碗扣式脚手架结构设计计算.docx
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碗扣式脚手架结构设计计算
碗扣式脚手架结构设计计算
1基本设计规定:
1.1本规范的结构设计依据《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84、《建筑结构荷载规范》GB5009-2001和《钢结构设计规范》GB50017-2003及《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002等国家标准的规定。
采用概率理论为基础的极限状态设计法,以分项系数的设计表达式进行设计。
1.2脚手架的结构设计应保证整体结构形成几何不变体系,以“结构计算简图”为依据进行结构计算。
脚手架立、横、斜杆组成的节点视为“铰接”。
1.3脚手架立、横杆构成网格体系几何不变条件应保证(满足)网格的每层有一根斜杆(图1.3)。
图1.3网络结构几何不变条件
1.4模板支撑架(满堂架)几何不变条件应保证(是)沿立杆轴线(包括平面x、y两个方向)的每行每列网格结构竖向每层有一根斜杆(图1.4),也可采用侧面增加链杆与结构柱、墙相连(图1.4-1所示)或采用格构柱法(图1.4-2)。
图1.4满堂架几何不变体系
图1.4-1侧面增加支撑链杆法图1.4-2格构柱法
1.5双排脚手架沿纵轴x方向形成两片网格结构的几何不变条件可采用每层设一根斜杆(图1.5),在y轴方向应与连墙件支撑作用共同分析:
1当两立杆间无斜杆时(图1.5a),立杆的计算长度l0等于拉墙件间垂直距离;
2当两立杆间增设斜杆(图1.5b)则其立杆计算长度l0等于立杆节点间的距离。
3无拉墙件立杆应在拉墙件标高处增设水平斜杆,使内外大横杆间形成水平桁架(图1.5A-A剖面)。
图1.5双排外脚手架结构计算简图
1.6双排脚手架无风荷载时,立杆一般按承受垂直荷载计算,当有风荷载时按压弯构件计算。
1.7当横杆承受非节点荷载时,应进行抗弯强度计算,当风荷载较大时应验算连接斜杆两端扣件的承载力;
1.8所有杆件长细比λ=l0/i不得大于250。
1.9当杆件变形有控制要求时,应按照正常使用极限状态验算其变形。
1.10脚手架不挂密目网时,可不进行风荷载计算;当脚手架采用密目安全网或其他方法封闭时,则应按挡风面积进行计算。
2施工设计
2.1施工设计应包括以下内容:
1工程概况:
说明所服务对象的主要情况,外脚手架应说明所建主体结构高度,平面形状及尺寸;模板支撑架应按平面图说明标准楼层的梁板结构。
2架体结构设计和计算:
第一步:
制定方案;
第二步:
荷载计算;
第三步:
最不利位置立杆、横杆、斜杆强度验算,连墙件及基础强度验算;
第四步:
绘制架体结构计算图(平、立、剖)。
3确定各个部位斜杆的连接措施及要求,模板支撑架应绘制顶端节点构造图;
4说明结构施工流水步骤,编制构配件用料表及供应计划;
5架体搭设,使用和拆除方法;
6保证质量安全的技术措施。
2.2架体的构造设计尚应符合本规范第六章的有关规定。
3双排脚手架的结构计算
3.1无风荷载时,单肢立杆承载力计算
1立杆轴向力按下式计算:
N=1.2(NG1+NG2)+1.4ΣNQi (3.1-1)
式中:
NG1——脚手架结构自重标准值产生的轴向力(KN/m2);
NG2——脚手板及构配件自重标准值产生的轴向力(KN/m2);
ΣNQi——施工荷载产生的轴向力总和,分双排脚手架与模板支撑架两种情况(KN/m2)。
2单肢立杆稳定性按下式计算:
N≤φAf (3.1—2)
式中:
A——立杆横截面积;
φ——轴心受压杆件稳定系数,按细长比查本规范附录C;
f——钢材强度设计值,查本规范附录B表B2。
3.2组合风荷载时单肢立杆承载力计算:
1风荷载对立杆产生弯矩按下式计算:
Mw=1.4al02WK/10 (3.2-1)
式中:
Mw——单肢立杆弯矩(KN·m);
a——立杆纵矩(m);
Wk——风荷载标准值(KN/m2);
l0——立杆计算长度(m);
2单肢立杆轴向力按下式计算:
Nw=1.2(NG1+NG2)+0.9×1.4ΣNQI (3.2-2)
3立杆压弯强度按下式计算:
Nw/ΦA+0.9βMw/[γW(1-0.8Nw/NE)]≤f (3.2-3)
式中:
β——有效弯矩系数,采用1.0;
γ——截面塑性发展系数,钢管截面为1.15;
W——立杆截面模量;
NE——欧拉临界力,NE=π2EA/λ2(E为材料弹性模量,λ为压杆长细比)。
3.3连墙件计算
1在风荷载作用下连墙件的轴向力应按下式计算:
Nc=1.4WK·L1·H1 (3.3-1)
式中:
Nc——风荷载作用下连墙件轴向力设计值(KN);
L1、H1——连墙件竖向及水平间距(m)。
2连墙件强度及稳定应按下式计算:
Nc+No≤Φ·Ac·f (3.3-2)
式中:
No——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力,取3KN;
Ac——连墙件的毛截面积(mm2);
3当采用钢管扣件连接时应验算其抗滑承载力。
4双排外脚手架的搭设高度
4.1双排外脚手架的搭设高度主要受以下因素影响:
1最不利立杆的单肢承载力(应为立杆最下段);
2施工荷载及层数及脚手板铺设层数;
3立杆的纵向和横向间距及横杆的步距;
4拉墙件间距;
5风荷载等的影响。
4.2最不利立杆的单肢承载力的计算,应根据1.5条的两种情况确定最不利单肢立杆的计算长度;确定单肢立杆承载能力:
N≤φAf。
4.3计算立杆的轴向力,根据施工条件确定荷载等级和层数以及脚手板的层数,计算立杆的轴向力(图4.3)。
图4.3搭设高度计算图
1脚手板荷载对立杆产生的轴向力:
层数m;脚手板自重载荷G2。
NG2=mG2×ab/2 (4.3-1)
2施工荷载:
层数n;施工荷载Q3。
.
