爬架设计计算书.docx
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爬架设计计算书
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17.1、参数信息
本脚手架用途为结构脚手架,主框架采用Φ48.3×3.6钢管,水平支承桁架采用Φ48×3.0钢管,架体采用Φ48×3.0钢管,建筑物层高为3.00m,建筑物高度为96.00m,穿墙螺栓所在位置混凝土厚度200.00mm,_混凝土强度等级为C15
升降脚手架技术参数
升降脚手架搭设高度
12.8m
立杆纵距
1.5m
升降脚手架最大跨度
6.9m
步距
1.8m
升降脚手架最大侧悬挑
1.8m
搭设跳板步数
3
内力杆与墙面距离
400mm-900mm
跳板形式
木脚手板
内立杆与外立杆中心距
0.9m
同时作业步数
主体施工期间≤2步,装修阶段≤3步
使用荷载限制
结构施工期间作业的每步≤3KN/m2
装修施工期间作业的每步≤2KN/m2
17.2升降脚手架荷载标准值
17.2.1永久荷载
各主要构件所对应的永久荷载(恒载)详见表3.1.1。
表3.1.1永久荷载(恒载)
构件
截面形式
重量
主框架轨道
2[6.3
130(N/m)
主框架立杆
60×60×4方管
67(N/m)
主框架横缀条
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
主框架斜缀条
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
架体大横杆
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
架体小横杆
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
架体立杆
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
架体剪刀撑
Φ48×3.0圆管
33.3(N/m)
脚手板
木脚手板
350(N/m2)
栏杆、挡脚板
——
140(N/m)
安全网
密目式
5(N/m2)
(1)各种型钢荷载
采用Φ48×3.0钢管的构件长度:
立杆:
L=(16.38-1.8)m×4根+(16.38-1.5-1.8)×4根=110.64m;——每根3个对接扣件
大横杆:
L=(6×2+4)根×7m=112m(每根长度按7m计算);——每根6个直角扣件
小横杆:
L=4根×7层×1.30m=36.4m(每根长度按1.30m计算);——每根2个直角扣件
纵向支撑(剪刀撑):
L=2根×
m+2根×
m+2根×
m=53.24m(按单片剪刀撑计算);——共21+17+15=53个旋转扣件
主框架架体结构边住的缀条:
横缀条9根,斜缀条16根,L=9根×0.9m+16根×
m=28.42m;
水平支撑框架架体结构:
L=7m×4根+1.8m×8根+
m×8根+
m×2根=65.26m
采用Φ48×3.5钢管的构件总长度为:
所用钢管的总重为:
=93.68×33.3=3119.54N
采用Φ48×3.2钢管的构件总长度为:
所用钢管的总重为:
=312.38×33.3=10402.25N
所用槽钢[6.3(含Φ30圆钢)的架体构件为架体结构一侧的边柱:
L=1根×14.88m=14.88m,其中Φ30圆钢(0.054N/mm)长58mm,共28个。
所用槽钢[6.3(含Φ30圆钢)的总重量为:
=14.88×130+28×58×0.054=2022.1N
所用60×60×4方管的架体构件为架体结构一侧的边柱:
L=1根×14.88m=14.88m
所用60×60×4方管的总重量为:
=14.88×67=996.96N
扣件重量:
=(3×8)×18.4+(16×6+36×2)×13.2+53×14.6=3433N
G=
+
+
+
=3119.54+10402.25+2022.1+996.96+3433=19973.85N
