一、 腳手架設(shè)計(jì)需要計(jì)算的內(nèi)容及要求
1. 腳手架的承載能力應(yīng)按概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的要求，采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（1）縱向、橫向水平桿等受彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算；
（2）連接扣件抗滑承載力計(jì)算；
（3）立桿的穩(wěn)定性計(jì)算；
（4）連墻件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和連接強(qiáng)度的計(jì)算；
（5）立桿地基承載力計(jì)算。
2.計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性與連接強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)采用荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值。永久荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.4。
3.腳手架中的受彎構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)正常使用極限狀態(tài)的要求驗(yàn)算強(qiáng)度和剛度。驗(yàn)算構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)，荷載要取設(shè)計(jì)值；驗(yàn)算構(gòu)件變形時(shí)，荷載取標(biāo)準(zhǔn)值。
4.按照扣件式腳手架鋼管規(guī)范進(jìn)行對(duì)腳手架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須滿足規(guī)范的構(gòu)造要求。
二、腳手架荷載的確定
1.荷載：包括恒荷載和活荷載
（1）恒荷載：
a.腳手架結(jié)構(gòu)自重，包括立桿、縱向水平桿、橫向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐和扣件等的自重；
b. 構(gòu)、配件自重，包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網(wǎng)等防護(hù)設(shè)施的自重。
（2）活荷載：
a.施工荷載，包括作業(yè)層上的人員、器具和材料的自重；
b.風(fēng)荷載（臨沂地區(qū)基本風(fēng)荷載0.3KN/m2，重現(xiàn)期n=10）。
2.荷載的效應(yīng)組合
計(jì)算縱向、橫向水平桿強(qiáng)度與變形時(shí)，采用永久荷載+施工均布活荷載；
腳手架立桿穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，采用
①永久荷載+施工均布活荷載
②永久荷載+0.85（施工均布活荷載+風(fēng)荷載）
連墻件承載力時(shí)： ①單排架，風(fēng)荷載+3.0kn
②雙排架，風(fēng)荷載+5.0kn
三、落地式腳手架計(jì)算
1、小橫桿的計(jì)算
小橫桿按照簡(jiǎn)支梁進(jìn)行強(qiáng)度和撓度計(jì)算，小橫桿在大橫桿上面，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下所示（立桿縱距1.5m，立桿橫距為0.9m，立桿步距1.8m）按照小橫桿上面的腳手板和活荷載作為均布荷載計(jì)算小橫桿的最大彎矩和變形。
（1）荷載的計(jì)算
均布恒荷載值計(jì)算
小橫桿的自重標(biāo)準(zhǔn)值：P1=0.04kN/m
腳手板的荷載標(biāo)準(zhǔn)值(木)：P2=0.350×1.500/2
活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q=3.000×1.500/2
荷載的計(jì)算值：q=1.2×（P1+P2）+1.4×Q =3.513KN/m
（2）小橫桿的抗彎強(qiáng)度計(jì)算要滿足（式5.2.1）
其中： M 為彎矩設(shè)計(jì)值，包括腳手板自重荷載產(chǎn)生的彎矩和施工活荷載的彎矩；
W為鋼管的截面模量；(查附錄表B.0.1)
[f]取Q235鋼管抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205N/mm2。
計(jì)算的M=3.513×0.92/8=0.356KNm
σ=0.356×106/5260=67.615N/mm2<205N/mm2,滿足要求。
（3）小橫桿的撓度v計(jì)算要滿足（圖乘法計(jì)算推導(dǎo)來(lái)的，其他同理）
（實(shí)際受力彎矩圖）
（單位力彎矩圖，兩個(gè)圖乘）
[v]按照規(guī)范要求為取l/150與10mm的小值（表5.1.8）
最大撓度考慮為簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下的撓度。
均布荷載q’=P1+P2+Q=0.04+2.62+2.25=2.552kN/m(荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值--規(guī)范5.1.3條)。
E為鋼管彈性模量（查表5.1.6），I為鋼管慣性矩。
