悬挑架方案.docx
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悬挑架方案.docx
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悬挑架方案
沁阳市怀府金融广场金融投资大厦工程
悬挑式脚手架工程方案计算书
审批人:
审核人:
编制人:
项目经理:
河南博辉建设工程有限公司
2012年4月1日
目录
一、脚手架计算书的编制依据3
二、工程参数3
三、横向水平杆(小横杆)验算4
四、纵向水平杆(大横杆)验算5
五、扣件抗滑承载力验算6
六、计算立杆段轴向力设计值N6
七、卸载钢丝绳计算7
八、立杆的稳定性验算9
九、连墙件计算11
十、悬挑梁计算12
十一、悬挑梁的整体稳定性计算13
十二、悬挑梁钢丝绳计算14
十三、悬挑梁锚固段与楼板连接计算16
一、
脚手架计算书的编制依据
1、工程施工图纸及现场概况
2、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)。
3、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)
4、《建筑施工手册》第四版(缩印本)
5、《建筑施工现场管理标准》DBJ14-033-2005
6、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
二、工程参数
搭设参数
搭设高度
46.6m
水平杆步距
1.8m
立杆纵距
1.6m
立杆横距
0.9m
连墙件方式
竖向间距3.6m,水平间距3.6m
连墙件扣件
双扣件
悬挑水平钢梁
16号工字钢
钢梁外挑长度
1.3m
钢梁锚固长度
2.5m
钢梁与楼板锚固钢筋
φ18圆钢
吊拉钢丝绳
采用12mm钢丝绳!
荷载参数(荷载标准值)
永久荷载
立杆承受结构自重
0.1283kN/m
安全网
0.005kN/m2
脚手板类型
木脚手板,2层
自重标准值
0.35kN/m2
栏杆挡脚板
木脚手板
自重标准值
0.14kN/m2
可变荷载
施工均布活荷载
2kN/m2
同时施工层数
1层
风荷载
地区
河南郑州市
基本风压
0.3kN/m2
考虑到钢管锈蚀弯曲等因素,按φ48×3.5钢管计算。
三、横向水平杆(小横杆)验算
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第6.2.2条第3款规定:
“当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时,双排脚手架的横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水平杆上。
”第6.2.1条第3款规定:
“当使用冲压钢脚手板、木脚手板、竹串片脚手板时,纵向水平杆应作为横向水平杆的支座,用直角扣件固定在立杆上。
”施工荷载的传递路线是:
脚手板→横向水平杆→纵向水平杆→纵向水平杆与立杆连接的扣件→立杆,如图:
横向水平杆按照简支梁进行强度和挠度计算,小横杆在大横杆的上面。
(一)抗弯强度计算
1、作用横向水平杆线荷载标准值:
qk=(QK+QP1)×S=(2+0.35)×0.8=1.88kN/m
2、作用横向水平杆线荷载设计值:
q=1.4×QK×S+1.2×QP1×S=1.4×2×0.8+1.2×0.35×0.8=2.576kN/m
3、考虑活荷载在横向水平杆上的最不利布置(验算弯曲正应力、挠度不计悬挑荷载,但计算支座最大支反力要计入悬挑荷载),最大弯矩:
Mmax=
qlb2
=
2.576×0.92
=
0.261kN·m
8
8
4、钢管载面模量W=5.08cm3
5、Q235钢抗弯强度设计值,查规范表5.1.6得表f=205N/mm2
6、按规范中公式(5.2.1)计算抗弯强度
σ=
Mmax
=
0.261×106
=
51.38N/mm2
〈
205N/mm2
W
5.08×103
7、结论:
满足要求
(二)变形计算
1、钢材弹性模量:
查规范表5.1.6 得E=2.06×105N/mm2
2、钢管惯性矩I=12.19cm4
3、容许挠度:
查规范表5.1.8,得[ν]=l/150与10mm
4、按规范中公式(5.2.3)验算挠度
ν=
5qklb4
=
5×1.88×9004
=
0.6mm
〈
900
=6与10mm
384EI
384×2.06×105×12.19×104
150
5、结论:
满足要求
四、纵向水平杆(大横杆)验算
纵向水平杆按三跨连续梁计算,如下图:
(一)抗弯强度计算