(2)脚手板、挡脚板自重:
板宽0.9m,长7m,有3步脚手板。
根据荷载规范,木脚手板自重取0.35kN/m2。
脚手板的自重为:
G脚手板=0.35×3×0.9×7=6.615kN=6615N
挡脚板:
G挡脚板=0.14×3×7=2.94kN=2940N
脚手板、挡脚板自重:
GP=6615+2940=9555N
(3)安全网
密目安全网面积:
A=7×16.38=114.66m2
安全网的重量为:
G安全网=0.005×114.66=0.5733kN=573N
(4)升降设备:
(一个7.5t级电动葫芦800N)
G葫芦=800N
永久荷载汇总见表3.1.2:
表3.1.2永久荷载汇总表
序号
构件
重量
备注
1
架体结构G
19974N
2
脚手板、挡脚板GP
9555N
3
安全网G安全网
573N
4
电动葫芦G葫芦
800
总计
30902N
30902N=30.90kN
17.2.2施工活荷载
根据施工具体情况,按使用、升降及坠落三种工况确定活荷载标准值,见表3.2。
表3.2施工活荷载
工况类别
施工阶段
同时作业层数
每层活荷载标准值(KN/m2)
使用工况
结构施工
2
3.0
装修施工
3
2.0
升降工况
结构施工和装修施工
2
0.5
坠落工况
结构施工
2
0.5
装修施工
3
0.5
17.3、架体构架计算
1、构造参数
2、计算方法
1)分别按内排脚手架、外排脚手架计算,然后进行荷载比较,选取最不利情况进行设计计算。
2)内外排架操作层的脚手板恒荷载和活荷载,按短横杆内侧悬挑简支梁计算支座反力的方法进行分配:
图中:
横距L为0.90m小横杆伸出长度a为0.25m
经过计算得:
R内=q×(L+a)2/(2L)=q×(0.90+0.25)2/(2×0.90)=21.60q
R外=q×(L+a)-R内=q×(0.90+0.25)-21.60)=17.82q
计算分配系数得:
外排架分配系数M外=R外/(R外+R内)=17.82/(17.82+21.60)=0.36
内排架分配系数M内=1-M外=1-0.36=0.64
3、架体自重
钢管自重标准值=0.04kN/m
1)外排脚手架
立杆自重G11=0.0384×1.80×7×(5+1-2)=1.94kN,
大横杆自重G12=0.0384×1.38×(1+1)×7×5=3.71kN,
小横杆自重G13=0.0384×(0.90+0.25)×(5-1)×7×0.36=0.45kN,
脚手板自重G14=0.350×(1.38×5×(0.90+0.25))×3×0.36=3.01kN,
栏杆挡板自重G15=0.170×(1.38×5)×96=2.35kN,
安全网自重G16=0.0100×(1.38×5)×(1.80×7+1.20)=0.95kN,
剪刀撑自重G17=0.0384×43.00=1.65kN,
扣件自重G18=101×13.50+24×18.50+53×14.60=2581.30N=2.58kN,
外排架总重G1外=1.94+3.71+0.45+3.01+2.35+0.95+1.65+2.58=16.63kN。
1)内排脚手架
立杆自重G21=0.0384×1.80×7×(5+1-2)=1.94kN,
大横杆自重G22=0.0384×1.38×(1+1)×7×5=3.71kN,
小横杆自重G23=0.0384×(0.90+0.25)×(5-1)×7×0.64=0.79kN,
脚手板自重G24=0.350×(1.38×5×(0.90+0.25))×3×0.64=5.32kN,
扣件自重G25=69×13.50+20×18.50+20×14.60=1593.50N=1.59kN,
内排脚总重G1内=1.94+3.71+0.79+5.32+1.59=13.35kN。
4、架体活荷载
1)活荷载标准值
活荷载标准值q=跨距×跨数×(横距+小横杆伸出长度)×同时作业层数×每层活荷载标准值
使用工况活荷载标准值q活使=1.38×5×(0.90+0.25)×96×2.00=31.74kN
