281标高外挑35米檐沟模板支撑架计算书.docx
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281标高外挑35米檐沟模板支撑架计算书
3.5米悬挑檐沟模板支撑架计算书
本工程由九江市八里湖新区投资开发有限公司投资建设,江西同济建筑设计咨询有限公司设计,九江市建筑设计院地质勘察,九江市建设监理有限公司监理,浙江省东阳第三建筑工程有限公司组织施工;由张浙红担任项目经理,陆浩担任技术负责人。
九江市市民中心代建楼工程;工程建设地点:
九江市八里湖新区;属于框架结构;地上6层;地下2层;建筑高度:
36.1m;标准层层高:
4.2m;总建筑面积:
132024平方米;总工期:
366天。
本工程在相对标高28.1m处设置有外挑3.5m檐沟板,经过对多种制模方案的比较后确定采用6米工字钢承重悬挑方案,该方案受力明确,施工较简单,而且工字钢在下一工程中可重复利用,故施工成本较低。
在标高21.3楼层设置6m长16#工字钢,预埋直径20吊环,工字钢外挑3.0米,每根工字钢均有¢16钢丝绳吊拉,改变工字钢单纯悬臂受力变形过大不利状况。
工字钢顶部设置立杆部位焊25钢筋插入钢管内,再纵横向设置扫地杆,提高工字钢之间的整体刚度和稳定性。
操作层用安全网和毛竹片进行满铺封堵,外围用钢管栏杆围护,外设加密安全网密封,直至屋面施工完成。
高支撑架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等规范编制。
一、参数信息
1.模板支架参数
横向间距或排距(m):
1.10;纵距(m):
1.20;步距(m):
1.50;内排架距离墙长度为
0.70m。
立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):
0.10;模板支架搭设高度(m):
4.60;
采用的钢管(mm):
Φ48×3.0;板底支撑连接方式:
方木支撑;
立杆承重连接方式:
双扣件,考虑扣件的保养情况,扣件抗滑承载力系数:
0.75;
连墙件布置取两步两跨,竖向间距3.6m,水平间距2.4m,采用扣件连接;
连墙件连接方式为双扣件;
2.荷载参数
模板与木板自重(kN/m2):
0.500;混凝土与钢筋自重(kN/m3):
25.500;
施工均布荷载标准值(kN/m2):
1.000;施工均布荷载(kN/m2):
8.630;脚手架用途:
结构脚手架;
同时施工层数:
1层;
3.风荷载参数
本工程地处江西九江,基本风压0.35kN/m2;
风荷载高度变化系数μz,计算连墙件强度时取0.92,风荷载体型系数μs为1.236;
4.静荷载参数
每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):
0.1161;
脚手板自重标准值(kN/m2):
0.100;栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):
0.150;
安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):
0.005;脚手板铺设层数:
1层;
脚手板类别:
竹笆片脚手板;栏杆挡板类别:
竹笆片脚手板挡板;
5.水平悬挑支撑梁
悬挑水平钢梁采用16号工字钢,其中建筑物外悬挑段长度3m,建筑物内锚固段长度3m。
锚固压点压环钢筋直径(mm):
20.00;
楼板混凝土标号:
C25;
6.拉绳与支杆参数
钢丝绳安全系数为:
7.000;
钢丝绳与墙距离为(m):
4.800;
悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结,最里面面钢丝绳距离建筑物2.9m。
7.材料参数
面板采用胶合面板,厚度为18mm;板底支撑采用方木;
面板弹性模量E(N/mm2):
9500;面板抗弯强度设计值(N/mm2):
13;
木方抗剪强度设计值(N/mm2):
1.400;木方的间隔距离(mm):
250.000;
木方弹性模量E(N/mm2):
9000.000;木方抗弯强度设计值(N/mm2):
13.000;
木方的截面宽度(mm):
50.00;木方的截面高度(mm):
100.00;
8.楼板参数
楼板的计算厚度(mm):
120.00;
图2楼板支撑架荷载计算单元
二、模板面板计算
模板面板为受弯构件,按三跨连续梁对面板进行验算其抗弯强度和刚度
模板面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=120×1.82/6=64.8cm3;
I=120×1.83/12=58.32cm4;
模板面板的按照三跨连续梁计算。
面板计算简图
1、荷载计算
(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m):
q1=25.5×0.12×1.2+0.5×1.2=4.272kN/m;
(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m):
q2=1×1.2=1.2kN/m;
2、强度计算
计算公式如下:
M=0.1ql2
其中:
q=1.2×4.272+1.4×1.2=6.806kN/m
最大弯矩M=0.1×6.806×2502=42540N·m;
面板最大应力计算值σ=M/W=42540/64800=0.656N/mm2;
面板的抗弯强度设计值[f]=13N/mm2;
面板的最大应力计算值为0.656N/mm2小于面板的抗弯强度设计值13N/mm2,满足要求!