由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值
F=
0.5qlb(1+
a1
)2
=0.5×2.576×0.9(1+
0.15
)2
=1.58kN
lb
0.9
最大弯矩Mmax=0.175Fla=0.175×1.58×1.6=0.44kN·m,抗弯强度计算如下:
σ=
Mmax
=
0.44×106
=86.61N/mm2〈f=205N/mm2
W
5.08×103
结论:
满足要求
(二)挠度计算
由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值
Fk=0.5qklb(1+
a1
)2=0.5×1.88×0.9(1+
0.15
)2
=1.15kN
lb
0.9
挠度计算:
v=
1.146Fkl3a
=
1.146×1.15×103×16003
=2.15mm〈10mm
100EI
100×2.06×105×12.19×104
结论:
满足要求
五、扣件抗滑承载力验算
水平杆与立杆连接方式采用单扣件,抗滑承载力Rc=8kN。
纵向水平杆通过扣件传给立杆竖向力设计值=1.58×2.15=3.4kN〈Rc=8kN
结论:
扣件抗滑承载力满足要求
六、计算立杆段轴向力设计值N
立杆稳定性计算部位取脚手架底部。
1、脚手架结构自重标准值产生的轴向力
NG1K=Hsgk=46.6×0.1283=5.98kN
Hs——脚手架高度gk——每米立杆承受的结构自重
2、构配件自重标准值产生的轴向力
NG2K=0.5(lb+a1)la∑Qp1+Qp2la+laHQp3=0.5×(0.9+0.15)×1.6×2×0.35+0.14×1.6×2+1.6×46.6×0.005=1.409kN
lb——立杆横距;a1——小横杆外伸长度;la——立杆纵距;Qp1——脚手板自重标准值;
Qp2——脚手板挡板自重标准值;Qp3——密目式安全立网自重标准值;
H——脚手架高度;
3、施工荷载标准值产生的轴向力总和
∑NQk=0.5(lb+a1)laQk=0.5×(0.9+0.15)×1.6×2×1=1.68kN
Qk——施工均布荷载标准值;
4、组合风荷载时立杆轴向力设计值N
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.9×1.4∑NQk=1.2×(5.98+1.409)+0.9×1.4×1.68=10.98kN
5、不组合风荷载时立杆轴向力设计值N
N=1.2(NG1K+NG2K)+1.4∑NQk=1.2×(5.98+1.409)+1.4×1.68=11.22kN
七、卸载钢丝绳计算
本节属规范外内容,仅供参考!
(一)卸载钢丝绳计算
卸荷吊点按照完全卸荷计算方法,在脚手架全高范围内增加2吊点;吊点选择在立杆、小横杆、大横杆的交点位置;以吊点分段计算。
计算中脚手架的竖向荷载按照吊点数平均分配。
立杆底部轴向力在考虑风荷载时为
N×KX×n1
=
10.98×1.5×2
=10.980KN
n+1
2+1
立杆底部轴向力在不考虑风荷载时为
N×KX×n1
=
11.22×1.5×2
=11.220KN
n+1
2+1
KX—不均匀系数,取1.5。
n—全高脚手架的分段卸载段数;
n1—几个立杆纵距设一道卸载钢丝绳;
各吊点位置处内力计算如下:
T1=
N
=
11.220×
42+1.22
=11.714KN;
sinα1
4
T2=
N
=
11.220×
42+0.32
=11.252KN;
sinα2
4
所有卸荷钢丝绳的最大拉力为11.714kN。
钢丝绳的容许拉力按照下式计算:
[Fg]=
Fg
K
[Fg]—钢丝绳的容许拉力(kN);Fg—钢丝绳的最小破断拉力(kN);K—钢丝绳的安全系数
钢丝绳最小破断拉力:
Fg≥
[Fg]×K
=
11.714×5
=
58.570KN
依据规范《GB/T20118-2006一般用途钢丝绳》,钢丝绳选择6×19,公称抗拉强度1670Mpa,钢丝绳直径应不小于11mm,其破断拉力为:
67.1KN。
(二)吊环强度计算
钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为
σ=
N
=
N
≤
[f]
A×2
πd2×2
4
[f]——吊环钢筋抗拉强度,《混凝土结构设计规范》规定[f]=50N/mm2;
A——吊环截面积,每个吊环按照两个截面计算。
所需要的吊环最小直径
d=
N×4
=
23428.000×4
=
17.271mm
π[f]×2
3.1416×50×2
八、立杆的稳定性验算
立杆稳定性的计算部位选择脚手架底部。
组合风荷载时,由下式计算立杆稳定性
N
+
Mw
≤f
A
W