使用工况活荷载标准值q活升=1.38×5×(0.90+0.25)×96×0.50=7.94kN
2)内外排活荷载标准值
内外排荷载标准值q=活荷载标准值×内外排分配系数
外排架使用工况活荷载标准值q外活使=31.74×0.36=11.46kN
外排架升降工况活荷载标准值q外活升=7.94×0.36=2.87kN
内排架使用工况活荷载标准值q内活使=31.74×0.64=20.28kN
内排架升降工况活荷载标准值q内活升=7.94×0.64=5.07kN
17.4、水平支承桁架计算
1、构造参数
水平支承桁架跨距为1.38m,跨数为5,宽度为0.90m,高度为1.80m。
2、水平支承桁架自重计算
钢管自重标准值=0.04kN/m
立杆自重G31=0.0384×1.80×(5+1)×2=0.83kN
大横杆自重G32=0.0384×1.38×5×4=1.06kN
小横杆自重G33=0.0384×0.90×(5+1)×2=0.41kN
上下斜杆自重G34=0.0384×1.65×5×2=0.63kN
前后斜杆自重G35=0.0384×2.27×5×2=0.87kN
脚手板自重G36=0.350×(1.38×5×0.90))=2.17kN
水平支承桁架总重G3=G31+G32+G33+G34+G35+G36=0.83+1.06+0.41+0.63+0.87+2.17=5.98kN
水平支承桁架外排架自重G2外=G3×0.5=5.98×0.5=2.99kN
水平支承桁架内排架自重G2内=G3×0.5=5.98×0.5=2.99kN
3、水平支承桁架荷载计算
1)荷载计算说明
(1)水平支承桁架荷载计算,分别按内排桁架、外排桁架计算,然后进行荷载比较,选取最不利的情况进行设计计算。
(2)为简化起见,全部为上弦节点荷载。
(3)简图:
其中:
q水平支承桁架受到的荷载设计值,P为水平支承桁架上弦每个节点受到的荷载,n为水平支承桁架跨数。
经过公式q=2×0.5P+(n-1)P计算得:
节点荷载P=q/n=q/5
支座反力R=q/2=nP/2=5P/2=2.50×P
2)计算过程如下
(1)恒荷载
外排桁架恒荷载q外恒=16.63+2.99=19.62kN
内排桁架恒荷载q内恒=13.35+2.99=16.34kN。
所以:
P外恒=19.62/5=3.92kN。
P内恒=16.34/5=3.27kN。
(2)活荷载标准值
外排架使用工况P外活使=q外活使/n=11.46/5=2.29kN。
外排架升降工况P外活升=q外活升/n=2.87/5=0.57kN。
内排架使用工况P内活使=q内活使/n=20.28/5=4.06kN。
内排架升降工况P内活升=q内活升/n=5.07/5=1.01kN。
(3)上弦节点荷载设计值
计算公式:
P设=0.9×(1.2P恒+1.4P活)
外排架使用工况P外设使=0.9×(1.2×3.92+1.4×2.29)=7.13kN
外排架升降工况P外设升=0.9×(1.2×3.92+1.4×0.57)=4.96kN
内排架使用工况P内设使=0.9×(1.2×3.27+1.4×4.06)=8.64kN
内排架升降工况P内设升=0.9×(1.2×3.27+1.4×1.01)=4.81kN
经比较得知最不利的情况是内排桁架在使用工况下,如下:
节点荷载为:
P=8.64kN,以此作为水平支承桁架的设计计算荷载
支座反力为:
R=2.50×8.64=21.60kN
4、水平支承桁架内力计算
(1)水平支承桁架杆件编号,内力计算得各杆件轴力大小如下:
桁架杆件轴力最大拉力为Nmax拉=21.774kN.
桁架杆件轴力最大压力为Nmax压=-21.774kN.
(3)轴心受力杆件强度的计算
式中N——杆件轴心压力大小;
An——轴心受力杆件的净截面面积。
桁架杆件最大轴向力为21.774kN,截面面积为4.239cm2.
最不利拉杆强度σ=21.774×1000/4.239×100=51.366N/mm2
计算强度不大于强度设计值205N/mm2,满足要求!