3、挠度计算
挠度计算公式为
ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250
其中q=q1=4.272kN/m
面板最大挠度计算值ν=0.677×4.272×2504/(100×9500×58.32×104)=0.02mm;
面板最大允许挠度[ν]=250/250=1mm;
面板的最大挠度计算值0.02mm小于面板的最大允许挠度1mm,满足要求!
三、模板支撑方木的计算
方木按照三跨连续梁计算,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=b×h2/6=5×10×10/6=83.33cm3;
I=b×h3/12=5×10×10×10/12=416.67cm4;
方木楞计算简图
1.荷载的计算
(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m):
q1=25.5×0.25×0.12+0.5×0.25=0.89kN/m;
(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m):
q2=1×0.25=0.25kN/m;
2.强度验算
计算公式如下:
M=0.1ql2
均布荷载q=1.2×q1+1.4×q2=1.2×0.89+1.4×0.25=1.418kN/m;
最大弯矩M=0.1ql2=0.1×1.418×1.22=0.204kN·m;
方木最大应力计算值σ=M/W=0.204×106/83333.33=2.45N/mm2;
方木的抗弯强度设计值[f]=13.000N/mm2;
方木的最大应力计算值为2.45N/mm2小于方木的抗弯强度设计值13N/mm2,满足要求!
3.抗剪验算
截面抗剪强度必须满足:
τ=3V/2bhn<[τ]
其中最大剪力:
V=0.6×1.418×1.2=1.021kN;
方木受剪应力计算值τ=3×1.021×103/(2×50×100)=0.306N/mm2;
方木抗剪强度设计值[τ]=1.4N/mm2;
方木的受剪应力计算值0.306N/mm2小于方木的抗剪强度设计值1.4N/mm2,满足要求!
4.挠度验算
计算公式如下:
ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250
均布荷载q=q1=0.89kN/m;
最大挠度计算值ν=0.677×0.89×11004/(100×9000×4166666.667)=0.235mm;
最大允许挠度[ν]=1200/250=4.8mm;
方木的最大挠度计算值0.235mm小于方木的最大允许挠度4.8mm,满足要求!
四、木方支撑钢管计算
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=1.56kN;
支撑钢管计算简图
支撑钢管计算弯矩图(kN·m)
支撑钢管计算变形图(mm)
支撑钢管计算剪力图(kN)
最大弯矩Mmax=0.761kN·m;
最大变形Vmax=2.82mm;
最大支座力Qmax=7.56kN;
最大应力σ=760531.409/4490=169.383N/mm2;
支撑钢管的抗压强度设计值[f]=205N/mm2;
支撑钢管的最大应力计算值169.383N/mm2小于支撑钢管的抗压强度设计值205N/mm2,满足要求!
支撑钢管的最大挠度为2.82mm小于1200/150与10mm,满足要求!
