悬挑脚手架方案及悬挑脚手架设计计算书.docx
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悬挑脚手架方案及悬挑脚手架设计计算书.docx
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悬挑脚手架方案及悬挑脚手架设计计算书
悬挑脚手架搭设方案
根据本工程安全施工组织设计的要求,建筑物外围四周立面设全封闭防护,本工程为剪力墙结构,外脚手架在主体施工期间主要是为安全防护而设计的垂直封闭脚手架(严禁作为主体梁、板、柱施工时的模板钢管支撑架),本工程外脚手采用悬挑脚手架。
(一)、材料要求:
悬挑梁采用16号工字钢(Q235钢),Φ18预埋件(Q235钢),Φ48*3.5钢管(Q235钢)、扣件。
材料进场进行严格检查,并有产品合格证及质量检测报告。
(二)、搭设尺寸设计及要求:
外挑架从1层顶结构开始搭设,立杆距墙体净距为1.5m,纵向间距为1.5m,每一方向间距一致,步距保持在1.8m。
工字钢在安装立杆位置处,焊接38无缝管,伸出工字钢15cm,以固定立杆。
外架转角处必须安装工字钢,工字钢安装在混凝土楼板上预埋三个18预埋件,第一个吊环距外框梁边500mm,第二、三个吊环间距300mm,并用木楔子固定。
(三)、工字钢悬挑长度、间距及平面布置图如下:
(四)、悬挑式脚手架计算书:
一、参数信息:
1.脚手架参数
单排脚手架搭设高度为8.0m,立杆采用单立杆;
搭设尺寸为:
立杆的纵距为1.5m,立杆与墙中距离为1.5m,立杆的步距为1.8m;
小横杆在上,搭接在大横杆上的小横杆根数为2根;
采用的钢管类型为Φ48×3.5;
横杆与立杆连接方式为单扣件;取扣件抗滑承载力系数1.00;
连墙件布置取两步三跨,竖向间距3.6m,水平间距4.5m,采用扣件连接;
连墙件连接方式为双扣件;
2.活荷载参数
施工均布荷载(kN/m2):
1.0;脚手架用途:
安全防护封闭脚手架;
3.风荷载参数
本工程地处新疆乌鲁木齐市,查荷载规范基本风压为0.390kN/m2,风荷载高度变化系数μz为1.125,风荷载体型系数μs为1.130;
计算中考虑风荷载作用;
4.静荷载参数
每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):
0.1505;
脚手板自重标准值(kN/m2):
0.35;栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):
0.14;
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:
竹脚手板;栏杆挡板类别:
栏杆、木脚手板挡板;
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1.2m,建筑物内锚固段长度3.3m。
与楼板连接的拉环直径(mm):
Φ18;
楼板混凝土标号:
C30;
6.拉绳与支杆参数
二、纵向、横向水平杆的计算
1、纵向、横向水平杆的计算:
因本工程采用的是竹脚手板,属施工荷载由纵向水平杆传给立杆情况,参考《建筑施工脚手架实用手册》第90页表4-34A,当单排脚手架净距Lb=1.0m,施工均布荷载QK=0.0KN/m2时,柱距L=1.50m,均在该表允许范围,纵横向水平杆的抗弯刚度,抗震强度及扣件的抗滑移均满足要求,故不需计算。
三、脚手架立杆荷载的计算:
作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
静荷载标准值包括以下内容:
(1)每米立杆承受的结构自重标准值,为0.1365kN/m
NG1=[0.1360+(1.5×2/2)×0.0384/1.50]×8.0=1.3954kN;
(2)脚手板的自重标准值;采用竹脚手板,标准值为0.35kN/m2
NG2=0.35×1×1.5×1.5/2=0.394kN;
(3)栏杆与挡脚手板自重标准值;采用栏杆、木脚手板挡板,标准值为0.14kN/m
NG3=0.14×1×1.5/2=0.105kN;
(4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网;0.005kN/m2
NG4=0.005×1.5×8=0.06kN;
经计算得到,静荷载标准值
NG=NG1+NG2+NG3+NG4=1.954kN;
活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和,立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。
经计算得到,活荷载标准值:
NQ=1×1.5×1.5×2/2=2.25KN
风荷载标准值按照以下公式计算
其中Wo--基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
Wo=0.39kN/m2;
Uz--风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
Uz=1.25;
Us--风荷载体型系数:
取值为1.13;
经计算得到,风荷载标准值
Wk=0.7×0.39×1.25×1.13=0.386kN/m2;
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.2NG+1.4NQ=1.2×1.954+1.4×2.25=5.495kN;
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×1.954+0.85×1.4×2.25=5.022kN;
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.386×1.5×
1.82/10=0.223kN.m;
四、立杆的稳定性计算:
不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为:
立杆的轴向压力设计值:
N=5.02kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.59cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
k=1.155;当验算杆件长细比时,取值1.0;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
μ=1.8;
计算长度,由公式lo=k×μ×h确定:
l0=3.118m;
长细比Lo/i=196;
