脚手架的抗倾覆验算与稳定性计算.docx

［摘要］当模板支架、施工用操作架等脚手架不设连墙杆时， 必须首先对脚手架进行抗倾覆验算，然后才是强度、刚度和稳定性 计算而现行的国家标准中没有倾覆验算和稳定性验算内容根据 国家有关标准导出了脚手架倾覆验算公式，并有2个算例辅以说明 最后指出脚手架高宽比与脚手架的倾覆有关，与脚手架稳定性承载 能力无关［关键词］脚手架;倾覆;稳定性;验算 结构设计中，“倾覆”与“稳定”这两个含义是不相同的，设计 时都应考虑《建筑结构可靠度设计统一标准》gb50068-2001第 3.0.2 条第一款规定承载能力极限状态包括:“①整个结构或结构的 一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）……④结构或结构构件丧失 稳定（如压屈等）”可见它们同属于承载能力极限状态，但应分别 考虑《建筑结构设计术语和符号标准》gb/1 50083-97，对“倾覆” 和“稳定”分别作出了定义，并称“倾覆验算”和“稳定计算”《建 筑地基基础设计规范》gb50007-2002，关于地基稳定性计算就是防 止地基整体（刚体）滑动的计算《砌体结构设计规范》gb50003-2001 对悬挑梁及雨篷的倾覆验算都有专门规定施工现场的起重机械在 起吊重物时也要做倾覆验算。

对于脚手架，由于浮搁在地基上，更 应该做倾覆验算《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》jgjl30-2001及《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》jgjl28-2000中都没有 倾覆验算的内容，这是因为这两本规范规定的脚手架都设置了“连 墙杆”，倾覆力矩由墙体抵抗，因此就免去了倾覆验算如果不设 连墙杆，则脚手架的倾覆验算在这两本规范中就成为不可缺少的内 容了所以，对于模板支架、施工用的操作架等无连墙杆的脚手架， 首先应保证脚手架不倾覆而进行倾覆验算，然后才是强度、刚度和 稳定性计算如果需要，还可进行正常使用极限状态计算1脚手架的倾覆验算1.1通用的验算公式推导 无连墙杆的脚手架，作为一个刚体应按如下表达式进行倾覆验 算:(1) 式中：Y gl、cgl、g1 k分别为起有利作用的永久荷载的分 项系数、效应系数、荷载标准值；Y g2、cg2、g2k分别为起不利作 用的永久荷载的荷载分项系数、效应系数、荷载标准值；cq1、q1 k 分别为第一个可变荷载的荷载效应系数、荷载标准值；cqi、qik分 别为第i个可变荷载的荷载效应系数、荷载标准值；Wei为第i个 可变荷载的组合值系数当风荷载与一个以上的其它可变荷载组合 时采用0.9;当风荷载仅与永久荷载组合时采用1.0。

对于平、立面无突出凹凸不平的脚手架，以下简称为规整脚手 架，其倾覆验算应按如下表达式进行：(2) 式中:0.9为起有利作用的永久荷载的荷载分顶系数;cw、 wk为风荷载的效应系数、风荷载的标准值对于规整脚手架，其上作用的永久荷载、可变荷载是抗倾覆的，它们不应参与倾覆验算此时应按如下表达式进行倾覆验算:(3) 以上式(1)适用于外形复杂的脚手架，式(2)适用于有施工 活荷载的规整脚手架，式(3)适用于无外荷载的规整脚手架在倾 覆验算时，为保证安全，需引入抗倾覆安全系数k, 一般取k=1.2, 即抗倾覆力矩为倾覆力矩的1.2 倍以上1.2 规整脚手架倾覆验算公式的进一步推导设搭设的规整脚手架，长度l(m)、宽度b(m)及高度h(m),其上 只有脚手架自重和风荷载作用其倾覆沿受风面大的脚手架的外沿 线，倾覆力矩mov由风荷载产生:mov=1.4wklh2/2,沿单位长度上 的倾覆力矩 mov=1.4wkh2/2抗倾覆力矩mr由脚手架自重产生:mr=0.9gklhb/2，沿单位长度 上的抗倾覆力矩mr=0.9gkhb/2引入抗倾覆系数k,倾覆力矩与抗 倾覆力矩之间的关系应满足下式要求:1.4kwkh2/2W0.9gkhb/2将其整理后可得到:(4) 取 k=1.2 代入式(4),得:(5) 式中:gk为脚手架按受风面面积平均分布的自重标准值 (kn/m2);wk为风荷载标准值，wk= uzus w0。

风压高度变化系数卩 z按现行国家标准《建筑结构荷载规范》gb50009-2001规定采用， 风荷载体型系数卩s可参考jgjl30-2001采用，基本风压w0(kn/m2) 按 gb50009-2001 规定采用,也可按风力计算确定由式(4)、(5)可知,保证脚手架不倾覆,其高度与宽度之比值应受到限制，比值与脚手架自重大小成正比，与风荷载成反比1.3计算实例1设规整脚手架的立杆间距为1.0mX 1.0m,步距1.2m,长度l=20m, 宽度b=4m,高度h=19.2m的敞开式满堂扣件式钢管脚手架现应用 式(5)对该脚手架作倾覆验算1)无纵、横竖向剪刀撑时脚手架自重标准值:立杆5X21=105根，设每根长20m,共2100m; 纵向水平杆85根，横向水平杆357根，共3128m;直角扣件共3570 个脚手架自重 gk=247.879kn, gk=247.879/(20 X 19.2)=0.6455 kn/m2基本风压取九级风平均风速产生的w0=0.32kn/m2,卩 z=1.25(b类粗糙度地面，高20m),us=1.3©=0.1625,风荷载标 准值 wk=0.065kn/m2,以上数值代入式(5)得:h/bW0.5357X0.645 5/0.065=5.32,而本脚手架的高度与宽度之比为19.2/4=4.8<5.32, 说明九级风时本脚手架不会发生倾覆倒塌。

