钢管落地脚手架计算书南方.docx
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钢管落地脚手架计算书南方.docx
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钢管落地脚手架计算书南方
钢管落地脚手架计算书(南方地区)
编者:
吉工 2009-03-22
扣件式钢管落地脚手架的计算依据:
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)(2002版)
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)、
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006年版)
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等编制。
吉工注:
计算书作为单独的章节并入专项方案内;这里的依据亦并入专项方案的编制依据
一、参数信息:
1.脚手架参数
双排脚手架搭设高度为24m,立杆采用单立杆;
搭设尺寸为:
横距Lb为1.05m,纵距La为1.5m,大小横杆的步距为1.5m,底步高度1.7m;
内排架距离墙长度为0.30m;
大横杆在上,搭接在小横杆上的大横杆根数为2根;
采用的钢管类型为Φ48×3.5;
连墙件采用一层三跨,竖向间距(层高)3.0m,水平间距4.5m,采用扣件连接;
连墙件连接方式为单扣件;
吉工注:
1、《扣规》6.4.4,对高度24m以上的双排脚手架,必须采用刚性连墙件和建筑物可靠连接;
2、浙江省关于“《建筑施工安全检查标准(JGJ59-99)实施意见(试行)”(以下简称《浙见》)四
(一)3条:
搭设高度超过25m且不足50m的外架,应采用双钢管立杆或缩小间距等加强措施……;
3、根据以上两点,建议24米以下采用落地式钢管脚手架,24米以上采用双立杆脚手架或悬挑脚手架或其它;
4、《扣规》第6.3.6条:
立杆顶端宜高出女儿墙上皮1m,高出檐口上皮1.5m;以此来确定搭设高度;
5、连墙件间距,要和结构形式和施工情况相符,竖向间距以层高较符合现在的实际情况;几步一连墙,适合以前的砖混结构;软件至2009版本只有几步几跨连墙的选择,要人工修改;
6、《扣规》6.4.2,连墙件的布置宜靠近主节点设置,偏离主节点的距离不应大于300mm;因连墙位置常在楼层处,所以步距的整数倍等于层高较为合适;底层因人员进出,其步距可取1.8~2m,当然也可仅在入口处采取专门措施;
2.活荷载参数
施工均布活荷载标准值:
3.000kN/m2;脚手架用途:
结构脚手架;
同时施工层数:
2层;
3.静荷载参数
每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m):
0.1394;
脚手板自重标准值(kN/m2):
0.150;栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):
0.150;
安全设施和安全网(kN/m2):
0.005;
脚手板类别:
竹笆片脚手板;栏杆挡板类别:
竹笆片脚手板挡板;
每米脚手架钢管自重标准值(kN/m):
0.038;
脚手板铺设总层数:
15;
吉工注:
1、挡脚板,工地好象很难看到,但计算还是考虑;
2、竹笆片和竹串片脚手板是不一样的,竹笆片脚手板要求大横杆在小横杆上,荷载是通过大横杆传给小横杆,再传给立杆,南方地区常采用;竹串片脚手板要求小横杆在大横杆上,是通过小横杆将荷载传给大横杆,大横杆再将力传给立杆的,这种方法北方地区常采用;竹笆片自重标准值按PKPM取值0.15kN/m2,有的软件按0.3kN/m2,接近竹串片的标准值,偏大;
3、《浙见》四(五)1条:
25m以下建筑物的外脚手架除操作层以及操作层的上下层、底层、顶层必须满铺外,还应在中间至少满铺一层。
25m以上建筑物的外架应层层铺设脚手片。
装饰阶段必须层层满铺脚手片;
《扣规》7.3.12条:
4、自顶层作业层的脚手板往下计,宜每隔12m满铺一层脚手板
北方地区的竹串片脚手板按上叙的25m以下的做法;南方地区的竹笆片脚手板一般是层层铺设;
竹串片又叫竹跳板,一般300x24x3.0cm
4、竹笆片脚手板铺设层数为总高除以步距减1(注意悬挑架不减1),本案=24/1.5-1=15层;
5、现在的脚手架在主体结构施工阶段只起临边围护作用;主要是装饰阶段用;但本案脚手架仍按主体阶段计算,北方地区按铺设6层竹串片脚手板,南方地区按层层铺设竹笆片脚手板;注意要以当地的具体做法为准,如有的地方采用木脚手板;
二、大横杆的计算:
按照《扣规》第5.2.4条规定,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。
将大横杆上面的脚手板自重和施工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;
脚手板的自重标准值:
P2=0.15×1.05/3=0.052kN/m;
活荷载标准值:
Q=3×1.05/3=1.050kN/m;
静荷载标准值:
q1=P1+P2=0.038+0.052=0.091kN/m;
静荷载的设计值:
q1=1.2×(0.038+0.052)=0.109kN/m;
活荷载的设计值:
q2=1.4×1.050=1.470kN/m;
恒荷载布置图
求跨中最大弯矩和跨中最大挠度的活载布置图
求支座最大弯矩的活载布置图
2.强度验算
跨中最大弯距计算公式如下:
M1max=0.08q1l2+0.10q2l2
支座最大弯距计算公式如下:
M2max=-0.10q1l2-0.117q2l2
跨中最大弯距为M1max=(0.08×0.109+0.10×1.470)×1.52=0.350kN·m;
支座最大弯距为M2max=(-0.10×0.109-0.117×1.470)×1.52=-0.412kN·m;
选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算:
σ=0.412×106/5080=81.008N/mm2;
大横杆的计算应力小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度验算:
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:
νmax=(0.677q1l4+0.990q2l4)/100EI
最大挠度计算值为:
ν=(0.677×0.091+0.990×1.050)×1500.04/(100×2.06×105×121900.0)=2.220mm
大横杆的最大挠度小于1500.0/150和10mm,满足要求!
三、小横杆的计算:
根据《扣规》第5.2.4条规定,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作为小横杆集中荷载,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=0.038×1.5=0.058kN;
脚手板的自重标准值:
P2=0.150×1.05×1.5/3=0.079kN;
活荷载标准值:
Q=3×1.05×1.5/3=1.575kN;
集中荷载的设计值:
P=1.2×(0.058+0.079)+1.4×1.575=2.369kN;
小横杆计算简图
2.强度验算
最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载和大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和;
均布荷载最大弯矩计算公式如下:
Mqmax=ql2/8
集中荷载最大弯矩计算公式如下:
Mpmax=Pl/3
最大弯矩M=(1.2×0.038)×1.0502/8+2.369×1.050/3=0.835kN.m
最大应力计算值σ=M/W=0.835×106/5080.0=164.442N/mm2;
小横杆的计算应力小于205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度验算
最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载和大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和;
小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:
νqmax=5ql4/384EI
νqmax=5×0.038×10504/(384×2.06×105×121900)=0.024mm;
集中荷载标准值P=p1+p2+Q=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计算公式如下:
νpmax=Pl(3l2-4l2/9)/72EI
νpmax=1711.350×1050.0×(3×1050.02-4×1050.02/9)/(72×2.06×105×121900.0)=2.800mm
最大挠度和ν=νqmax+νpmax=0.024+2.800=2.824mm;
小横杆的最大挠度为2.824mm,小于小横杆的最大容许挠度1050/150=7和10mm,满足要求!