V=5*2.552*9004/(384*2.06*105*127100)=0.833mm,小于900/150和10mm，滿足要求。
2、腳手架荷載為什么不計(jì)算懸臂端說(shuō)明（5.2.1-5.2.4說(shuō)明）
從彎矩公式看不帶懸挑的情況彎矩大偏于安全，撓度直接從公式看不出結(jié)論，但代入規(guī)范最大懸挑計(jì)算長(zhǎng)度0.3米，及排距取1.5米時(shí)，計(jì)算結(jié)果還是第一個(gè)大，因此規(guī)范取了第一種情況進(jìn)行計(jì)算安全。
3、為什么不計(jì)算鋼管的抗剪承載力說(shuō)明：
沒(méi)有抗剪強(qiáng)度計(jì)算，是因?yàn)殇摴芸辜魪?qiáng)度不起控制作用。如φ48×3.6的Q235－A級(jí)鋼管，其抗剪承載力為：
上式中K1為截面形狀系數(shù)。一般橫向、縱向水平桿上的荷載由一只扣件傳遞，一只扣件的抗滑承載力設(shè)計(jì)值只有8.0kN，遠(yuǎn)小于[V]，故只要滿足扣件的抗滑力計(jì)算條件，桿件抗剪力也肯定滿足。
另外在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意規(guī)范規(guī)定作業(yè)層上非主節(jié)點(diǎn)處的橫向水平桿，宜根據(jù)支承腳手板的需要等間距設(shè)置，最大間距不應(yīng)大于縱距1/2，也就是說(shuō)主節(jié)點(diǎn)之間至少有1根橫向水平桿。
4、大橫桿的計(jì)算
大橫桿按照三跨連續(xù)梁進(jìn)行強(qiáng)度和撓度計(jì)算，小橫桿在大橫桿的上面。用小橫桿支座的最大反力計(jì)算值，在最不利荷載布置下計(jì)算大橫桿的最大彎矩和變形。
說(shuō)明：腳手架底層步距不應(yīng)大于2米（規(guī)范6.3.4），也就是說(shuō)，一根腳手管的最大長(zhǎng)度為6米，和規(guī)范要求的一致，宜按三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算（規(guī)范5.2.4）。
大橫桿的計(jì)算簡(jiǎn)圖：
其中：P為上面的荷載值（小橫桿和腳手板），q為鋼管的自重（均布荷載）
受彎構(gòu)件的允許撓度值（表5.1.8）
5、扣件抗滑移
縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí)，扣件的抗滑承載力按照下式計(jì)算(規(guī)范5.2.5):
R≤Rc
其中Rc—扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值,取8.0kN(表5.1.7)；
R—縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值；
當(dāng)直角扣件的擰緊力矩達(dá)40--65N.m時(shí),試驗(yàn)表明:單扣件在12kN的荷載下會(huì)滑動(dòng),其抗滑承載力可取8.0kN；雙扣件在20kN的荷載下會(huì)滑動(dòng),其抗滑承載力可取12.0kN。
6、立桿穩(wěn)定性計(jì)算（5.2.6條）
（3）注意：
對(duì)于立桿穩(wěn)定性，我們只驗(yàn)算立桿底部的穩(wěn)定性。這是由于通過(guò)計(jì)算從腳手架頂取每5米一段與腳手架的靜荷和活荷的組合驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性時(shí)，雖然風(fēng)荷載在頂部的標(biāo)準(zhǔn)值大，但最終組合值在腳手架的最底端最不利。
對(duì)于腳手架整體穩(wěn)定性的計(jì)算是比較復(fù)雜的，表達(dá)形式上是對(duì)單根立桿的穩(wěn)定計(jì)算，實(shí)質(zhì)是對(duì)腳手架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定計(jì)算，因?yàn)槭街械?micro;值是根據(jù)腳手架的整體穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的。
規(guī)范為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通過(guò)大量的試驗(yàn)分析和理論研究，將腳手架的整體穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)化為立桿單桿穩(wěn)定計(jì)算；依據(jù)立桿橫距以及連墻件的布置方式，引入了單立桿穩(wěn)定的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。依據(jù)有關(guān)試驗(yàn)，結(jié)合立桿橫距和連墻件的布置方式，規(guī)范給出了單桿穩(wěn)性計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。所以規(guī)范的立桿計(jì)算實(shí)際上就是對(duì)腳手架整體穩(wěn)定的計(jì)算，只不過(guò)在形式上以立桿單桿穩(wěn)定計(jì)算表達(dá)。 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ值是反映腳手架各桿件對(duì)立桿的約束作用，其值與受壓構(gòu)件兩端約束情況有關(guān) 。
7、最大搭設(shè)高度的說(shuō)明：
