北京市通州荷塘月色住宅小区工程脚手架设计.docx
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北京市通州荷塘月色住宅小区工程脚手架设计
北京市通州月色住宅小区工程脚手架设计
目录
●第一章设计说明…………………………………………………2
●第二章工程概况…………………………………………………2
●第三章脚手架工程设计及搭设参数……………………………2
●第四章脚手架的负载计算及设计………………………………5
●第五章扣件式脚手架安全技术搭设安全技术措施要求………13
●第六章注意事项…………………………………………………21
1.设计说明
1.1设计依据
目的:
《建筑安全概论》课程设计是安全工程专业工业安全与应急管理方向的主要实践教学(技术应用与综合技能)内容之一,它是在《建筑安全概论》课程学习结束之后的综合实践教学环节。
通过2周的课程设计,使学生比较全面系统地掌握建筑施工安全技术的措施、方法和有关技能,提高学生分析并解决建筑施工安全生产中的实际问题的能力。
依据:
[1]《建筑施工安全检查评分标准》
[2]《简明施工计算手册》
[3]《建筑施工脚手架实用手册》
[4]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》;
[5]其他有关书籍。
1.2现场情况
施工现场场地平整,修筑一条临时运输通道,进入工地现场交通十分方便。
施工现场场地较宽,施工机械,设备,劳动力已全部落实。
本市气温在-5℃至39℃之间,为典型的亚温带气候,四季分明,冬雨季时间为本年的11月至第二年4月;主导为西北风;风力一般6级以下。
2.工程概况
北京市通州荷塘月色住宅小区工程由两栋15层高楼和中间连接起来的1层楼的裙房组成,主楼地上15层,地下2层;建筑耐火等级一级;抗震设防烈度6度;屋面防水等级二级,采用高分子防水卷材,防水层耐用年限15年;地下室防水等级为一级,其做法为:
地下室钢筋混凝土底板下100mm厚素混凝土垫层上刷三度2mm厚高分子防水涂料,30mm厚海泡石保温砂浆,地下室外墙外侧防水采用三度2mm厚高分子防水涂料,贴2×2麻布片,外粉20厚1∶2水泥砂浆,分层抹平。
3脚手架工程设计及搭设参数
3.1搭设材料
3.1.1钢管
钢管规格及材质要求:
钢管均采用48×3.5mm高频焊接钢管。
其材质应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T-700)中Q235-A级钢的规定。
外观检查:
钢管外观应平直光滑,没有裂缝、折痕、结疤、分层、严重锈蚀(内、外壁)和硬弯曲等现象。
钢管必须涂有防锈漆。
管壁上严禁打孔
3.1.2扣件
材质:
采用可锻铸铁制作的扣件,其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》(GB15831)的规定。
外观检查:
扣件使用前应进行质量检查,有裂纹、缺爪、螺栓断丝或滑丝的严禁使用。
3.1.3 脚手板
均采用50mm厚、宽度不少于200mm的松木,其材质应符合现行国家标准《木
结构设计规范》(GBJ5)中Ⅱ级材质的规定,不得使用腐朽的脚手板。
3.1.4安全网
平网:
平网材质、网绳直径、网眼尺寸、断裂强度应符合现行标准《安全网》(GB5725-1997)的规定。
密目安全立网:
密目安全立网的网目密度不低于800目/100cm2,其技术要求应符合《密目式安全立网》(GB16909-1997)的规定
阻燃:
安全网必须具有阻燃性,其续燃、阴燃时间均不超过4s。
3.2扣件式脚手架设计
本工程主楼七层以下采用全封闭双排外落地脚手架,八层以上采用全封闭悬挑双排外脚手架,计划在九层楼面设工字钢悬挑并钢丝绳斜拉结构。
配套用房采用全封闭双排外落地脚手架。
其基本连接如下图。
脚手架钢管选用φ48×3.5;外挑工字钢采用I18,长度约为3.00m;固定工字钢在楼面上用1φ12和1φ16的圆钢,距外墙边0.20m设置1φ12的钢筋套环,距外墙边1.30m设置1φ16的钢筋套环。
立杆纵向间距为1.80m,内立杆距外墙0.35m,外立杆距外墙面为1.40m,大横杆间距为1.50m,小横杆长度为1.50m。
脚手架与建筑物的连墙拉结在两步三跨内采用拉撑结合的方式(拉筋用1φ10的钢筋,顶撑用φ48×3.5 钢管),或者采用φ48×3.5 钢管固定在内立杆上。
悬挑架高9×3m=27m。
3.3.搭设顺序
3.1.整体构造
摆放横向扫地杆→树立杆与横向扫地杆扣紧→安纵向扫地杆与立杆或横向扫地杆扣紧→安第一步纵向水平杆与立杆扣紧→安第一步横向水平杆→安第二步纵向水平杆→安第二步横向水平杆→加设临时斜撑杆,上端与第二步纵向水平杆扣紧→安第三步纵向水平杆和横向水平杆→连墙件→接长立杆→加设剪刀撑→铺竹串片脚手板→安防护栏杆和踢脚杆。