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的计算结果查表得到:
φ=0.188;
立杆净截面面积:
A=4.24cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=4.49cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=5495/(0.188×424)=68.94N/mm2;
立杆稳定性计算σ=68.94N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
立杆的轴心压力设计值:
N=4.92kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.59cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
k=1.155;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
μ=1.8;
计算长度,由公式l0=kuh确定:
l0=3.118m;
长细比:
L0/i=196;
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到:
φ=0.188
立杆净截面面积:
A=4.24cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=4.49cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=5022/(0.188×424)+223000/4490=112.67N/mm2;
立杆稳定性计算σ=112.67N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
七、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
风荷载标准值Wk=0.386kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=3.6×4.5=16.2m2;
按《规范》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=3.000kN;
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=8.75kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=11.75kN;
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=0/15.9的结果查表得到φ=1
又:
A=4.24cm2;[f]=205N/mm2;
连墙件轴向承载力设计值为Nf=1×4.24×10-4×205×103=86.92kN;
Nl=11.75 连墙件采用双扣件与墙体连接。 由以上计算得到Nl=11.32小于双扣件的抗滑力16kN,满足要求! 八、悬挑梁的受力计算: 悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算 悬出端C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。 悬臂单跨梁计算简图 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 水平支撑梁的截面惯性矩I=712cm4,截面模量(抵抗矩)W=102cm3。 受脚手架作用集中强度计算荷载N=1.954+2.25=4.204kN; 水平钢梁自重强度计算荷载q=16.89g/m×9.8=0.17kN/m; 代入公式,经过计算得到 支座反力RA=5.83kN 支座反力RB=-1.256kN 最大弯矩MA=6.972kN.m 最大应力σ=6972000/(1.05×102000)=65.1N/mm2 水平支撑梁的最大应力计算值65.1N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求! 最大挠度νmax=14.31mm 按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录A结构变形规定,受弯构件的跨度对悬臂梁为悬伸长度的两倍,即3400mm 水平支撑梁的最大挠度14.31mm大于水平支撑梁的最大容许挠度3400/400=8.5mm,不满足要求! 现在钢梁悬壁端部悬挂φ14钢丝绳向上斜拉至6层顶,沿高度方向角度<30o 九、悬挑梁的整体稳定性计算: 水平钢梁采用14号工字钢,计算公式如下 其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数,按照下式计算: φb=570×9.0×/80×235/(3200×140×235)=0.93 由于φb大于0.6,查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B,得到φb值为0.884。 经过计算得到最大应力σ=6.97×106/(0.884×102000)=77.3N/mm2; 水平钢梁的稳定性计算σ=77.3小于[f]=215N/mm2,满足要求! 十、锚固段与楼板连接的计算: 1.水平钢梁与楼板压点采用钢筋拉环,拉环强度计算如下: 水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=1.256kN; 水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为: 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条[f]=50N/mm2; 所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径D=[1256×4/(3.142×50×2)]1/2=4.0mm; 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以上锚固长度。 2、水平钢梁与楼板压点如采用螺栓,螺栓粘结力锚固强度计算如下: 锚固深度计算公式h≥N/πd[fd] 其中N-锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向拉力N=1.256KN d-楼板螺栓的直径,d=14mm [fd]-楼板螺栓与砼的容许粘结强度,计算中取1.43N/mm2 [F]-钢材强度设计值,取215N/mm2 h-楼板螺栓在砼楼板内的锚固深度,经过计算得到h要大于 1265/(3.14×14×1.43)=19.98mm 螺栓所能承受的最大拉力F=1/4×3.14×142×215×10-3=33.08KN 螺栓的轴向拉力N=1.256KN小于螺栓所能承受的最大拉力F=33.08KN,满足要求。 