（1）依據(jù)國(guó)內(nèi)幾十年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)腳手架的調(diào)查，立桿采用單管的落地式腳手架一般在50m以下。當(dāng)需要的搭設(shè)高度大于50m時(shí)，一般都比較慎重的采用了加強(qiáng)措施，如采用雙管立桿、分段卸荷、分段搭設(shè)等方法；
（2）從經(jīng)濟(jì)方面考慮。搭設(shè)高度超過(guò)50m時(shí)，鋼管、扣件的周轉(zhuǎn)使用率降低，腳手架的地基基礎(chǔ)處理費(fèi)用也會(huì)增加；
（3）參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)、日本、德國(guó)等也限制落地腳手架的搭設(shè)高度：如美國(guó)為50m，德國(guó)為60m，日本為45m等；
因此考慮在腳手架是施工現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的安全度受人為因素影響很大，高度越高不安全的隱患越大。為確保高層腳手架的安全，依據(jù)國(guó)內(nèi)幾十年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并參考國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)而作此規(guī)定。
8、連墻件的計(jì)算：
按照規(guī)范要求：連墻件計(jì)算包括兩部分，連墻件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和連接強(qiáng)度的計(jì)算。
連墻件位置、布置間距、數(shù)量要求相見(jiàn)規(guī)范6.4節(jié)（規(guī)范32頁(yè)）。
連墻件的計(jì)算這里我們要注意兩個(gè)問(wèn)題：
1）在搭設(shè)的過(guò)程中連墻件與腳手架主節(jié)點(diǎn)的位置規(guī)范明確作了規(guī)定，其為連墻件偏離主節(jié)點(diǎn)的最大距離為300MM，只有在連墻在在主節(jié)點(diǎn)附近時(shí)，才能有效的阻止腳手架發(fā)生橫向彎曲失穩(wěn)或傾覆，若遠(yuǎn)離主節(jié)點(diǎn)設(shè)置連墻件，因?yàn)榱U的抗彎剛度較差，將會(huì)由于立桿產(chǎn)生局部彎曲，減弱甚至起不到時(shí)約束腳手架橫向變形的作用，現(xiàn)實(shí)是許多連墻件竟然設(shè)置在立桿步距的一半附近，這對(duì)腳手架的穩(wěn)定是極為不利的，要引起重視。
同樣在主節(jié)點(diǎn)設(shè)置了連墻件后，就要注意連墻件與主體結(jié)構(gòu)連接的部位也要設(shè)置在受力點(diǎn)較好的部位。
2）連墻件扣件式連接方式在計(jì)算扣件抗滑移時(shí)，經(jīng)常大于8KG，而小于16KG，我們會(huì)不會(huì)看到示意圖后認(rèn)為是是雙扣件滿足要求，實(shí)際上是錯(cuò)誤的，示意圖只提供一個(gè)扣件的承載力。
9、腳手架地基承載力的計(jì)算（規(guī)范5.5）
（1）按照規(guī)范要求，對(duì)于立桿地基承載力要按照實(shí)際荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。由于土的特性，會(huì)可能產(chǎn)生較大的壓縮變形，而地基不均勻沉降將危及腳手架的安全，因此要做好地基承載力的均勻性，保證腳手架立桿承載力滿足要求。規(guī)范也明確提出對(duì)此一定要進(jìn)行驗(yàn)算。
（2）地基承載力降低系數(shù)kc說(shuō)明：
由于立桿基礎(chǔ)（底座、墊板）通常置于地表面，地基承載力設(shè)計(jì)值容易受外界因素的影響而下降，規(guī)范采用調(diào)整系數(shù)對(duì)地基承載力設(shè)計(jì)值予以折減，以保證腳手架安全。地基承載力調(diào)整系數(shù)kc，對(duì)碎石土、砂土、回填土應(yīng)取0.4；對(duì)粘土應(yīng)取0.5；對(duì)巖石、混凝土應(yīng)取1.0。
由于土的彈性模量比起其它材料小很多，因此在受荷載時(shí)，變形很大，沉降量很大，因此規(guī)范采取了地基承載力調(diào)整系數(shù)kc，使得腳手架的變形很小，因?yàn)槟_手架是由連墻件固定在建筑物上的，沉降過(guò)大會(huì)很容易引起整體失穩(wěn)。當(dāng)作混凝土墊層時(shí)，地基承載力不降低也就是由于腳手架的產(chǎn)生的荷載不象結(jié)構(gòu)荷載那么大，不會(huì)影響到多層土參數(shù)，因此不降低數(shù)地基承載力。
（3）基礎(chǔ)底面面積A值說(shuō)明：
A.僅有立桿支座（支座直接放于地面上）時(shí)，A取支座板的底面積。
B.在支座下設(shè)厚度為50～60mm的木墊板（或木腳手板），A=a×b（a和b為墊板的兩個(gè)邊長(zhǎng)，且不小于200mm），當(dāng)A的計(jì)算值大于0.25m2時(shí)，則取0.25m2計(jì)算，當(dāng)不大于0.25m2時(shí)按照實(shí)際進(jìn)行考慮。
C.當(dāng)一塊墊板或墊木且支承2根以上立桿時(shí)，A= a×b /n(n為立桿數(shù))，且用木墊板時(shí)應(yīng)符合（2）的取值規(guī)定。
D.在支座下采用枕木作墊木時(shí)，A按枕木的底面積計(jì)算；