4.脚手架的负载计算及设计
4.1. 悬挑架荷载的取值及水平悬挑梁设计
4.1.1. 悬挑架荷载的取值与组合(主楼八层至十五层)
(1)计算基数:
计算高度H=27m,步距:
h=1.5m,立杆纵距:
la=1.8m,立杆横距:
lb=1.05m,外立杆至墙距:
ld=1.40m,内立杆至墙距:
l=0.35m,内立杆至墙距:
lc=0.35m。
钢管自重:
G1=37.70N/m;栏杆、挡脚板自重:
G2=160.00N/m;安全立网自重:
G3=3.40N/m2;安全平网自重:
G4=4.87KN/m2,装饰施工活荷载:
qk=2000.00N/m2;木脚手板自重:
G5=350.00N/m2。
(2) 脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件):
(附悬挑扣件式钢管脚手架剖面图)
查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》附表A-1得:
架体每米高度一个立杆纵距的自重 gk1=155.20N/m。
NG1K =H×gk1=(27×155.20)N=419N
(3) 构配件自重
1)外立杆
①木脚手板(按三层考虑)
NG2K-1 =3×la×lb×0.35×103/2=3×1.05×1.8×0.35×103/2 = 992.25N
②防护栏杆、挡脚板(按三层考虑)
NG2K-2 =3×la×G2=3×1.8×160 =864.00N
③安全网(平网按三层考虑)
NG2K-3 =H×la×G3 + 3×la×lb×G4/2=27×1.8×3.40 + 3×1.8×1.05×4.87/2=179.05N
④纵向横杆(搁置脚手板用,按三层考虑)
NG2K-4=3×lb×G1×103/2=(3×1.05×37.70/2)N=59.37N
⑤合计
NG2K=992.25+864.00+179.05+59.37=2094.85N
2)内立杆
①木脚手板(按三层考虑)
NG2K-1 =3×la×lb×0.35×103/2+3×la×lc×0.35×103
=(3×1.05×1.8×350.00/2+3×1.8×0.35×350.00)N=1653.75N
②纵向横杆(搁置脚手板用,按三层考虑)
NG2K-2 =(3×lb×G1/2+3×lc×G1)×103=(3×1.05×37.7/2+3×0.35×37.7)N =98.97N
③合计
NG2K =1653.75+98.97=1752.72N
(4) 施工均布活荷载(按装饰阶段两层同时施工考虑)
1)外立杆 NQK 外 =2×la×lb×qk/2 =2×1.80×1.05×2000/2=3780.00N
2)内立杆 NQK 内 =2×la×lb×qk/2 + 2×la×lc×qk
=2×1.80×1.05×2000/2+2×1.8×0.35×2000 =6300.00N
5) 垂直荷载组合(不考虑风荷载)
(附水平均布载荷受力图)
1)外立杆
N1=1.2×(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 外=1.2×(4116.68+2091.75)+1.4×3780.00N =12742.116N
2)内立杆
N2=1.2×(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 内=1.2×(4116.68+1752.72)+1.4×6300.00N =15863.28N
4.1.2 水平悬挑梁设计
本工程水平悬挑型钢梁采用I18,长3.0m,在八层楼面上预埋1φ12、1φ16的圆钢对工字钢进行背焊固定。
根据《钢结构设计规范》规定进行下列计算与验算。
计算模型:
按照悬挑梁进行计算,验算悬挑梁时,不考虑钢丝绳的承载力,只作为附加安全保险。
(1)I18截面特性
Wx=185×103mm3,I=1660×104mm4,自重q=241.40N/m,弹性模量E=206×103N/mm2,翼缘宽度b=94mm,翼缘平均厚度δ=10.7mm,高度h=180mm。
(2)大弯矩
Mmax=N1×1.4+N2×0.35+q×1.52/2=12742.116×1.4+15863.28×0.35+241.40×1.5/2 =23572.16N·m
(附水平悬挑梁受力图③)
(3)强度验算
σ= Mmax /(γx×Wx)
γx----截面发展系数,对I形截面,查表得:
γx=1.05;
Wx----对x 轴的净截面抵抗矩,查表得:
Wx=185×103mm3;
f ----型钢的抗弯强度设计值,Q235 钢,取f=215N/mm2。
σ=23572.16×103/(1.05×185×103)=121.34N/mm2<f=215N/mm2,安全。
(4)整体稳定验算
根据刚结构设计的规范的规定,轧制普通槽钢受弯要考虑整体稳定问题。
