脚手架承载能力计算器：原理与应用详解

脚手架承载能力计算器：原理与应用详解

脚手架承载能力计算器是建筑行业中常用的工具，用于确保脚手架结构的安全性和稳定性。本文将详细介绍管夹式脚手架的定义、脚手架夹的类型、各种耦合器的可用性及其工作原理、脚手架承载能力的计算方法、脚手架应考虑的荷载类型以及螺旋千斤顶的工作原理等。

管夹式脚手架概述

管夹式脚手架是一种常见的脚手架系统，由钢管或铝管和夹子组成（也称为耦合器或配件）将管子连接在一起。管式脚手架在建筑行业中很常见，需要廉价且可靠的临时结构来促进高效施工。

脚手架夹的类型

在脚手架中，耦合器是指用于连接两个脚手架构件的配件。连接器有不同的类型和选项：

• 直角夹具用于连接水平和垂直脚手架管
• 旋转夹具用于将支撑连接到结构
• 端对端夹具（例如套筒耦合器或接头销耦合器）可用于延伸脚手架的直线段
• 螺旋千斤顶（也称为可调节腿）可作为脚手架的起始底座，高度可调，确保即使在不平坦的表面也能实现水平脚手架

标准脚手架管具有48.3毫米（1.900英寸）外径，大多数夹具都是针对此标准尺寸设计的。

脚手架承载能力计算器中的耦合器

在脚手架承重计算器中，包含的连接取决于引用的设计标准以及该设计标准的规定中包含的内容。

BS EN 12811-1:2003标准

BS EN 12811-1:2003附录C给出了以下耦合器的电阻特征值：

• 直角耦合器
• 摩擦式套筒连接器
• 旋转耦合器
• 并联耦合器

这些耦合器分为A级和B级耦合器，每种耦合器根据其可承载的负载类型给出了特征强度。部分安全系数为1.5然后用于考虑负载作用变化和部分安全系数1.1用于电阻变化。例如，A类直角耦合器的特性滑差电阻为10.0千牛。然后我们可以确定工作负载限制10/(1.1*1.5)=6.1kN用于抗滑动力的A级直角耦合器。

AS/NZS 1576.2标准

AS/NZS 1576.2（耦合器及配件）为以下耦合器的最低测试标准提供指导：

• 直角耦合器
• 旋转耦合器
• 端到端耦合器（即摩擦式套筒连接器）
• 并联耦合器
• 普特罗格耦合器
• 普特洛格刀片
• 检查耦合器
• 可调腿/可调节底板/可调节旋转底板
• 法兰夹
• 普通枢轴脚轮
• 可调脚轮

为了得到工作负荷极限（WLL）通过标准所需的最小试验力应减少安全系数。AS/NZS 1576.2除可调节支腿外，未明确指定其他因素的安全性/底板的安全系数为2.5用于直角耦合器和旋转耦合器，以防止滑动，其中安全系数为2用来。我们考虑了安全因素2.0对于除底座之外的所有耦合器，底座通常给出与底座类似的工作负载限制BS EN 12811-1:2003。例如，直角耦合器的滑动试验力为12.5千牛。然后我们可以确定最小工作负载限制12.5/2=6.25kN用于抵抗滑动力的直角耦合器。

如果制造商的测试超出标准要求，他们可以为其产品实现更高的工作负载限制。为简单起见，我们仅参考标准的最低要求。当使用使用自定义连接的SkyCiv脚手架设计软件可以允许用户指定制造商为连接提供的特定工作负载限制。

各种耦合器的工作原理

直角耦合器

直角连接器以90度角连接脚手架管（由此得名）创造稳定的关节。直角连接器通常用于连接垂直和水平脚手架构件。

旋转耦合器

旋转耦合器类似于直角耦合器，但允许旋转而不是固定90度接头。这允许脚手架管在需要时独立旋转，并可用于连接脚手架结构内的支撑元件或非矩形布置。

端对端耦合器

端对端耦合器将两个脚手架构件沿直线连接在一起。这些可以放置在脚手架管的外部（摩擦式套筒连接器，外部套筒耦合器）或在脚手架管内部（膨胀节销耦合器）。这些连接允许在构件之间传递力矩并传递压缩力，但不提供张力阻力。如果需要张力传递，则应使用拼接布置。

膨胀接头销耦合器的工作原理是安装在脚手架内部，然后膨胀到与脚手架管内部齐平。

套筒耦合器位于脚手架管的外部，并拧紧以与脚手架管的外侧齐平。

并联耦合器

并联连接器用于通过并联连接脚手架管来在脚手架管之间创建搭接连接或搭接连接。这种类型的连接可用于传递脚手架构件之间的轴向力。

螺旋千斤顶

螺旋千斤顶具有螺纹，可调节底座，用于在脚手架结构的底座处支撑垂直脚手架构件。通过调节螺旋千斤顶，即使在不平坦的表面上，施工团队也可以搭建水平脚手架。然后，螺旋千斤顶通过将压缩力和剪切力传递到地基来支撑脚手架结构。

