅丝扣或其他不牢固的地方，不得“走过档”(即在一根顺水杆上不扶任何支点行走)，也不得跳跃架子。在架子上操作应精力集中，禁止打闹和玩笑，休息时应下架子。严禁酒后作业。
(5)遇有恶劣气候(如风力五级以上，高温、雨天气等)影响安全施工时应停止高处作业。
(6)大横杆应绑在立杆里边，绑第一步大横杆时，必须检查立杆是否立正，绑至四步时必须绑临时小横杆和临时十字盖。绑大横杆时，必须2--3人配合操作，由中间一人结杆、放平，按顺序绑扎。
(7)递杆、拉杆时，上下左右操作人员应密切配合，协调一致。拉杆人员应注意不碰撞上方人员和已绑好的杆子，下方递杆人员应在上方人员接住杆子后方可松手，并躲离其垂直操作距离3m以外。使用人力吊料，大绳必须坚固，严禁在垂直下方3m以内拉大绳吊料。使用机械吊运，应设天地轮，天地轮必须加固，应遵守机械吊装安全操作规程，吊运杉板、钢管等物应绑扎牢固，接料平台外侧不准站人，接料人员应等起重机械停车后再接料、解绑绳。
(8)未搭完的一切脚手架，非架子工一律不准上架。架子搭完后由施工人会同架子组长以及使用工种、技术、安全等有关人员共同进行验收，认为合格，办理交接验收手续后方可使用。使用中的架子必须保持完整，禁止随意拆、改脚手架或挪用脚手板；必须拆改时，应经施工负责人批准，由架子工负责操作。
(9)所有的架子，经过大风、大雨后，要进行检查，如发现倾斜下沉及松扣、崩扣要及时修理。
2．架子拆除安全技术交底
(1)外架拆除前，工长要向拆架施工人员进行书面安全交底工作。交底有接受人签字。
(2)拆除前，班组要学习安全技术操作规程，班组必须对拆架人员进行安全交底，交底要有记录，交底内容要有针对性，拆架子的注意事项必须讲清楚。
(3)拆架前在地上用绳子或铁丝先拉好围栏，没有监护人，没有安全员工长在场，外架不准拆除。
(4)架子拆除程序应由上而下，按层按步拆除。先清理架上杂物，如脚手板上的混凝土、砂浆块、U型卡、活动杆子及材料。按拆架原则先拆后搭的杆子。剪刀撑、拉杆不准一次性全部拆除，要求杆拆到哪一层，剪刀撑、拉杆拆到哪一层。
(5)拆除工艺流程：拆护栏→拆脚手板→拆小横杆→拆大横杆→拆剪刀撑→拆立杆→拉杆传递至地面→清除扣件→按规格堆码。
(6)拆杆和放杆时必须由2--3人协同操作，拆大横杆时，应由站在中间的人将杆顺下传递，下方人员接到杆拿稳拿牢后，上方人员才准松手，严禁往下乱扔脚手料具。
(7)拆架人员必须系安全带，拆除过程中，应指派一个责任心强、技术水平高的工人担任指挥，负责拆除工作的全部安全作业。
(8)拆架时有管线阻碍不得任意割移，同时要注意扣件崩扣，避免踩在滑动的杆件上操作。
(9)拆架时螺丝扣必须从钢管上拆除，不准螺丝扣在被拆下的钢管上。
(10)拆架人员应配备工具套，手上拿钢管时，不准同时拿板手，工具用后必须放在工具套内。
(11)拆架休息时不准坐在架子上或不安全的地方，严禁在拆架时嘻戏打闹。
(12)拆架人员要穿戴好个人劳保用品，不准穿胶底易滑鞋上架作业，衣服要轻便。
(13)拆除中途不得换人，如更换人员必须重新进行安全技术交底。
(14)拆下来的脚手杆要随拆、随清、随运，分类、分堆、分规格码放整齐，要有防水措施，以防雨后生锈。扣件要分型号装箱保管。
(15)拆下来的钢管要定期重新外刷一道防锈漆，刷一道调合漆。弯管要调直，扣件要上油润滑。
(16)严禁架子工在夜间进行架子搭拆工作。未尽事宜工长在安全技术交底中做详细的交底，施工中存在问题的地方应及时与技术部门联系，以便及时纠正