按附录一之
(二),本悬臂梁跨长1.4米折算成简支梁,其跨度为2×1.4=2.8米,按下列公式计算整体稳定系数(ψ):
ψ=(570bδ/l1h)·235/σs= [570×94×10.7/(2800×180)] ×235/215 =1.24 则悬挑梁弯曲应力为:
σ= Mmax /(Ψ×Wx)=23572.16×103/(1.24×185×103)=102.75N/mm2<f=215N/mm2,安全。
⑸刚度验算
ω= N1(lb+lc)3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)×[3-lc/(lb+lc+100)]/6EI+q(lb+lc+100)4/8EI
N1、N2----作用于水平悬挑梁上的内、外立杆荷载(kN);
E----弹性模量,E=206×103N/mm2;
I----钢材的抗弯强度设计值,Q235 钢,取f= 215N/mm2。
ω=N1(lb+lc)3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)×[3-lc/(lb+lc+100)]/6EI+q(lb+lc+100)4/8EI
=12742.116×(1050+350)3/(3×2.06×105×1660×104)+15863.28×3502
×(1050+350+100)×[3-350/(1050+350+100)]/(6×2.06×105×1660×104)+241.40×(1050+350+100)4/(8×206×103×1660×104)=3.40+0.39+0.04=3.83mm ⑹ I18后部锚固钢筋设计 ①锚固钢筋的承载力验算 锚固选用1φ16圆钢预埋在平板上,吊环承受的拉力为: N3= Mmax /1.3 =23572.16/1.3 =18132.43N 吊环承受的拉应力为: σ= N/A =18132.43×103/(3.14×82)=90.22 N/mm2<[σ]=215 N/mm2,满足要求。 ②锚固钢筋的焊缝验算 σ = F/(lW·δ) F----作用于锚固钢筋上的轴心拉力设计值,F=N3=18132.43N; lW----焊缝的计算长度,取lW=40-10=30mm; δ----焊缝的计算厚度,取8mm。 σ=18132.43/(30×8)=75.55N/mm2<[σ]=160N/mm2,满足要求。 ⑺综上所述,当挑梁采用I18时,其强度、挠度、稳定性均符合要求。 4.2. 立杆稳定性计算 4.2.1.无风荷载时,立杆稳定性计算 N/(∮A)≤f N ——计算立杆最大垂直力设计值,取N=N2=15863.28N; ∮——轴心受压构件的稳定系数,根据长细比λ查(JGJ130—2001)附录C 表C 取值,根据第5.3.3 条规定: 立杆计算长度 l0=kμh=1.155×1.5×150=260cm,长细比λ= l0/i(钢管回转半径)= 260/1.58=164.556,查附录C,∮=0.260,A—立杆的截面面积,查本规范附录B表B采用: A=489mm2。 立杆稳定性计算: N/(∮A)=15863.28/(0.26×489)=124.77N/mm2 4.2.2.在风荷载作用下,立杆稳定性计算 N/(∮A)+MW/W≤f MW——由风荷载设计值产生的弯矩,按本规范(5.3.4)式计算; W ——钢管立杆的截面模量,查附录B 表B: W=5.08cm3; ⑴由风荷载产生的弯矩计算 ①水平风荷载标准值 ωk=0.7μz·μs·ω0 μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2011): C类地区,脚手架最高处43.20m,由公式: μz=0.616×(z/10)^0.44,得: μz=1.173; μs——脚手架风荷载体型系数,按本规范4.2.4 规定采用,查表得: 敞开式脚手架的挡风面积为1.5×1.8×0.089=0.2403m2,密目网的挡风系数取0.5,则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后,脚手架综合挡风面积为: (1.5×1.8-0.2403)×0.5+0.2403=1.47m2 其综合挡风系数为∮=1.47(1.5×1.8)=0.5445 根据规范查表4.2.4,背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为1.3∮,即: μs =1.3×0.5445=0.70; ω0——基本风压。 根据《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定: ω0=0.45。 