N——计算立杆段的轴向力设计值;A——立杆的截面面积;
——轴心受压构件的稳定系数,应根据长细比λ由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)附表C取值;W——截面模量;f——钢管的抗压强度设计值;
Mw——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩;
Mw=0.9×1.4Mwk=
0.9×1.4ωklah2
10
其中,la——立杆纵距;h——步距;
风荷载标准值ωk=µz·µs·ω0
ω0——基本风压,取河南郑州市10年一遇值,ω0=0.3kN/m2
µz——风压高度变化系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定采用,地面粗糙度类别为地面粗糙度C类 有密集建筑群的城市市区。
脚手架立杆稳定性计算部位选择立杆底部,计算高度取距地面25.0m,µz取1.0;
µs——脚手架风荷载体型系数,µs=1.3=1.3×0.8=1.040,值大于1.0时,取1.0。
风荷载产生的弯曲压应力:
σw=
Mw
=
0.9×1.4×µzµsω0lah2
W
10W
σw=
0.9×1.4×1.0×1.0×0.3×1.6×1.82×106
=38.6N/mm2
10×5.08×103
计算长细比λ:
λ=
l0
i
l0——计算长度,l0=kµh;i——截面回转半径;k——计算长度附加系数,其值取1.155;
µ——考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数,应按规范表5.3.3采用;立杆横距lb=0.9m,连墙件布置二步三跨,查规范表5.3.3得µ=1.5.h——步距,1.8m
λ=
kµh
=
1.155×1.5×180.0
=197
i
1.58
根据λ的值,查规范附录C表C得轴心受压构件的稳定系数=0.186。
考虑钢丝绳的卸载作用,立杆轴向力N在组合风荷载时按下式计算:
N×KX
=
10.98×1.5
=5.490KN
n+1
2+1
KX—不均匀系数,取1.5。
n—全高脚手架的分段卸载段数;
组合风荷载时,立杆的稳定性计算按规范公式5.3.1-2验算:
N
+
Mw
=
5.490×103
+38.6=98.960N/mm2 A W 0.186×489 结论: 满足要求! 。 考虑钢丝绳的卸载作用,立杆轴向力N在不组合风荷载时按下式计算: N×KX = 11.22×1.5 =5.610KN n+1 2+1 不组合风荷载时,立杆的稳定性计算按规范公式5.3.1-1验算: N = 5.610×103 =61.68N/mm2 A 0.186×489 结论: 满足要求! 。 九、连墙件计算 (一)脚手架上水平风荷载标准值ωk 连墙件均匀布置,取脚手架最高处受风荷载最大的连墙件计算,高度按66.6m,地面粗糙度C类 有密集建筑群的城市市区。 风压高度变化系数µz=1.45 脚手架风荷载体型系数µs=1.3=1.3×0.8=1.04,取值大于1.0时,取1.0。 基本风压取河南郑州市10年一遇值,ω0=0.3kN/m2 ωk=µzµsω0=1.45×1.0×0.3=0.44kN/m2 (二)求连墙件轴向力设计值N 每个连墙件作用面积Aw=3.6×3.6=12.96m2 N=Nlw+N0=1.4wkAw+3=1.4×0.44×12.96+3=10.98kN Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值; N0——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力,双排脚手架N0=3kN; (三)连墙件稳定计算 连墙杆采用钢管时,杆件两端均采用直角扣件分别连于脚手架及附加墙内外侧的短钢管上,因此连墙杆的计算长度可取脚手架的离墙距离,即lH=0.3m,因此长细比 λ= lH = 30.0 =19<[λ]=150 i 1.58 根据λ值,查规范附录表C, =0.949, N = 10.98×103 =23.66N/mm2<205N/mm2 A 0.949×489 满足要求! 。 抗滑承载力计算 连墙件采用双扣件连接,抗滑承载力取12kN。 Nl=10.98kN<12kN 连墙件扣件抗滑承载力满足要求! 一十、悬挑梁计算 悬挑水平梁按照单跨外伸梁计算,外伸端承受上部脚手架立杆传递的集中荷载P作用,支座B为悬挑水平梁与楼板的内锚固点,支座A为建筑物梁板外边缘支承点。 进行型钢悬挑梁强度计算时,钢丝绳不作为悬挑支撑结构的受力构件! 