NQ1=nQ3×ab/2 (4.3-2)
4.4计算每步脚手架自重
NG1=ht1+0.5t2+t3+t4 (4.4)
式中:
h——步距(m);
t1——立杆每米重量(KN);
t2——廊道横杆单件重量(KN);
t3——纵向横杆单件重量(KN);
t4——内外立杆间斜杆或十字撑重量(KN)。
4.5搭设高度计算
不组合风荷载时按下式计算:
H=[Ns-(1.2NQ2K+1.4NQK)]h/1.2NQ1 (4.5)
式中:
Ns——单肢立杆承载力,按(3.1—2)式计算。
组合风荷载时的H值应按(3.2—3)立杆压弯公式验算。
5 地基承载力计算
1立杆最小底面积的计算
Ag=N/fg
(1)
式中:
Ag——支撑单肢立杆底座面积(m2);
fg——地基承载力设计值(Kpa)按地勘报告选用,当地基为回填土时乘以地基承载系数
2当地基为岩石或混凝土时,可不进行计算,但应保证立杆底座与基底均匀传递荷载。
3当地基为回填土时,必须分层夯实,并应考虑雨水渗透的影响。
地基承载系数:
对碎石土、砂土、回填土应取0.4;对粘土应取0.5。
4当脚手架搭设在结构的楼板、挑台上时,立杆底座应铺设垫板,并应对楼板或挑台等的承载力进行验算。
6 模板支撑架计算
6.1单肢立杆承载力的计算
1单肢立杆轴向力计算公式
N=[1.2Q1+1.4(Q3+Q4)]·Lx·Ly+1.2Q2V (6.1—1)
式中:
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距(m);
V——Lx、Ly段的混凝土体积(m3)。
2单肢立杆承载力计算公式同(3.1—2)。
6.2横杆承载力及挠度计算
1当横杆支撑梁时(图6.2),横杆弯矩按下式计算:
应对横杆进行抗弯强度计算,可将作用在横杆上的均布荷载转化为两集中荷载P。
横杆弯矩按下式计算:
M=Pc·C (6.2-1)
式中:
M——横杆弯矩(KN·m);
Pc---梁砼重量及模板重量的1/2;
C----梁边至立杆之间距离。
2横杆抗弯强度按下式计算:
M/W≤f (6.2-2)
式中:
W---钢管的截面模量。
图6.2横杆弯矩计算简图
3横杆的挠度应符合下式规定:
式中:
υmax——横杆的最大挠度;
[υ]——容许挠度,应按设计要求确定。
6.3碗扣节点承载力按下式验算:
Pc≤Qb (6.3)
式中:
Qb ——下碗扣抗剪强度设计值,取60KN。
6.4当模板支撑架高度大于8米并有风荷载作用时,应对斜杆内力进行计算,并验算连接扣件的抗滑能力(图6.4)。
图6.4斜杆内力计算简图
1当对架体内力计算时将风荷载化解为每一结点的集中荷载W;
2W在立杆及斜杆中产生的内力WV、Ws按下式计算:
3自上而下叠加斜杆最大内力为Σn1Ws,验算斜杆两端连接扣件抗滑强度:
(6.4-3)
式中:
QC ——扣件抗滑强度,取8KN。
4当下部无密目安全网时,只需计算顶端模板的风荷载。
6.5高度大于8米的模板支撑架并有风荷载作用时,应验算迎风立杆所产生的拉力,不得超过立杆轴向力荷载,即P—ΣWV≥0,否则应采取措施保证架体整体稳定。
相应风荷载在另一侧立杆中产生的压力,应叠加到立杆轴向力中并验算其强度。
6.6当采用缆风绳维持架体整体稳定时,缆风绳的初始拉力在立杆中的数值应叠加到立杆轴力中;缆风绳的拉设与拆除应对称,否则应计算其偏心作用。
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