脚手架在工程实践中涉及两套完全不同的"计算"体系:一是预算/造价人员要掌握的工程量计量规则(算钱),二是施工/技术人员要掌握的结构安全验算公式(保命)。无论是扣件式、碗扣式、盘扣式落地架,还是悬挑脚手架、满堂脚手架,其计算逻辑均有章可循。本文依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130‑2011、《施工脚手架通用规范》GB 55023‑2022 及《房屋建筑与装饰工程工程量计算规范》GB 50854‑2013,系统梳理各类脚手架的核心计算方法。

 

一、脚手架荷载分类与组合(所有类型通用)

无论何种脚手架,设计验算时荷载均分为两类:

  • 永久荷载(恒载 G):立杆、水平杆、剪刀撑、扣件自重(查规范附表 gk₁),脚手板、栏杆、挡脚板、安全网自重(gk₂、gk₃)。

  • 可变荷载(活载 Q):作业层施工荷载(结构施工取 3.0 kN/m²,装修取 2.0 kN/m²),风荷载 wk。

荷载效应基本组合(按极限状态法):

  • 不组合风荷载时:N = 1.2(NG1k + NG2k) + 1.4∑NQk

  • 组合风荷载时:N = 1.2(NG1k + NG2k) + 0.85×1.4∑NQk

其中 NG1k 为脚手架结构自重产生的轴力(按每米立杆自重标准值 × 搭设高度查表),NG2k 为构配件自重轴力,∑NQk 为施工荷载产生的轴力总和(按一纵距内作业层荷载的 1/2 分配给内、外立杆)。

风荷载标准值: wk = βz·μs·μz·w₀(βz 取 1.0,μs 为风荷载体型系数取 1.3φ,μz 按高度查《建筑结构荷载规范》,w₀ 为基本风压)。由风荷载产生的立杆段弯矩设计值 Mw = 0.9×1.4×(wk·la·h²/10)。


二、落地式双排(扣件式/碗扣式/盘扣式)脚手架安全验算

落地架需验算以下四项,碗扣式、盘扣式参照同等原理,稳定系数 φ 按各自规范附录查取。

(一)纵向、横向水平杆强度与挠度

  • 横向水平杆按简支梁计算,承受脚手板传来均布荷载 q,跨度为立杆横距 lb。

    • 抗弯:σ = Mmax / W ≤ f(f = 205 N/mm²,φ48×3.0 钢管 W = 4.49 cm³)

    • Mmax = q·lb² / 8(简支梁跨中最大弯矩)

    • 挠度:ν = 5qk·lb⁴ / (384EI) ≤ lb / 150 且 ≤ 10 mm

  • 纵向水平杆按三跨连续梁计算,承受横向水平杆传来的集中力 F(F = q·lb/2 + 小横杆端头弯矩影响),跨度为纵距 la。

(二)扣件抗滑承载力验算

纵向或横向水平杆传给立杆的竖向力设计值 R ≤ Rc。直角扣件抗滑承载力设计值 Rc = 8.0 kN(双扣件可取 12 kN,需注明)。

 

(三)立杆稳定性验算(最核心)

立杆计算长度 l₀ = k·μ·h

  • k——附加系数,取 1.155

  • μ——计算长度系数,双排架取 1.500(h 为步距)

  • 长细比 λ = l₀ / i(i 为钢管回转半径,φ48×3.0 取 15.9 mm)

  • 查稳定系数 φ(按 λ 查 JGJ 130附录 A)

不组合风荷载:

$\frac{N}{\varphi A} \le f$$

组合风荷载:

φAN+WMwf

式中 A 为立杆毛截面积(φ48×3.0 取 424 mm²),W 为截面模量。

(四)地基承载力验算

pk=AbNkfg=kcfak
  • Nk——上部结构传至立杆底面的轴向力标准值

  • Ab——立杆底座垫板底面积(宜 ≥ 0.25 m²,即 500×500 mm)

  • fak——地基承载力特征值(勘察报告提供)

  • kc——调整系数:碎石土/砂土/回填土取 0.4,黏土取 0.5,混凝土/岩取 1.0

(五)允许搭设高度 Hs 验算

Hs=1.2gkφAf−1.2NG2k−实际步距数对应高度,并需满足Hs≤[H]

若 Hs 大于实际搭设高度则满足要求。


三、悬挑脚手架(型钢悬挑)专项计算

悬挑脚手架除架体本身按落地架验算立杆稳定性外,还需对悬挑支承结构进行三项验算:

(一)型钢悬挑梁强度与整体稳定性

按简支或悬臂梁计算(视锚固方式),型钢上翼缘承受立杆集中荷载 P(取内外立杆较大 N 值)。

  • 抗弯:σ = Mmax / γx·Wnx ≤ f(γx = 1.05)

  • 抗剪:τ = V·S / (I·tw) ≤ fv

  • 整体稳定:按受弯构件整体稳定系数 φb 验算

(二)锚固件(U 形钢筋拉环/螺栓)验算

锚固钢筋抗拉:Nt ≤ As·fy(As 为拉环钢筋截面积,fy 为钢筋抗拉强度设计值)。通常要求悬挑梁尾部设两道 U 形锚固螺栓,第一道距端部 ≥ 200 mm,第二道在距支座 200~300 mm 处,锚固长度 ≥ 30d 且入梁/板内锚固可靠。

(三)连墙件验算(同落地架,但更重要)

Nl=Nlw+No
  • Nlw = 1.4·wk·Aw(Aw 为每个连墙件覆盖迎风面积,一般取 2h×3la)

  • No——连墙件约束平面外变形产生的轴向力,双排架取 5 kN,单排取 2 kN

  • 扣件连接时 Nl ≤ Rc(8 kN/个直角扣件,不足需双扣件或焊接)

  • 连墙件长细比 λ = l₀/i ≤ 150,稳定验算 σ = Nl / (φ·A) ≤ 0.85f


四、满堂脚手架(模板支撑/装修满堂架)验算要点

满堂脚手架主要用于天棚装饰或模板支撑,重点验算:

  • 立杆稳定性:同落地架公式,但 μ 按满堂架查表(一般取 1.2~1.3,高度 >20 m 时调整),计算长度 l₀ = kμh(k 取 1.155 或按盘扣/碗扣规范)

  • 顶部可调托撑:伸出顶层水平杆长度 ≤ 650 mm(模板支撑 ≤ 300 mm),否则需按悬臂长度修正计算长度

  • 地基或楼面承载力:若搭设在楼板上,需验算楼板局部承压,不满足时下设垫板或回顶


五、工程量计量计算方法(预算用)

依据 GB 50854‑2013及各省市预算定额:

脚手架类型

计算规则

综合脚手架

建筑面积(m²)计算,多层累加,阳台并入所依附楼层,高度自设计室外地坪至檐口或女儿墙顶

外脚手架

外墙外边线总长(凸出 >240 mm 墙垛展开并入)×(设计室外地坪至檐口或女儿墙顶),不扣门窗洞口,单位 m²

里脚手架

内墙垂直投影面积(m²),不扣门窗洞口;净高 >3.6 m 时按双排里脚手架或满堂脚手架另算

满堂脚手架

室内净长 × 净宽(m²);基本层 3.6~5.2 m 算一层,每再增 1.2 m 加一层(不足 0.6m