五、扣件抗滑移的计算
按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编,P96页,双扣件承载力设计值取16.00kN,按照扣件抗滑承载力系数0.75,该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.00kN。
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值R=7.56kN;
R<12.00kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
六、模板支架立杆荷载设计值(轴力)
作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。
1.静荷载标准值包括以下内容
(1)脚手架的自重(kN):
NG1=0.138×4.6=0.637kN;
钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。
(2)模板的自重(kN):
NG2=0.5×1.1×1.2=0.66kN;
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN):
NG3=25.5×0.12×1.1×1.2=4.039kN;
经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=5.336kN;
2.活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载
经计算得到,活荷载标准值NQ=(1+0.45)×1.1×1.2=1.914kN;
3.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算
N=1.2NG+1.4NQ=9.083kN;
七、立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式:
σ=N/(φA)≤[f]
其中N----立杆的轴心压力设计值(kN):
N=9.083kN;
φ----轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到;
i----计算立杆的截面回转半径(cm):
i=1.59cm;
A----立杆净截面面积(cm2):
A=4.24cm2;
W----立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3):
W=4.49cm3;
σ--------钢管立杆最大应力计算值(N/mm2);
[f]----钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
L0----计算长度(m);
按下式计算:
l0=h+2a=1.5+0.1×2=1.7m;
a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.1m;
l0/i=1700/15.9=107;
由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.537;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=9082.608/(0.537×424)=39.891N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=39.891N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素,建议按下式计算
l0=k1k2(h+2a)=1.167×1.002×(1.5+0.1×2)=1.988m;
k1--计算长度附加系数按照表1取值1.167;
k2--计算长度附加系数,h+2a=1.7按照表2取值1.002;
Lo/i=1987.868/15.9=125;
由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.423;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=9082.608/(0.423×424)=50.641N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=50.641N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件,否则存在安全隐患。
八、连墙件的计算
连墙件的轴向力设计值应按照下式计算:
Nl=Nlw+N0
连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz=0.92,μs=1.236,ω0=0.35,
Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7×0.92×1.236×0.35=0.279kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=8.64m2;
按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN),N0=5.000kN;
风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN),按照下式计算:
Nlw=1.4×Wk×Aw=3.37kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=8.37kN;
连墙件承载力设计值按下式计算:
Nf=φ·A·[f]
其中φ--轴心受压立杆的稳定系数;
由长细比l/i=1800/15.9的结果查表得到φ=0.496,l为内排架距离墙的长度;
A=4.24cm2;[f]=205N/mm2;
连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.496×4.24×10-4×205×103=43.112kN;
Nl=8.37 连墙件采用双扣件与墙体连接。 由以上计算得到Nl=8.37小于双扣件的抗滑力12kN,满足要求! 连墙件扣件连接示意图 九、悬挑梁的受力计算 悬挑脚手架的水平钢梁按照带悬臂的连续梁计算。 悬臂部分受脚手架荷载N的作用,里端B为与楼板的锚固点,A为墙支点。 本方案中,脚手架排距为1100mm,内排脚手架距离墙体1800mm,支拉斜杆的支点距离墙体为2900mm, 水平支撑梁的截面惯性矩I=1130cm4,截面抵抗矩W=141cm3,截面积A=26.1cm2。 受脚手架集中荷载N=1.2×0.928+1.4×5.696=9.087kN; 水平钢梁自重荷载q=1.2×26.1×0.0001×78.5=0.246kN/m; 悬挑脚手架示意图 悬挑脚手架计算简图 经过连续梁的计算得到 悬挑脚手架支撑梁剪力图(kN) 悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN·m) 悬挑脚手架支撑梁变形图(mm) 各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为: R2=14.295kN; R3=5.776kN; R4=-0.421kN。 最大弯矩Mmax=5.547kN·m; 最大应力σ=M/1.05W+N/A=5.547×106/(1.05×141000)+10.423×103/2610=41.46N/mm2; 水平支撑梁的最大应力计算值41.46N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求! 