任务1.2 脚手架设计计算
1.2.1 荷载分析
脚手架上的荷载可分为两类：永久荷载与可变荷载。永久荷载是在结构使用期间不随时间的变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。脚手架的永久荷载可由结构自重与构配件自重两部分组成。由于脚手架的种类繁多且构造不同，其自重与配件自重十分复杂，要根据具体结构形式进行计算。
1.扣件式钢管脚手架的自重
在脚手架各项的计算中，主要需要计算自重的两个指标，即脚手架立面单位轮廓面积上的主框架的自重和每米立杆承受的结构自重。
2.扣件式钢管脚手架构配件自重
构配件由三部分组成，即施工层和构造层的脚手板自重，施工层的栏杆和挡脚板的自重，安全网的自重。
3.施工荷载
施工作业层的荷载要根据脚手架的使用功能确定。一般常用脚手架，装饰工程施工荷载为 2kN/m2，结构工程施工荷载为 3kN/m2。对于特种要求的脚手架，要根据具体受荷情况进行计算。
4.风荷
作用于脚手架上的水平风荷标准值计算公式为：
式中 ωk——风荷标准荷载，kN/m2；
μz——风压高度变化系数；
μs——脚手架风荷载体型系数；
0.7——修正系数。
荷载规范中ω0是根据 50 年重现期确定的。而脚手架使用期较短，遇到强劲风的概率相对要小得多。应该指出，脚手架上风荷载的作用比较复杂，目前的研究还很不够，尚待积累经验和科学试验，使确定的风荷载体型系数满足各种情况的需要。
5.荷载组合
对于多立杆脚手架，特别是扣件式钢管脚手架，根据规范要求，不同部件不同项目的计算荷载组合不同，见表1.1。
表1.1 荷载组合
1.2.2 设计计算的基本原理
1.2.2.1 脚手架工程的主要特点
（1）受力状态不明显。
（2）脚手架所承受荷载的变异性较大。
（3）脚手架使用材料:管件、扣件、脚手板、安全网等，由于是临时性工程，材料的重复使用，造成各部件的弯形，使之荷载偏心较大，与设计计算时的荷载及计算简图产生差异。
（4）连接件与墙体的连接点，由于施工方法不同，连接点的嵌固程度不同，直接影响脚手架节点的约束性，使其变异较大不符合设计要求。
1.2.2.2 基本设计规定
（1）脚手架的承载能力应按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计，可只进行下列设计计算:
1）纵向、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗滑承载力计算。
2）立杆的稳定性计算。
3）连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算。
4）立杆地基承载力计算。
（2）计算构件的强度、稳定性和连接强度时，应采用荷载效应基本组合的设计值，永久荷载分项系数应取1.2，可变荷载分项系数应取1.4。
（3）脚手架中的受弯构件，尚应根据正常使用极限状态的要求验算变形，验算构件变形时，应采用荷载短期效应组合的设计值。
（4）当纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距不大于55mm时，立杆稳定性计算中可不考虑此偏心距的影响。
1.2.3 脚手架设计计算内容
（1）脚手架各部件的计算内容主要有:
1）立杆、纵向及横向水平杆的强度和稳定性分析。
2）立杆地基承载力的计算。
3）连墙件的抗滑计算与连接点的受力分析。值得提出的是，按规范进行脚手架设计计算时，必须以满足规范构造要求为前提。在实际工程施工中，如果不按规范的构造要求搭设脚手架，那么按此规范计算的结果是不准确的。计算构件强度、稳定性与连接强度时，应采用荷载效应基本组合的设计值。永久荷载分项系数应采取1.2，可变荷载分项系数应取1.4。脚手架中的受弯构件，应根据正常使用极限状态的要求验算变形。验算构件变形时，荷载取标准值。
（2）作用于脚手架上的荷载，按作用性质可分为恒荷与活荷；按受力方向可分为竖向荷载与水平荷载（风荷）。
受力传递路线:
坚向荷载（恒荷载+活荷载）+水平荷载（风荷）→大小水平杆、脚手板、斜撑→ 立杆（竖向力→ 基础，水平力→主体）。
由上面的荷载传递路线可知:作用于脚手架上的全部竖向荷载和水平荷载最终都是通过立杆传递的；由竖向和水平荷载产生的竖向力由立杆传给基础；水平力则由立杆通过连墙件传给施工中的主体结构。