(4)轴心受力杆件稳定性的验算
式中N——杆件轴心压力大小;
A——杆件的净截面面积;
φ——受压杆件的稳定性系数。
轴心受力杆件稳定性验算结果列表:
杆件单元
长细比
稳定系数
轴向压力(kN)
计算强度N/mm2
是否满足要求
1
112.853
0.503
-21.6
101.281
满足要求
2
86.52
0.685
0
0
满足要求
3
142.202
0.341
21.774
-150.731
——
4
86.52
0.685
-13.248
45.602
满足要求
5
112.853
0.503
-8.64
40.512
满足要求
6
86.52
0.685
19.872
-68.403
——
7
142.202
0.341
-10.887
75.366
满足要求
8
86.52
0.685
-13.248
45.602
满足要求
9
112.853
0.503
0
0
满足要求
10
86.52
0.685
19.872
-68.403
——
11
142.202
0.341
0
0
满足要求
12
86.52
0.685
-19.872
68.403
满足要求
13
112.853
0.503
-8.64
40.512
满足要求
14
86.52
0.685
13.248
-45.602
——
15
142.202
0.341
10.887
-75.366
——
16
86.52
0.685
-19.872
68.403
满足要求
17
112.853
0.503
0
0
满足要求
18
86.52
0.685
13.248
-45.602
——
19
142.202
0.341
-21.774
150.731
满足要求
20
86.52
0.685
0
0
满足要求
21
112.853
0.503
-4.32
20.256
满足要求
注:
杆件计算强度大于205.00N/mm2为不满足要求,小于205.00N/mm2为满足要求,当杆件受拉时,不用计算稳定性,所以用'——'表示
17.5、主框架计算
1、构造参数
主框架支承跨度(即水平支承桁架长度为)6.90m,主框架步高为1.80m,步数为7。
2、风荷载计算
1)风荷载标准值计算公式如下:
其中βz——风振系数βz=1
μz——风压高度变化系数μz=2.09
μs——风荷载体型系数μs=1.08
ω0——基本风压值ω0=0.30kN/m2
经过计算得:
风荷载标准值:
ωk=1×2.09×1.08×0.30=0.67kN/m2
2)风荷载设计值计算公式如下:
经过计算得:
风荷载设计值:
ω设=0.9×1.4×0.67×0.9=0.76kN/m2
3)风荷载集中力计算
将风荷载设计值简化为作用在主框架外侧节点上的水平集中荷载。
分为三个集中荷载(中部、顶部、底部,因挡风面积不同)。
中部P1=主框架步高×支承跨度×ω设=1.80×6.90×0.76=9.49kN
顶部P2=((主框架步高+护身栏杆高)/2)×支承跨度×ω设
=(1.80+1.20)/2×6.90×0.76=7.91kN
底部P3=(主框架步高/2)×支承跨度×ω设=(1.80/2)×6.90×0.76=4.75kN
3、主框架桁架内力计算
(1)主框架架杆件编号,内力计算得各杆件轴力大小如下:
桁架杆件轴力最大拉力为Nmax拉=50.620kN.
桁架杆件轴力最大压力为Nmax压=-50.620kN.
(3)轴心受力杆件强度的计算
式中N——杆件轴心压力大小;
An——轴心受力杆件的净截面面积。
桁架杆件最大轴向力为50.620kN,截面面积为5.060cm2.
最不利拉杆强度σ=50.620×1000/5.060×100=100.039N/mm2
计算强度不大于强度设计值205N/mm2,满足要求!