悬挑式扣件钢管脚手架计算书 钢管脚手架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)。 计算的脚手架为双排脚手架,搭设高度为16.8米,立杆采用单立管。 搭设尺寸为: 立杆的纵距1.50米,立杆的横距1.05米,立杆的步距1.80米。 采用的钢管类型为 48×3.0, 连墙件采用2步2跨,竖向间距3.60米,水平间距3.00米。 施工均布荷载为3.0kN/m2,同时施工2层,脚手板共铺设3层。 悬挑水平钢梁采用[16b号槽钢U口水平,其中建筑物外悬挑段长度1.50米,建筑物内锚固段长度3.00米。 悬挑水平钢梁采用拉杆与建筑物拉结,最外面支点距离建筑物1.45m。 拉杆采用钢管100.0×10.0mm。 一、大横杆的计算: 大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算,大横杆在小横杆的上面。 按照大横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。 1.均布荷载值计算 大横杆的自重标准值P1=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050/3=0.052kN/m 活荷载标准值Q=3.000×1.050/3=1.050kN/m 静荷载的计算值q1=1.2×0.038+1.2×0.052=0.109kN/m 活荷载的计算值q2=1.4×1.050=1.470kN/m 大横杆计算荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度) 大横杆计算荷载组合简图(支座最大弯矩) 2.抗弯强度计算 最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩 跨中最大弯矩计算公式如下: 跨中最大弯矩为 M1=(0.08×0.109+0.10×1.470)×1.5002=0.350kN.m 支座最大弯矩计算公式如下: 支座最大弯矩为 M2=-(0.10×0.109+0.117×1.470)×1.5002=-0.412kN.m 我们选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算: =0.412×106/4491.0=91.632N/mm2 大横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求! 3.挠度计算 最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度 计算公式如下: 静荷载标准值q1=0.038+0.052=0.091kN/m 活荷载标准值q2=1.050kN/m 三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度 V=(0.677×0.091+0.990×1.050)×1500.04/(100×2.06×105×107780.0)=2.511mm 大横杆的最大挠度小于1500.0/150与10mm,满足要求! 二、小横杆的计算: 小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算,大横杆在小横杆的上面。 用大横杆支座的最大反力计算值,在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。 1.荷载值计算 大横杆的自重标准值P1=0.038×1.500=0.058kN 脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.500/3=0.079kN 活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.500/3=1.575kN 荷载的计算值P=1.2×0.058+1.2×0.079+1.4×1.575=2.369kN 小横杆计算简图 2.抗弯强度计算 最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和 均布荷载最大弯矩计算公式如下: 集中荷载最大弯矩计算公式如下: M=(1.2×0.038)×1.0502/8+2.369×1.050/3=0.835kN.m =0.835×106/4491.0=186.009N/mm2 小横杆的计算强度小于205.0N/mm2,满足要求! 3.挠度计算 最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和 均布荷载最大挠度计算公式如下: 集中荷载最大挠度计算公式如下: 小横杆自重均布荷载引起的最大挠度 V1=5.0×0.038×1050.004/(384×2.060×105×107780.000)=0.03mm 集中荷载标准值P=0.058+0.079+1.575=1.711kN 集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度 V2=1711.350×1050.0×(3×1050.02-4×1050.02/9)/(72×2.06×105×107780.0)=3.167mm 最大挠度和 V=V1+V2=3.194mm 小横杆的最大挠度小于1050.0/150与10mm,满足要求! 三、扣件抗滑力的计算: 纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5): R≤Rc 其中Rc——扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN; R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值; 1.