ωk=0.7×0.45×1.173×0.70=0.26kN/m2 ②由风荷载产生的弯矩计算 MW = 0.85×1.4×ωk la h2/10 = 0.85×1.4×0.26×1.8×1.52/10=0.13kN.m ③ 杆稳定性计算 N/(∮A)+MW/W ==124.77+0.13×106/(5.08×103)=149.77 N/mm2 4.3.连墙件计算 (附连墙件扣件示意图④) 连墙构造对外脚手架的安全至关重要,必须引起高度重视,确保架体稳固。 连墙拉筋用1φ10钢筋拉到剪力墙上,顶撑用φ48×3.5 钢管,水平距离5.4m,竖向距离为3米。 4.3.1.由风荷载产生的连墙件轴向力设计值 N1w=1.4ωk Aw=1.4×0.26×3×5.4=5.90kN 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0,对双排脚手架取5.0kN,连墙件轴向力设计值Nl=N1w+N0=5.90+5.00=10.90kN 1φ10拉筋的承载力: N=[fy]s=210×3.14×52=16.49kN>N1w=10.90kN,所以连墙件拉筋用1φ10筋满足要求。 根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》可知,一个直角或旋转扣件的抗滑设计值为8.00kN。 由此可见,在两步三跨内采用φ48×3.5 钢管固定在内立杆上,同时每个结点需要两个直角或旋转扣件同时工作(也就是每个结点的抗滑力满足16.49kN)。 4.4.五层以下脚手架的荷载计算与设计 4.4.1.计算基数 一层3.5米,2-7层是3×6=18m 总高度=21.5m 计算高度H=21.5 m,步距h=1.5m,立杆纵距la=1.8m,立杆横距lb=1.05m,内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m. 钢管自重: G1=37.70N/m;栏杆、挡脚板自重: G2=160.00N/m;安全立网自重: G3=3.40N/m2;安全平网自重: G4=4.87KN/m2,装饰施工活荷载: qk=2000.00N/m2;木脚手板自重: G5=350.00N/m2。 脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件): 查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ30—2001)附表A-1得: 架体每米高度一个立杆纵距的自重 gk1=155.2N/m。 NG1K =H×gk1=21.5×155.2=3336.8N 构配件自重 ①木脚手板(按三层考虑) NG2K-1 =3×la×lb×G5/2+3×la×lc×G5 =(3×1.05×1.8×350/2+3×0.35×1.8×350)N=1653.75N ②纵向横杆(搁置脚手板用,按三层考虑) NG2K-2 =3×lb×G1/2+3×lc×G1=(3×1.05×37.7/2+3×0.35×37.7)N=98.97N ③合计 NG2K = (1653.75+98.97)N=1752.72N 施工均布活荷载(按装饰阶段两层同时施工考虑) 内立杆 NQK 内 =2×la×lb×qk/2 + 2×la×lc×qk=(3780+2×1.8×0.35×2000)N=6300N 垂直荷载组合(不考虑风荷载) N2=1.2×(NG1K + NG2K)+1.4×NQK 内 =1.2×(3212.64+1752.72)+1.4×6300N=14778.43N 4.4.2.立杆稳定性计算 1.无风荷载时,立杆稳定性计算: 2.N/(∮A)≤f N ——计算立杆最大垂直力设计值,取N=N2=14778.43N; ∮——轴心受压构件的稳定系数,根据长细比λ查(JGJ130—2001)附录C 表C 取值,根据第5.3.3 条规定: 立杆计算长度 l0=kμh=1.155×1.5×150=260cm,长细比λ= l0/i(钢管回转半径)= 260/1.59=163.52,查附录C,∮=0.2635,A—立杆的截面面积,查本规范附录B表B采用: A=506mm2。 立杆稳定性计算: N/(∮A)=14778.43/(0.2635×506)=110.84N/mm2 2.