单跨外伸梁计算简图 上图中,m=1.3m,l=2.3m,m1=0.3m,m2=1.2m; 悬挑水平梁采用16号工字钢,截面惯性矩I=1130.0cm4,截面模量(抵抗矩)W=141.0cm3,截面积A=26.1cm2; 脚手架立杆传递的集中荷载P=11.220kN; 悬挑水平梁自重荷载q=1.2×26.1×10-4×78.5=0.246kN/m; 支座反力计算公式 支座弯矩计算公式 C点最大挠度计算公式 其中k=m/l=1.3/2.3=0.565,kl=ml/l=0.3/2.3=0.13,k2=m2/l=1.2/2.3=0.522 经计算,支座反力RA=30.448kN,支座反力RB=-7.123kN,最大弯矩Mmax=17.038kN.m (一)悬挑梁抗弯强度计算 σ Mmax = 17.038×106 =115.083<205N/mm2 1.05×W 1.05×141.0×103 结论: 抗弯强度满足要求! (二)悬挑梁挠度计算 计算最大挠度Vmax=10.647mm,容许挠度1300×2/250=10.4mm。 Vmax=10.647mm> 10.4mm。 结论: 因已在悬挑梁端头设置了钢丝绳,故挠度视为满足要求! 一十一、悬挑梁的整体稳定性计算 水平钢梁采用: 16号工字钢 (一)求均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数b 根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录表B.2,b=2.0 当b>0.6的时候,根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B.1-2式 b=1.07- 0.282 =0.929 b 最终取b=0.929 (二)整体稳定验算 根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)4.2.2式,整体稳定验算应按下式计算: σ= 17.038×106 =130.072<205N/mm2 0.929×141.0×103 M-绕强轴作用的最大弯矩,W-梁截面模量 结论: 满足要求! 一十二、悬挑梁钢丝绳计算 (一)钢丝绳的轴力计算 将钢丝绳作为悬挑支撑结构的受力构件,其计算简图如下: 计算简图(kN) 弯矩图(kN.m) 剪力图(kN) 经计算,从左到右各支座力分别为: Ra=13.466kN,Rb=9.959kN,Rc=-0.099kN 钢丝绳的轴力按下式计算: sina= =3/3.23=0.929 Ru= RA = 13.466 =14.495KN sina 0.929 (二)选择钢丝绳 钢丝绳破断拉力不得小于其所受轴力×安全系数,取安全系数为3.5, 则钢丝绳最小破断拉力=14.495×3.5=50.73KN 依据规范《GB/T20118-2006一般用途钢丝绳》,钢丝绳选择6×19,公称抗拉强度1670Mpa。 钢丝绳直径应不小于12mm,其破断拉力为: 73.8KN。 (三)钢丝绳的拉环强度计算 钢丝绳的轴力RU作为拉环的拉力N,为14.495KN。 钢丝绳拉环的强度计算公式为 其中[f]为拉环受力的单肢抗剪强度,取[f]=125N/mm2; 钢丝绳拉环最小直径 d= N×4 = 14495.000×4 =12mm π[f] 3.1415×125 钢丝绳拉环最小直径为12mm。 一十三、悬挑梁锚固段与楼板连接计算 悬挑梁与楼板锚固处作法如下图: (一)预埋件强度计算 计算悬挑梁与楼板锚固件强度时,钢丝绳不作为悬挑支撑结构的受力构件,经计算RC=7.123kN; 按照《混凝土结构设计规范GB50010-2002》10.9.8条规定,每个吊环按两个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2,预埋圆钢直径20mm,强度计算如下: σ= N = N = 7123.000 =11.33<[f]=50N/mm2 A 2πd2 2×3.142×202 4 4 满足要求! (二)预埋件在混凝土楼板内锚固长度计算2513.6 预埋件与混凝土的容许粘接强度,按照《混凝土结构设计规范GB50010-2002》表4.1.4,计算中取1.43N/mm2; h≥ N = 7123.000 =79.27mm πd[ft] 3.142×20×1.43 经计算,圆钢预埋件锚固深度必须大于79.27mm。 另外必须满足构造要求,按照《混凝土结构设计规范GB50010-2002》10.9.8条规定,预埋件埋入混凝土的深度不小于30d,并应焊接或绑扎在钢筋骨架上,应伸入楼板钢筋网下。
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