脚手架承载能力计算

标准脚手架管具有48.3毫米（1.900英寸）外径。由于制造的截面厚度和钢种只有几种，因此脚手架的负载能力只有几种不同的可能。由于在现场很难直观地识别脚手架管的截面厚度和等级，因此通常建议保守并在设计计算中使用现场可用的最薄和最低等级的截面。

当脚手架管仅承受拉力时，可按下式计算脚手架的承载能力：

N_T = A_T * F_y * φ

其中：

• A_T是脚手架管的面积
• F_y是脚手架管的屈服强度
• φ是强度折减安全系数

脚手架承载能力示例

为一个250MPa屈服强度48.3x3.2mm CHS根据澳大利亚标准的容量为：

N_T = A_T * F_y * φ
N_T = 453.4毫米^2 * 250兆帕 * 0.9 = 102.01千牛

脚手架承载能力表

其他拉力强度可从下面的脚手架承载能力表中获取。该值是根据相关设计标准的脚手架承载能力公式采用的。

受压构件的脚手架承载能力公式有所不同，因为该构件可能会因压力而弯曲。我们可以使用快速设计计算器和批量运行来计算压缩脚手架构件不同有效长度的脚手架承重能力。

我们还可以针对美国不同跨度使用的典型脚手架尺寸构建表格，以获得更多脚手架承载能力示例。

脚手架承载能力计算器的有效长度参数

圆形HSS截面或CHS截面不易受到横向扭转屈曲的影响（弯曲下屈曲），然而，它们可能会因压力而弯曲。的SkyCiv脚手架设计软件输入有效长度系数，用于屈曲计算。在使用脚手架软件的SkyCiv S3D集成的情况下，可以根据模型中的构件约束自动生成有效长度系数。

SkyCiv S3D计算器的集成版本可将所有符合条件的成员导入脚手架设计模块，并立即运行所有脚手架承载能力检查。集成可以根据模型中的杆件约束自动确定适当的有效长度系数。您可以找到有关使用集成的更多信息我们的SkyCiv S3D脚手架设计教程。

脚手架应考虑的荷载

从事脚手架系统工作的工程师应将其设计为能够承受各种类型的载荷，这些负载包括：

• 恒载通常来自脚手架系统本身的重量。
• 活荷载通常来自脚手架上使用的工人和设备。
• 风荷载取决于当地条件和标准。
• 积雪在适用的情况下并取决于当地条件和标准。
• 地震荷载在地震多发地区，根据当地条件和标准。

一旦合格的结构工程师确定了载荷，就可以将它们以弯曲的形式应用到计算器的设计载荷部分中，剪力，和轴向力。

脚手架螺旋千斤顶的工作原理

螺旋千斤顶可以抵抗通过脚手架传递的压缩力和剪切力，然后可以将力传递到地面。底板用于将压缩力分散到更大的承载面积上，底板通常放置在底座下方以获得额外的承载面积，从而提高承载能力。底座通常有锚固孔，可以安装在混凝土盲板或地基中，以帮助抵抗剪切力并防止脚手架底座滑动。

欧洲脚手架标准在附录B中对螺旋千斤顶的设计做出了规定。澳大利亚标准AS 1576.2部分4.3讨论钢制和铝制可调螺旋千斤顶的最小工作负载限制。

常见问题解答

• 支持什么单位制?
  公制和英制单位系统均可用。要更改单位系统，请单击输入面板左上角的齿轮。

• 考虑哪些材料特性?
  脚手架设计工具允许用户输入以下材料属性：

• 弹性模量

• 刚性模量

• 细长压缩极限

• 杆件屈服强度

• 会员的极限力量

• 支持哪些设计规范?
  脚手架设计软件支持按照以下标准进行脚手架设计：

• 学会360-16脚手架设计软件。

• AS/NZS 1576脚手架设计软件。

• BS EN 12811-1:2003脚手架设计软件。
  可以通过左侧输入面板顶部的标志图标访问这些选项，以更改设计标准。

• 使用什么分析来计算耦合器的电阻?
  脚手架设计模块包括基于构件的线性静态分析的耦合器能力评估。对于欧洲版本的设计，请检查EN附录C中给出的耦合器容量12811.1与所需的部分安全系数结合使用。对于澳大利亚版本的耦合器测试要求在AS中给出1576.2这些值用于确定配件的最小工作负载限制。

• 脚手架是否有底座千斤顶支撑?
  欧洲和澳大利亚版本的工具支持带有底座千斤顶的脚手架。美版工具目前不支持带有底座千斤顶的脚手架设计。