在风荷载作用下,立杆稳定性计算: N/(∮A)+ MW /W≤f MW——由风荷载设计值产生的弯矩,按本规范(5.3.4)式计算; W ——钢管立杆的截面模量,查附录B 表B: W=5.26 cm3; ⑴ 由风荷载产生的弯矩计算 1)水平风荷载标准值 ωk=μz·μs·ω0 μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》(GBJ9): C类地区,脚手架最高处20.6m,查表得: μz =0.8496;μs——脚手架风荷载体型系数,按本规范4.2.4 规定采用,查表得: 敞开式脚手架的挡风面积为1.5×1.8× 0.09=0.243m2,密目网的挡风系数取0.8,则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后,脚手架综合挡风面积为: (1.5×1.8-0.243)×0.8+0.24=2.21 N/mm2 其综合挡风系数为∮=2.21/(1.5×1.8)=0.82 根据规范查表4.2.4,背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为1.3∮,即: μs =1.3×0.82=1.066; ω0——基本风压。 根据《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定: ω0=0.45。 ωk=0.45×0.8496×1.066=0.40755KN/ m2 2)由风荷载产生的弯矩计算 MW = 0.9×1.4×ωk la h2/10 = 0.9×1.4×0.40755×1.8×1.52/10=0.2080KN.m ⑵ 立杆稳定性计算 N/(∮A)+ MW /W =110.84+0.2080×106/(5.26×103) =150.38 N/mm2 4.5.杆地基承载力计算 立杆支设在150×150×10mm钢板支座上,下面分别是50mm厚木脚手板、100mm厚C20砼、2: 8夯实灰土。 立杆基础底面的平均压应力应满足下式的要求: p=N/A=12.5×103/0.25×0.5 =100 (kn/m2)<fg=kC·fgK=1.0×115=115 (kPa) (符合要求) 式中 0.25×0.5—计算承压面积; kC—地基承载力调整系数,取1.0; fgk—地基承载力,取115 (kPa); fg—地基承载力设计值。 5扣件式脚手架安全技术搭设安全技术措施及要求 5.1. 搭设基本尺寸 外架搭设基本尺寸表 (m) 立杆纵距 立杆 步距 横杆水平距 连墙杆 备注 La 横距 作业层 非作业层 1.50 1.00 1.80 La/2 La 不大于二步三跨 5.2. 底座 5.2.1.垫板定位。 立杆应事先进行尺寸排列设计,使垫板准确地放在定位线上。 5.2.2.垫板长度。 垫板宜采用长度不少于2跨、厚度不小于50mm的木垫板或槽钢。 5.2.3.立杆垫座。 垫座采用150×150×10钢板,中间加焊100㎜长 φ20的钢筋;为防止位移,将垫块钢板用2寸铁钉固定在下部木垫板上。 的木垫板或槽钢。 5.3. 扫地杆设置 5.3.1 落地式脚手架均设纵、横向扫地杆。 5.3.2 纵向扫地杆距底座≧200mm,横向扫地杆用直角扣件固定在紧靠 纵向扫地杆下方的立杆上。 5.4.立杆 5.4.1.立杆接长。 除顶层、顶部可采用搭接外,其余各层各步距接 头必须采用对接扣件连接。 对接、搭接与搭设应符合下列规定: (1)立杆对接头位置 两根相邻立杆的对接接头不应设置在同一步内,同步内隔一根立杆的两个接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm;各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。 (2)立杆搭接 搭接长度不应小于1m,应采用不少于2个旋转扣件固定,端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。 5.4.2.立杆顶端应高出女儿墙1.2m,高出檐口上皮1.5m。 5.4.3.立杆与抛撑。 开始搭设立杆时,应每隔6跨设置一根抛撑,直至 连墙件安装稳定后,方可根据情况拆除。 5.4.4.立杆必须用钢管与墙可靠的连接 5.5. 纵向水平杆 (大横杆) 5.5.1.搭设相对位置。 纵向水平钢管宜设置在立杆内侧,其长度不应 小于3跨。 5.5.2.接长方法。 纵向水平杆接长宜采用对接扣件连接,也可采用搭接。 搭接长度≦1m,应等间距设置3个扣件,杆端距扣件盖板边缘≦100mm。 5.5.3.对接扣件交错布置。 两根相邻纵向水平杆的接头不宜设置在 同步或同跨内;不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500m;各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3。 5.5.4.纵向水平杆搭设交圈。 在封闭型脚手架的同一步中,纵向水平 杆应四周交圈。 5.6.横向水平杆(小横杆) 5.6.1.与主节点关系。 主节点处必须设置一根横向水平杆,用直角扣件 固定在紧靠纵向水平杆上面的立杆上,且严禁拆除。 5.6.2.搭设位置。 横向水平杆两端用直角扣件固定在纵向水平杆的上 面。 5
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