十、悬挑梁的整体稳定性计算 水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下 σ=M/φbWx≤[f] 其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数: 查表《钢结构设计规范》(GB50017-2003)得,φb=0.68 由于φb大于0.6,根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B,得到φb值为0.66。 经过计算得到最大应力σ=5.547×106/(0.66×141000)=60.034N/mm2; 水平钢梁的稳定性计算σ=60.034小于[f]=215N/mm2,满足要求! 十一、拉绳的受力计算 水平钢梁的轴力RAH和拉钢绳的轴力RUi按照下面计算 RAH=ΣRUicosθi 其中RUicosθi为钢绳的拉力对水平杆产生的轴压力。 各支点的支撑力RCi=RUisinθi 按照以上公式计算得到由左至右各钢绳拉力分别为: RU1=16.701kN; 十一、拉绳的强度计算 钢丝拉绳(支杆)的内力计算 钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU均取最大值进行计算,为 RU=16.701kN 选择6×19钢丝绳,钢丝绳公称抗拉强度1700MPa,直径15.5mm。 [Fg]=aFg/K 其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力(kN); Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN),查表得Fg=152kN; α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数,对6×19、6×37、6×61钢丝绳分别取0.85、0.82和0.8。 α=0.85; K--钢丝绳使用安全系数。 K=7。 得到: [Fg]=18.457kN>Ru=16.701kN。 经计算,选此型号钢丝绳能够满足要求。 钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环强度计算 钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N,为 N=RU=16.701kN 钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为 σ=N/A≤[f] 其中[f]为拉环钢筋抗拉强度,按《混凝土结构设计规范》10.9.8每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2; 所需要的钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环最小直径D=(16701×4/(3.142×50×2))1/2=14.6mm; 实际拉环选用直径D=16mm的HPB235的钢筋制作即可。 十二、锚固段与楼板连接的计算 水平钢梁与楼板压点如果采用压环,拉环强度计算如下 水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=0.421kN; 压环钢筋的设计直径D=20mm; 水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为: σ=N/2A≤[f] 其中[f]为拉环钢筋抗拉强度,按照《混凝土结构设计规范》10.9.8每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2; A=πD2/4=3.142×202/4=314.159mm2 σ=N/2A=420.846/314.159×2=0.67N/mm2; 水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面,并要保证两侧30cm以上搭接长度。 设置吊环部位楼板需设置双层板筋。 拉环所受应力小于50N/mm2,满足要求! 八、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求[工程经验] 除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外,还要考虑以下内容 1.模板支架的构造要求 a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用单立杆或双立杆; b.立杆之间必须按步距满设双向水平杆,确保两方向足够的设计刚度; c.梁和楼板荷载相差较大时,可以采用不同的立杆间距,但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。 2.立杆步距的设计 a.当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时,可以采用等步距设置; b.当中部有加强层或支架很高,轴力沿高度分布变化较大,可采用下小上大的变步距设置,但变化不要过多; c.高支撑架步距以0.9--1.5m为宜,不宜超过1.5m。 3.整体性构造层的设计 a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时,需要设置整体性单或双水平加强层; b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑,且须与立杆连接,设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3; c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置,四周和中部每10--15m设竖向斜杆,使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层; d.在任何情况下,高支撑架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层。 4.剪刀撑的设计 a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑; b.中部可根据需要并依构架框格的大小,每隔10--15m设置。 5.顶部支撑点的设计 a.最好在立杆顶部设置支托板,其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm; b.顶部支撑点位于顶层横杆时,应靠近立杆,且不宜大于200mm; c.支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算,当设计荷载N≤12kN时,可用双扣件;大于12kN时应用顶托方式。 6.支撑架搭设的要求 a.严格按照设计尺寸搭设,立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置; b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求; c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的,每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m,钢管不能选用已经长期使用发生变形的; d.地基支座的设计要满足承载力的要求。 7.施工使用的要求 a.精心设计混凝土浇筑方案,确保模板支架施工过程中均衡受载,最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式; b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载,对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施,钢筋等材料不能在支架上方堆放; c.浇筑过程中,派人检查支架和支承情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。
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