(4)轴心受力杆件稳定性的验算
式中N——杆件轴心压力大小;
A——杆件的净截面面积;
φ——受压杆件的稳定性系数。
轴心受力杆件稳定性验算结果列表:
杆件单元
长细比
稳定系数
轴向压力(kN)
计算强度N/mm2
是否满足要求
1
56.604
0.832
-7.91
18.789
满足要求
2
113.208
0.497
0
0
满足要求
3
126.57
0.418
17.687
-83.624
——
4
113.208
0.497
-15.82
62.949
满足要求
5
56.604
0.832
-17.4
41.331
满足要求
6
113.208
0.497
15.82
-62.949
——
7
126.57
0.418
38.907
-183.952
——
8
113.208
0.497
-50.62
201.42
满足要求
9
56.604
0.832
-26.89
63.873
满足要求
10
113.208
0.497
50.62
-201.42
——
11
126.57
0.418
-28.815
136.237
满足要求
12
113.208
0.497
-3.397
13.515
满足要求
13
56.604
0.832
3.397
-8.068
——
14
113.208
0.497
24.846
-98.867
——
15
126.57
0.418
-7.595
35.908
满足要求
16
113.208
0.497
3.397
-13.515
——
17
56.604
0.832
-6.093
14.474
满足要求
18
113.208
0.497
18.053
-71.836
——
19
126.57
0.418
-5.43
25.673
满足要求
20
113.208
0.497
7.062
-28.099
——
21
56.604
0.832
-7.062
16.774
满足要求
22
113.207
0.497
13.197
-52.511
——
23
126.57
0.418
15.79
-74.656
——
24
113.207
0.497
-7.062
28.099
满足要求
25
56.604
0.832
-16.552
39.316
满足要求
26
113.208
0.497
27.32
-108.709
——
27
126.57
0.418
-10.621
50.217
满足要求
28
113.208
0.497
21.6
-85.948
——
29
56.604
0.832
0
0
满足要求
17.6、附墙支承结构强度验算
1、计算附墙支承结构的最不利集中荷载
1)主框架自重2.70kN
2)升降工况下发生坠落
P升设=(4.96+4.81)×5+0.9×1.2×2.70=51.75kN
P升坠=51.75×2(冲击系数)=103.51kN
3)使用工况下发生坠落
P使设=(7.13+8.64)×5+0.9×1.2×2.70=81.75kN
P使坠=81.75×1.3(荷载不均匀系数)=106.27kN
4)最不利荷载结果为
使用工况下发生坠落的集中荷载,是附墙支承结构的最不利荷载。
2、附墙支承结构强度验算
三角附墙支座
(1)剪力墙支座(400支座)验算
支座材料选择双6.3#槽钢,受力情况如下:
表5.1.1400支座杆件复合应力(N/mm2)
编号
组合1(结构)
组合1(装修)
组合2(结构+左风)
组合2(结构+右风)
组合2(装修+左风)
组合3(装修+右风)
强度设计值(205)
杆件1
51.453
48.406
44.377
48.189
45.646
49.425
满足
杆件2
58.034
51.644
48.000
53.557
49.194
54.918
满足
穿墙螺栓受力:
穿墙螺栓同时承受剪力和轴向拉力,其强度按下列公式计算:
式中:
Nv,Nt——一个螺栓所承受的剪力和拉力设计值(N);
,
——一个螺栓抗剪、拉承载能力设计值(N),
,
;
——螺杆直径(mm);
——螺栓抗剪强度设计值,取140N/mm2;
d0——螺栓螺纹处有效截面直径(mm);
——螺栓抗拉强度设计值,取170N/mm2。
由计算可得:
,
,Nvmax=23.576kN,Ntmax=22.211kN
则:
满足。
(2)剪力墙支座(900支座)验算
支座材料选择双6.3#槽钢,受力情况如下:
表5.1.2900支座杆件复合应力(N/mm2)
编号
组合1(结构)
组合1(装修)
组合2(结构+左风)
组合2(结构+右风)
组合2(装修+左风)
组合3(装修+右风)
强度设计值(205)
杆件1
46.029
44.306
41.388
43.574
42.518
44.671
满足
杆件2
41.611
40.540
35.059
38.579
36.002
39.785
满足
穿墙螺栓受力:
Nvmax=24.942kN,Ntmax=23.06kN
则:
满足。
(3)剪力墙支座(1000支座)验算
支座材料3号杆选择60×60×4方管,其余杆件选双6.3#槽钢,受力情况如下:
表5.1.31000支座杆件复合应力(N/mm2)
编号
组合1(结构)
组合1(装修)
组合2(结构+左风)
组合2(结构+右风)
组合2(装修+左风)
组合3(装修+右风)
强度设计值(205)
杆件1
52.076
53.39
44.775
49.565
46.035
50.787
满足
杆件2
37.715
38.725
32.282
35.206
33.164
36.090
满足
杆件3
9.001
9.218
7.421
8.392
7.634
8.58
满足
杆件4
48.056
49.280
44.019
45.381
45.214
46.560
满足
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