E.當(dāng)承壓面積A不足而需要作適當(dāng)基礎(chǔ)以擴(kuò)大其承壓面積時(shí)，應(yīng)按式下式的要求確定基礎(chǔ)或墊層的寬度和厚度。
b≤b0+2H0tgα
b----基礎(chǔ)或墊層的寬度；
b0---立桿支座或墊板（木）的寬度；
H0----基礎(chǔ)或墊層的厚（高）度；
tgα--基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比的允許值，按照《地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行選擇。
（4）地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定
按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 7）附錄五的規(guī)定采用。就是“地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或者原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法確定”。在施工現(xiàn)場(chǎng)一般有兩種方法：
1）試驗(yàn)法；
2）直接查看資料——勘查報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙或者有關(guān)規(guī)范，它的取值是很關(guān)鍵的。
（5）腳手架地基承載力計(jì)算實(shí)例：
上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值:恒荷載+活荷載)， 即Nk=NG+NQ=5.892+4.05=9.942kN；
基礎(chǔ)采用混凝土墊層，基礎(chǔ)底面積A=0.25m2；
地基承載力設(shè)計(jì)值fg=kc·fgk，混凝土基礎(chǔ)取kc=1，fgk查地質(zhì)勘查報(bào)告，取120，即fg=1×120=120kPa；
故Pk=Nk/A=9.942÷0.25=39.77≤fg=120
(地基承載力計(jì)算滿足要求)。
四、雙立桿的計(jì)算
1.根據(jù)腳手架《規(guī)范》要求5.3.8高度超過(guò)50m的腳手架，可采用雙管立桿、分段懸挑或分段卸荷等有效措施，必須另行專門(mén)設(shè)計(jì)。
2.搭設(shè)高度的確定：
按照規(guī)范(6.3.7)要求:雙管立桿中副立桿的高度不應(yīng)低于3步，鋼管長(zhǎng)度不應(yīng)小于6m。 根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》規(guī)定，單立桿搭設(shè)最大高度為50米，當(dāng)需要搭設(shè)50米以上的腳手架時(shí)，35米以下應(yīng)采用雙立桿，或自30米起采用分段卸載措施，且上部單立桿的高度應(yīng)小于30米，即總高度在35+30=65米。
3.雙立桿的計(jì)算要求:(實(shí)際上就是立桿穩(wěn)定性的計(jì)算)
（1）上部單立桿的計(jì)算：根據(jù)《規(guī)范》第5.3.5條,立桿穩(wěn)定性計(jì)算部位第（3）條的規(guī)定：雙管立桿變截面處主立桿上部單根立桿的穩(wěn)定性，應(yīng)按本規(guī)范公式5.3.1－1或5.3.1－2進(jìn)行計(jì)算。
上部腳手架的計(jì)算N1值相當(dāng)于一個(gè)單立桿的雙排腳手架計(jì)算內(nèi)容，組合腳的架的自重、施工荷載及風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算。
（2）下部雙立桿的計(jì)算：計(jì)算立桿穩(wěn)定性時(shí)也應(yīng)按本規(guī)范公式5.3.1－1或5.3.1－2進(jìn)行計(jì)算。
雙立桿的凈面積值A(chǔ)取兩倍鋼管面積的0.7倍，例如為Φ48鋼管，A=4.89×2×0.7=6.85cm2, 此值是通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定的。下部腳手架的N值計(jì)算為N1+下部雙立桿的腳手架自重產(chǎn)生的荷載N2，即N=N1+N2。
（3）使用雙立桿時(shí)，必須都用扣件與同一根大橫桿扣緊，不得只扣緊1根，以避免其計(jì)算長(zhǎng)度成倍增加。
4、分段卸載腳手架高度的確定：
根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》規(guī)定，當(dāng)需要搭設(shè)50米以上的腳手架時(shí)，腳手如果采用分段卸載方式，要求自30米起采用不明確分段卸載措施，一般每30米高卸荷一次，如果卸載N次，那么總高度為30+N倍卸載高度。
5、卸荷方式
腳手架的卸荷按照卸荷方式又分為兩種，就是不明確卸荷和明確卸荷。前者的腳手架立桿在卸荷裝置處不斷開(kāi)，一直搭上去，卸荷裝置一般采用撐拉桿件體系，可分擔(dān)一部分上部荷載，但分配數(shù)量不明確；后者的腳手架立桿在卸荷裝置處斷開(kāi)，向上另行搭設(shè)，卸荷裝置承受上部架段的全部荷載，受力明確。
6、腳手架的卸載圖形如下
7、不明確分段卸載的計(jì)算方法：不明確卸載裝置按其承載能力的一半分配上部荷載且不超過(guò)卸荷層以上全部荷載的1/3。上面的圖實(shí)際上為局部卸荷方式，通過(guò)裝置將其上的部分荷載傳給工程結(jié)構(gòu)，以確保腳手架使用的安全。
