1.几何可变体系与几何不可变体系
作为一种平面杆件结构，脚手架是用来支承和传递荷载的，因此，它应能在荷载的作用下保持其自身的几何形状和空间位置相对稳定，习惯上，我们把在不考虑材料应变的假定下，能保持其几何形状和空间位置不变的体系称为几何不变体系。
反之，即使不考虑材料的应变，在荷载的作用下，其几何形状和空间位置仍随之发生改变的体系称为几何可变体系。
例如，脚手架的剪刀撑体系，其作用便是把几何可变体系的平行四边形转化为几何不变体系的三角形。
2.杆件变形
(1)拉伸和压缩
杆件沿轴线方向受到两个大小相等、方向相反的外力作用时，其将受到轴向拉伸或轴向压缩。
当外力背离杆件方向时，杆件受拉伸而变长，称为轴向拉伸；当外力指向杆件方向时，则使杆件产生缩短变形，称为轴向压缩。构件本身阻止这些变形发生时，会产生一种对抗力，称为内力，单位面积上的内力称为应力。
脚手架体系中，很多杆件是受轴向拉伸或轴向压缩的，如立杆、连墙件等，工程上对只承受轴向拉伸或压缩的杆件称作拉压杆。
(2)剪切
当作用在杆上的两个大小相等、方向相反的横向力相距很近时，将引起杆件产生剪切变形。剪切变形的特点是:两力作用线间的截面发生相对错动。
(3)扭转
在一对大小相等、转向相反、作用面与杆轴垂直的力偶作用下，杆件的任意两横截面发生相对转动。
(4)弯曲
脚手架体系中的纵、横向水平杆等主要杆件是以弯曲变形为主的构件。它们有一个共同的特点，即外力垂直或斜倾于杆件轴线，在这种外力的作用下，杆件的轴线将由直线变成曲线，这种变形即为"弯曲变形"。
(5)压杆稳定
工程实践中，施工现场常常会发生一些脚手架坍塌事故，究其原因，往往都是由于立杆失稳引起的，即当架体受到较大压力时，立杆突然转弯，使之失去了原来直线形式的平衡状态，并丧失继续承载能力。习惯上，我们称这种变化为稳定性失效，即失稳。
为了研究细长压杆的失稳过程，取一根4m长的脚手架钢管，在钢管端部施加一个逐渐增大的轴向压力P，如图2-17(a)所示。
当压力P不很大时，钢管保持直线平衡状态。
这时，如果给钢管另行增加一个横向干扰力Q，钢管便发生微小的弯曲变形，而当去掉干扰力Q后，钢管经过若干次摆动，仍恢复为原来的直线形状，如图2-17(b)所示，钢管原来的直线形状的平衡状态称为稳定平衡。
当压力P超过某一数值时，钢管在横向力Q的干扰下发生弯曲，而当除去干扰力Q后，钢管再也无法恢复到原来的直线形状，在弯曲状态下保持新的平衡，如图2-17(c)所示，此时钢管原来的直线形状的平衡状态称为不稳定平衡。
随着压力P的逐渐增大，钢管就会从稳定平衡状态过渡到不稳定平衡状态。钢管处于由稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态时，作用于钢管上的压力称为临界力，以Pcr表示。
对于脚手架钢管，P<Pcr时处于稳定平衡，P≥Pcr时处于不稳定平衡。
图2-17 细长压杆的失稳过程示意图
研究发现，杆件失稳后，压力的微小增加都将会引起弯曲变形的显著增大，杆件已丧失了承载能力，并因此导致整个杆件的损坏。但压杆失稳时，应力往往不一定很大，有时甚至很小。可见这种形式的失效，并非强度不足，而是稳定性不够。
3.各杆件受力分析
脚手架是由各受力杆件组成的结构单元，由横向水平杆、纵向水平杆和立杆等组成承载框架，剪刀撑和连墙件主要是用来保证脚手架的整体刚度和稳定性的，以增加抵抗垂直和水平力的能力。
(1)荷载的传递路径
①当采用木、竹串片等脚手板时，脚手板铺设在架体的横向水平杆上，其荷载的传递路径为:脚手板→横向水平杆→纵向水平杆→立杆→地基基础。
②当采用竹笆等脚手板时，脚手板铺设在架体的纵向水平杆上，其荷载的传递路径为:脚手板→纵向水平杆→横向水平杆→立杆→地基基础。
(2)各杆件受力分析
①垫板与底座:主要承受压力的作用，将立杆传递的点荷载转换为面荷载，以增加受力面积，提高基础抵抗力。
②立杆:是脚手架体系中的主要受压、受弯杆件，架体上的所有竖向荷载均通过立杆传递至地基基础。
③扫地杆:扫地杆的主要作用是限制脚手架立杆在受偏心力矩的作用下底部发生位移，同时减少由于基础不均匀沉降而造成脚手架倾斜，主要承受拉力和压力。
④纵向水平杆:是脚手架体系中的主要受弯、受拉杆件，一是承受作业层传来的荷载，二是约束立杆的长细比，以增强架体的整体稳定性。计算时，一般按三跨连续梁进行计算。
⑤横向水平杆:是脚手架体系中的主要受弯杆件，一是承受作业层传来的荷载，二是约束立杆的长细比，以增强架体的整体稳定性。计算时，一般按简支梁进行计算。
⑥剪刀撑:是限制脚手架框架变形的主要构件，主要承受拉力和压力，通过旋转扣件的抗滑力传递力的作用。
⑦连墙件:是将脚手架承受的风荷载和其他水平荷载有效传递到建筑结构上的主要构件，并且能够有效限制脚手架竖向变形。在承受拉力、压力的同时又要承受拉结点自身产生的扭力。
⑧防护栏杆:是脚手架体系中受弯、受拉杆件，设置在外立杆内侧，通过与立杆连接的扣件将架体所承受的水平力传到脚手架立杆上。
4.结构受力特点
与一般钢结构相比，扣件式钢管脚手架的受力状态有如下特点:
(1)所受荷载变异性较大，例如施工荷载的量值及其分布情况变化较大。
(2)脚手架及其构配件存在较大的初始缺陷，如钢管的初始弯曲、锈蚀，脚手架的搭设尺寸偏差等，一般都大于普通钢结构。
(3)节点刚性存在较大差异，由于扣件连接既不属于铰接，又不属于刚接，而是属于半刚性连接；节点刚性(节点的抗转动能力)大小与扣件质量和拧紧程度密切相关且不易控制，无法准确检测与测量。
(4)连墙件对脚手架的约束存在较大差异。
5.两种极限状态
脚手架的结构应能同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。
(1)承载能力极限状态
承载能力极限状态是指结构构件达到了最大承载能力或产生了使结构构件不能继续承载的过大变形，从而丧失了继续承载的状态。如脚手架的纵横向水平杆因抗弯强度不够而发生断裂、连接扣件因连接强度不足而引起破坏，立杆因稳定承载能力不够而引起架体整体或局部压屈失稳等，都属于超过承载能力极限状态的破坏形式。
(2)正常使用极限状态
正常使用极限状态是指结构构件达到了正常使用或耐久性的某项规定限值。如脚手架纵横向水平杆的弯曲挠度过大或立杆的长细比过大等，虽不能引起架体或其构件的破坏，但却使脚手架无法正常使用，这些都属于超过正常使用极限状态的形式。
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