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建筑脚手架结构力学计算手册

一、引言

建筑脚手架作为建筑施工中不可或缺的临时支撑体系，其安全性与经济性直接关系到工程建设的顺利进行及施工人员的生命安全。结构力学计算是确保脚手架安全可靠的核心环节，它为脚手架的设计、搭设与使用提供了科学依据。本手册旨在系统阐述建筑脚手架结构力学计算的基本原理、关键步骤与实用方法，供工程技术人员在实际工作中参考应用。手册内容力求严谨，紧密结合工程实践，强调计算模型的合理选取与参数的准确确定，以达到指导工程实践的目的。

二、计算依据与基本规定

2.1主要依据

脚手架结构力学计算必须严格遵循国家现行相关规范、标准及设计文件。工程技术人员应熟悉并掌握必威体育精装版版本的《建筑施工脚手架安全技术统一标准》、《混凝土结构工程施工规范》等基础标准，以及针对不同类型脚手架（如扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架、盘扣式钢管脚手架等）的专项技术规范。这些规范是计算方法、荷载取值、构造要求的根本遵循。

2.2计算模型简化原则

实际脚手架结构复杂，为便于计算，需进行合理简化，建立计算简图。简化应遵循以下原则：

1.抓住主要矛盾：突出主要受力构件和关键传力路径，忽略次要因素。例如，在计算立杆稳定性时，可将横杆视为立杆的弹性支撑。

2.反映实际受力：简化模型应尽可能真实地反映结构的实际受力状态和变形特征。

3.计算可行：简化后的模型应便于进行力学分析和数值计算。

2.3材料性能参数

脚手架常用材料主要为钢材，其力学性能指标（如抗拉、抗压强度设计值，弹性模量等）应根据钢材牌号，按现行国家标准取值。对于钢管、扣件、脚手板等构配件，其规格、材质及力学性能必须符合相关产品标准，并在计算中采用经检验合格的实际参数。

三、荷载计算与组合

3.1荷载分类与取值

脚手架所承受的荷载应分为永久荷载（恒荷载）和可变荷载（活荷载）。

1.永久荷载：包括脚手架结构自重（如立杆、横杆、扫地杆、剪刀撑等构配件的自重）、脚手板自重、安全设施（如安全网）自重等。这些荷载的标准值应根据构配件的规格、数量及布置方式进行精确计算或按规范选用经验值。

2.可变荷载：包括施工荷载（作业层上人员、工具、材料的自重）、风荷载。施工荷载标准值应根据脚手架的用途（如砌筑、装修）按规范取用，且不应低于相关规定。风荷载标准值的计算需考虑基本风压、风压高度变化系数、脚手架体型系数及挡风系数等因素，应结合工程所在地的气象资料确定。

3.2荷载组合

根据脚手架的不同受力工况，需进行荷载效应组合。基本组合为永久荷载与可变荷载的组合。对于有多种可变荷载的情况，应根据其出现的可能性，采用最不利的组合方式。在计算立杆稳定性时，风荷载产生的弯矩效应应与轴向压力效应进行组合。荷载组合的分项系数及组合值系数应严格按规范规定采用。

四、脚手架结构计算

4.1计算简图与基本假定

脚手架计算通常采用简化的平面框架模型或单杆模型。对立杆，可简化为承受轴向压力的受压杆件，其计算长度需考虑横杆的约束作用及节点的连接刚度。横杆则简化为受弯构件。计算简图应明确标明计算单元、荷载作用位置、支座约束条件等。基本假定应包括：节点为铰接或半刚性连接；材料为理想弹性体；荷载沿杆件均匀分布或集中作用于特定位置等。

4.2立杆稳定性计算

立杆是脚手架的主要承重构件，其稳定性计算是脚手架设计的核心内容。

1.轴心受压稳定性：当不考虑风荷载或风荷载较小时，立杆可按轴心受压构件计算稳定性。其稳定承载力应满足公式：N/φA≤f，其中N为立杆轴向压力设计值，φ为轴心受压构件的稳定系数（根据立杆长细比λ及钢材屈服强度确定），A为立杆截面面积，f为钢材抗压强度设计值。

2.偏心受压稳定性：当考虑风荷载作用时，立杆在轴向压力N和风荷载产生的弯矩M共同作用下，应按偏心受压构件计算稳定性，需考虑弯矩对稳定承载力的不利影响。

3.长细比计算：立杆的长细比λ=l0/i，其中l0为立杆计算长度，i为截面回转半径。计算长度l0应根据立杆的间距、横杆步距、连墙件的设置情况以及脚手架的搭设高度等因素，按规范规定的公式计算确定。

4.3横杆（水平杆）强度与刚度计算

横杆主要承受脚手板传递的竖向荷载，产生弯曲内力。

1.强度计算：横杆按简支梁或连续梁计算其跨中最大弯矩，验算弯曲正应力和剪应力。应满足公式：M/W≤f，τ=VS/Ib≤fv。其中M为弯矩设计值，W为截面抵抗矩，V为剪力设计值，S为截面面积矩，I为截面惯性矩，b为截面宽度（或腹板厚度），f为钢材抗弯强度设计值，fv为钢材抗剪强度设计值。

2.刚度计算：为避免横杆过度变形影响施工安全和操作舒适性，需验算其挠度。最大挠度值应不超过规范规定的限值（通常为l/200或l/250，l为横杆跨度）。挠度计算应采用荷载标准值，不考虑荷载分项系数。