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脚手架计算书
板模板(扣件钢管高架)计算书
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。
因本工程梁支架高度大于4米,根据有关文献建议,如果仅按规范计算,架体安全性仍不能得到完全保证。
为此计算中还参考了《施工技术》2002(3):
《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》中的部分内容。
一、参数信息:
1.模板支架参数
横向间距或排距(m):
1.20;纵距(m):
1.20;步距(m):
1.50;
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):
5.30;
采用的钢管(mm):
Φ48×3.0;板底支撑连接方式:
方木支撑;
扣件连接方式:
双扣件,考虑扣件的保养情况,扣件抗滑承载力系数:
0.80;
2.荷载参数
模板与木板自重(kN/m2):
0.350;混凝土与钢筋自重(kN/m3):
25.000;
施工均布荷载标准值(kN/m2):
2.500;
4.材料参数
面板采用胶合面板,厚度为12mm;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):
200.000;
木方弹性模量E(N/mm2):
9500.000;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):
80.00;
托梁材料为:
钢管(双钢管):
Φ48×3.5;
5.楼板参数
楼板的计算厚度(mm):
100.00;
图2楼板支撑架荷载计算单元
二、模板面板计算:
面板为受弯构件,需要验算其抗弯强度和刚度,取单位宽度1m的面板作为计算单元
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=100×1.22/6=24cm3;
I=100×1.23/12=14.4cm4;
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=25×0.1×1+0.35×1=2.85kN/m;
(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN):
q2=2.5×1=2.5kN/m;
2、强度计算
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
其中:
q=1.2×2.85+1.4×2.5=6.92kN/m
最大弯矩M=0.1×6.92×0.22=0.028kN·m;
面板最大应力计算值σ=27680/24000=1.153N/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1.153N/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
其中q=2.85kN/m
面板最大挠度计算值v=0.677×2.85×2004/(100×9500×2133333.333)=0.002mm;
面板最大允许挠度[V]=200/250=0.8mm;
面板的最大挠度计算值0.002mm小于面板的最大允许挠度0.8mm,满足要求!
三、模板支撑方木的计算:
方木按照两跨连续梁计算,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=5×8×8/6=53.33cm3;
I=5×8×8×8/12=213.33cm4;
方木楞计算简图
1.荷载的计算:
(1)钢筋混凝土板自重(kN/m):
q1=25×0.2×0.1=0.5kN/m;
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2=0.35×0.2=0.07kN/m;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN):
p1=2.5×0.2=0.5kN/m;
2.强度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
均布荷载q=1.2×(q1+q2)+1.4×p1=1.2×(0.5+0.07)+1.4×0.5=1.384kN/m;
最大弯矩M=0.125ql2=0.125×1.384×1.22=0.249kN.m;
最大支座力N=1.25×q×l=1.25×1.384×1.2=2.076kN;
方木最大应力计算值σ=M/W=0.249×106/53333.33=4.671N/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4.671N/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:
T=3Q/2bh<[T]
其中最大剪力:
Q=0.625×1.384×1.2=1.038kN;
方木受剪应力计算值T=3×1.038×103/(2×50×80)=0.389N/mm2;
方木抗剪强度设计值[T]=1.4N/mm2;
方木的受剪应力计算值0.389N/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:
最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和,计算公式如下:
均布荷载q=q1+q2=0.57kN/m;
最大挠度计算值ω=0.521×0.57×12004/(100×9500×2133333.333)=0.304mm;
最大允许挠度[V]=1200/250=4.8mm;
方木的最大挠度计算值0.304mm小于方木的最大允许挠度4.8mm,满足要求!
四、托梁材料计算:
托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
托梁采用:
钢管(双钢管):
Φ48×3.5;
W=8.98cm3;
I=24.38cm4;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=2.076kN;
托梁计算简图
托梁计算弯矩图(kN.m)
托梁计算变形图(mm)
托梁计算剪力图(kN)
最大弯矩Mmax=1.453kN.m;
最大变形Vmax=2.896mm;
最大支座力Qmax=13.667kN;
最大应力σ=1453324.55/8980=161.84N/mm2;
托梁的抗压强度设计值[f]=205N/mm2;
托梁的最大应力计算值161.84N/mm2小于托梁的抗压强度设计值205N/mm2,满足要求!
托梁的最大挠度为2.896mm小于1200/150与10mm,满足要求!
五、模板支架立杆荷载标准值(轴力):
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
1.静荷载标准值包括以下内容:
(1)脚手架的自重(kN):
NG1=0.138×5.3=0.734kN;
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=0.35×1.2×1.2=0.504kN;
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN):
NG3=25×0.1×1.2×1.2=3.6kN;
经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=4.838kN;
2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。
经计算得到,活荷载标准值NQ=(2.5+2)×1.2×1.2=6.48kN;
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=14.877kN;
六、立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式:
其中N----立杆的轴心压力设计值(kN):
N=14.877kN;
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);
如果完全参照《扣件式规范》,按下式计算
l0=h+2a
k1----计算长度附加系数,取值为1.155;
u----计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3;u=1.73;
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;
上式的计算结果:
立杆计算长度L0=h+2a=1.5+0.1×2=1.7m;
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=14877.024/(0.537×424)=65.34N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=65.34N/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,适宜由下式计算
l0=k1k2(h+2a)
k1--计算长度附加系数按照表1取值1.185;
k2--计算长度附加系数,h+2a=1.7按照表2取值1.005;
上式的计算结果:
立杆计算长度Lo=k1k2(h+2a)=1.185×1.005×(1.5+0.1×2)=2.025m;
Lo/i=2024.573/15.9=127;
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=0.412;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=14877.024/(0.412×424)=85.163N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=85.163N/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。
以上表参照杜荣军:
《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》。
七、立杆的地基承载力计算:
立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求
p≤fg
地基承载力设计值:
fg=fgk×kc=170×0.4=68kpa;
其中,地基承载力标准值:
fgk=170kpa;
脚手架地基承载力调整系数:
kc=0.4;
立杆基础底面的平均压力:
p=N/A=14.877×0.25=59.508kpa;
其中,上部结构传至基础顶面的轴向力设计值:
N=14.877kN;
基础底面面积:
A=0.25m2。
p=59.508≤fg=68kpa。
地基承载力满足要求!
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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