荷载值计算 横杆的自重标准值P1=0.038×1.050=0.040kN 脚手板的荷载标准值P2=0.150×1.050×1.500/2=0.118kN 活荷载标准值Q=3.000×1.050×1.500/2=2.362kN 荷载的计算值R=1.2×0.040+1.2×0.118+1.4×2.362=3.498kN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明: 单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN; 双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN; 四、脚手架荷载标准值: 作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。 静荷载标准值包括以下内容: (1)每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m);本例为0.1248 NG1=0.125×16.800=2.097kN (2)脚手板的自重标准值(kN/m2);本例采用竹笆片脚手板,标准值为0.15 NG2=0.150×3×1.500×(1.050+0.300)/2=0.456kN (3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m);本例采用栏杆、竹笆片脚手板挡板,标准值为0.15 NG3=0.150×1.500×3/2=0.338kN (4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网(kN/m2);0.005 NG4=0.005×1.500×16.800=0.126kN 经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=3.016kN。 活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和,内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。 经计算得到,活荷载标准值NQ=3.000×2×1.500×1.050/2=4.725kN 风荷载标准值应按照以下公式计算 其中W0——基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用: W0=0.450 Uz——风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用: Uz=1.250 Us——风荷载体型系数: Us=1.200 经计算得到,风荷载标准值Wk=0.7×0.450×1.250×1.200=0.472kN/m2。 考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N=1.2NG+0.85×1.4NQ 风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW计算公式 MW=0.85×1.4Wklah2/10 其中Wk——风荷载基本风压标准值(kN/m2); la——立杆的纵距(m); h——立杆的步距(m)。 五、立杆的稳定性计算: 1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 其中N——立杆的轴心压力设计值,N=10.23kN; ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.19; i——计算立杆的截面回转半径,i=1.60cm; l0——计算长度(m),由公式l0=kuh确定,l0=3.12m; k——计算长度附加系数,取1.155; u——计算长度系数,由脚手架的高度确定,u=1.50; A——立杆净截面面积,A=4.24cm2; W——立杆净截面模量(抵抗矩),W=4.49cm3; ——钢管立杆受压强度计算值(N/mm2);经计算得到 =127.36 [f]——钢管立杆抗压强度设计值,[f]=205.00N/mm2; 不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 <[f],满足要求! 2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 其中N——立杆的轴心压力设计值,N=9.24kN; ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.19; i——计算立杆的截面回转半径,i=1.60cm; l0——计算长度(m),由公式l0=kuh确定,l0=3.12m; k——计算长度附加系数,取1.155; u——计算长度系数,由脚手架的高度确定;u=1.50 A——立杆净截面面积,A=4.24cm2; W——立杆净截面模量(抵抗矩),W=4.49cm3; MW——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩,MW=0.273kN.m; ——钢管立杆受压强度计算值(N/mm2);经计算得到 =175.86 [f]——钢管立杆抗压强度设计值,[f]=205.00N/mm2; 考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 <[f],满足要求! 六、连墙件的计算: 连墙件的轴向力计算值应按照下式计算: Nl=Nlw+No 其中Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN),应按照下式计算: Nlw=1.4×wk×Aw wk——风荷载基本风压标准值,wk=0.472kN/m2; Aw——每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积,Aw=3.60×3.00=10.800m2; No——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN);No=5.000 经计算得到Nlw=7.144kN,连墙件轴向力计算值Nl=12.144kN 连墙件轴向力设计值Nf= A[f] 其中 ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l/i=30.00/1.60的结果查表得到 =0.95; A=4.24cm2;[f]=205.00N/mm2。 经过计算得到Nf=82.709kN Nf>Nl,连墙件的设计计算满足要求! 连墙件采用扣件与墙体连接。 经过计算得到Nl=12.144kN大于扣件的抗滑力8.0kN,不满足要求! 连墙件扣件连接示意图 七、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。 本工程
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