2)设纵、横竖向剪刀撑时纵向外侧面设竖向剪刀撑,与水平横杆夹角50.2°,共80根 横向每4跨设竖向剪刀撑,与水平横杆夹角50.2°,共48根剪 刀撑合计长度800m转角扣件共640个脚手架自重增加37.184kn, gk=0.645 5+37.184/20/19.2=0.742 3kn/m2, h/b=6.12高宽比增 加了15%,说明脚手架的剪刀撑对抗倾覆作用不大,但对提高稳定 承载能力作用很大1.4计算实例2设规整脚手架的立杆间距为1.2mX 1.2m,步距1.2m,长度l=24m, 宽度b=4.8m,高度h=19.2m的敞开式满堂扣件式钢管脚手架现应 用式(5)对该脚手架作倾覆验算1)无纵、横竖向剪刀撑时脚手架自重标准值:立杆5 X21=105根，设每根长24m共2520m, 纵向水平杆85根，横向水平杆357根，共3753.6m,直角扣件共 3570个脚手架自重gk=288.030kn, gk=288.030/20/19.2=0.625kn/m2基本风压取九级风，平均风速 产生的 w0=0.32kn/m2, u z=1.25(b 类粗糙度地面，高 20m), u s=1.3 0=0.149 5,风荷载标准值wk=0.059 8kn/m2，以上数值代入式(5) 得:h/bW0.535 7X0.625/0.059 8=5.60,而本脚手架的高度与宽 度之比为19. 2/4. 8=4. 0<5. 60,仍说明九级风时本脚手架不会发生 倾覆倒塌。

2)设纵、横竖向剪刀撑时 纵、横向设竖向剪刀撑同例1,根数也相同,但每根剪刀撑长度 由6.25m变为6.788m剪刀撑合计长度868.89m转角扣件共640 个脚手架自重增加 42.709kn, gk=0.682 7kn/m2, h/b=6.12高 宽比增加了16%,仍说明脚手架的剪刀撑对抗倾覆作用不大,但对 提高脚手架的稳定承载能力作用肯定很大如果采用10年一遇基 本风压w0=0.4kn/m2,则上面例1的h/b=4.26, 4.90;例2的 h/b=4.22, 4.90,都小于5.0在此必须注意，作用在脚手架上的 永久荷载或施工活荷载起抗倾覆作用,所以不参与倾覆验算总之，用式(4)、(5)对规整脚手架作倾覆验算是比较容易的， 用脚手架的高宽比值表达抗倾覆是可行的复杂的脚手架用公式(1) 作倾覆验算也不难2 脚手架的稳定性计算脚手架属于杆系结构，对于杆系结构的弹性稳定理论比较成熟， 并解决了许多实际问题常用的刚架、排架、桁架等复杂的平面和 空间结构的稳定性已有现成的手册可供查用但脚手架由于施工因 素的强烈干扰，使脚手架的立杆与水平横杆的连接性能不确定，导 致不能应用前人的成果但是，计算公式和图表不能直接套用，不 等于稳定理论也过时。

很多学者从实际工程和稳定理论出发，依据 实践经验，应用强化结构构造措施和简单稳定验算方法，临时应付 满足工程应用，不解决长远问题当前唯一的解决途径是做必要的 稳定试验，根据试验结果总结出理论上说得过去、好用的计算公式 以下笔者只是想对脚手架稳定性分析计算谈点粗浅的认识，用以区 分脚手架的稳定性计算与倾覆验算有些标准在脚手架设计条文中引入了脚手架的高宽比，有一个 标准规定模板支架的短向高宽比不宜大于5，大于 5的应增设稳定 措施这个“5”不知从何而来?但与上面例题计算结果比较接近 但仍大于10年一遇风荷载算得的h/b=4.22，显得不安全另一个 标准规定的高宽比最大值没有超过2.5，而且高宽比大小与脚手架 立杆计算长度系数卩拉上关系，但又看不清楚是什么关系，似乎是 高宽比大，计算长度系数也大，即稳定承载能力小为此，笔者查阅了有关文献对于排架结构，例如单根悬臂柱 的计算长度系数为 2，二根相同的悬臂柱用一根横梁铰接连成排架， 排架柱计算长度系数仍为 2，且与横梁跨度大小无关但用刚接连 成刚架，刚架柱计算长度系数yal+ibh/(6icl)，式中ib、ic分 别为横梁、柱的截面惯性矩，l、h分别为横梁跨度、柱高度。

说明 此时柱的计算长度系数与梁跨度有关，与高跨比(h/l)有关，更精 确地说与梁柱线刚度之比有关有的学者总结为:单层或多层排架柱的稳定性计算可以用一根 单柱，单层或多层刚架柱的稳定性计算需要梁柱一起考虑对于当 前常用脚手架，立杆与横梁连接处于铰接与刚接之间，考虑施工等 因素的影响，假定为铰接为好，所以用一根立杆的稳定性计算来代 表整个脚手架的稳定性计算，已有的标准也是这样规定的由此可 见，排架的稳定性承载能力与排架高度有关，但与高宽比无关脚 手架已假定为排架，其稳定性承载能力也应与高度有关，而与高宽 比无关，兹于刚接因素的影响可用一系数来补偿就可以了因此， 建议脚手架立杆计算长度系数规定与脚手架高宽比要求分别写3 结语 当前常用脚手架的高宽比与脚手架倾覆有关，与稳定性承载能 力无关建议在编制有关标准时应分开表达Welcome !!!欢迎您的下载,。