四、扣件抗滑力的计算:
纵向或横向水平杆和立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照《扣规》式5.2.5计算:
R≤Rc
其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN;
R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
大横杆的自重标准值:
P1=0.038×1.5×4/2=0.114kN;
小横杆的自重标准值:
P2=0.038×1.35/2=0.026kN;
脚手板的自重标准值:
P3=0.150×1.05×1.5/2=0.118kN;
活荷载标准值:
Q=3×1.05×1.5/2=2.363kN;
荷载的设计值:
R=1.2×(0.114+0.026+0.118)+1.4×2.363=3.618kN;
R<8.00kN,单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
吉工注:
1、《扣规》7.3.6条,双排脚手架横向水平杆的靠墙一端至墙装饰面的距离不宜大于100mm;
2、小横杆两端应固定在立杆上,端头伸出立杆净长度不小于100mm;(实际有时并没有达到100)
3、根据以上两条,小横杆的长度最小为=立杆横距+(内排架距离墙长度-0.100)+0.100=1.05+0.3=1.35m;
4、《扣规》6.2.3条、7.3.12条,脚手板应铺满、铺稳,离开墙面120~150mm;
5、当脚手板铺在大横杆上,即大横杆在上时,小横杆和立杆连接,大横杆和小横杆连接;而实际中我看到的是:
大横杆和小横杆都和立杆相连;这样的问题是:
脚手板底和中间大横杆上表面不在一水平面上,要人为的扎固,竹巴片处于预应力状态;
6、有的软件:
“按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编,P96页,双扣件承载力设计值取16.00kN,乘以扣件抗滑承载力系数(试验值/8kN),为该工程实际的双扣件承载力取值”;
《扣规》单扣件抗滑承载力是8kN,双扣件承载力简单地乘以2取16kN,不妥;上下两扣件的承载力是不均匀的……;
《扣规》3.2.1条,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;不符合规定就不要用;……
7、PKPM软件说:
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。
这个说法较科学;
《DB33/1035-2006》5.4.2条:
R≤8.0kN时,可采用单扣件;8.0kN<R≤12.0kN时,应采用双扣件;R>12.0kN时,应采用可调托座;
五、脚手架立杆荷载计算:
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,查《扣规》表A-1,纵距1.5、步距1.5,为0.1394kN/m
NG1=[0.1394+(1.50×2/2)×0.038/1.50]×24.00=4.258kN;
(2)脚手板的自重标准值;采用竹笆片脚手板,标准值为0.15kN/m2
NG2=0.15×15×1.5×(1.05+0.3)/2=2.278kN;
(3)栏杆和挡脚手板自重标准值;采用竹笆片脚手板挡板,标准值为0.15kN/m
NG3=0.15×15×1.5=3.375kN;
(4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网:
0.005kN/m2
NG4=0.005×1.5×24=0.18kN;
经计算得到,静荷载标准值
NG=NG1+NG2+NG3+NG4=10.091kN;
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=3×1.05×1.5×2/2=4.725kN;
不组合风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+1.4NQ=1.2×10.091+1.4×4.725=18.724kN;
组合风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×10.091+0.85×1.4×4.725=17.732kN;
吉工注:
1、每米立杆承受的结构自重标准值,《扣规》表A-1适用于小横杆在上,大横杆在下的北方地区。
我们简单复核一下就知,以本案为例:
纵距1.5m,步距1.5m,小模杆长1.35m,剪刀撑0.325×1.5×1.5=0.73m,
每米立杆自重=(大横杆1.5×4/2+立杆1.5+小横杆1.35/2+剪0.73)×0.0384/1.5=0.151kN/m,大于0.1394;
2、对于大横杆在小横杆之上,在计算每米立杆自重时,增加中间大横杆的重量=(纵距×中间大横杆根数/2)×0.038/步距;这样比较妥当;
3、本案里立杆离墙300mm,用竹笆片铺设这个位置是要悬挑150~180mm,很不妥当;《浙江省建筑施工现场安全质量标准化管实用手册》要求里立杆离墙小于等于200mm;这样里立杆至墙就可以不铺脚手板了;所以:
南方地区,内排架离墙距离选150~200mm;不用铺竹笆片;
北方地区,内排架离墙距离选300mm,刚好放一块跳板;
4、计算立杆荷载时,还是考虑内排架离墙宽度铺脚手板,故本案在计算NG2时横杆间距1.05加上了0.3;严格来说悬挑部分的荷载主要加在里立杆上,剪刀撑安全网荷载加在外立杆上,按排架或框架结构计算;因太复杂了,这里采取了简单地大平均;
5、栏杆和挡脚手板这里没有除以2,全部传给了外立杆;
风荷载标准值按照以下公式计算
Wk=0.7μz·μs·ω0
其中ω0--基本风压(kN/m2),按照《GB50009-2001》(2006年版)n=50年,浙江椒江:
ω0=0.55kN/m2;
μz--风荷载高度变化系数,按照(GB50009-2001)(2006年版)C类、4.7m高:
μz=0.74;
μs--风荷载体型系数:
μs=1.3×(0.5+0.5×φ)=1.3×(0.5+0.5×0.095)=0.712;
φ--为敞开式脚手架挡风系数 ,查《扣规》表A-3为0.095;
经计算得到,风荷载标准值为:
Wk=0.7×0.55×0.74×0.712=0.203kN/m2;
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为:
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.203×1.5×1.72/10=0.105kN·m;
吉工注:
1、关于基本风压:
《扣规》4.2.3条,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ9)的规定采用;
(GBJ9)已被GB50009--2001取代;现行的是《建筑结构荷载规范》(GB50009--2001)(2006年版)(以后简称《荷规》),该规范又在修订中;
《荷规》7.1.2,基本风压应按本规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用,但不得小于0.3kN/m2,我将在模板支架计算中作进一步的解释;
2、立杆验算是最底部,风荷载产生的立杆弯矩是按三跨连续梁计算的,所以风荷载高度变化系数的高度取第三步顶点高度,本案高为=第一步1.7+1.5+1.5=4.7m;
但是,计算连墙件时,风荷载高度变化系数应按搭设高度查表;若是悬挑脚手架时,应按地面到连墙最高点的高度查表;
3、 风荷载体型系数,参照《建筑技术》1999年第8期《脚手架结构的设计规定和计算方法》,安全网按实际围立面积的50%计,即:
挡风系数φ=(1-φ1)×50%+φ1=0.5+0.5φ1(φ1为敞开式脚手架挡风系数 );
六、立杆的稳定性计算:
1、不组合风荷载时,立杆的稳定性计算按《扣规》公式5.3.1-1
N/(φA)≤ f
其中 N——立杆的轴向力设计值,N=18.724kN;
i——计算立杆的截面回转半径,i=1.58cm;
k——计算长度附加系数,按《扣规》第5.3.3条取1.155
μ ——计算长度系数,查《扣规》表5.3.3,m=1.500;
l0——计算长度(m),按《扣规》5.3.3,l0=kmh=1.155×1.500×1.700=2.945m;
A——立杆净截面面积,A=4.890cm2;
W——立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.080cm3;
λ——长细比,λ=l0/i=2945/16=184;
φ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比查《扣规》附录C,得到0.211;
f——钢管立杆抗压强度设计值,按《扣规》表5.1.6采用;
N/(φA)=18724/(0.211×489)=181.471N/mm2< f=205.00N/mm2;
不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算满足要求!
2、组合风荷载时,立杆的稳定性计算按《扣规》公式5.3.1-2
N/(φA)+MW/W≤ f
立杆的轴心向力设计值:
N=17.732kN;
N/(φA)+MW/W=17732/(0.211×489)+105000/5080=192.526N/mm2<f=205.00N/mm2;
组合风荷载时,立杆的稳定性计算满足要求!
吉工注:
1、轴心受压构件的稳定系数,当λ>250时,φ=7320/λ2;这里的φ是稳定系数而不是挡风系数;
2、《扣规》4.3.2,在基本风压等于或小于0.35kN/m2的地区,对于仅有栏杆和挡脚板的敞开式脚手架,当每个连墙点覆盖的面积不大于30m2,构造符合本规范第6.4节规定时,验算脚手架立杆的稳定性,可不考虑风荷载作用;
3、以前在本章之后,计算“最大搭设高度”,我把它取消了;为什么?
因为最大高度计算公式是根据稳定性计算公式推导出来的;是为了帮助我们确定在什么高度情况下,采用单立杆或双立杆或其它;说白了,满足了本章就满足了它;
PKPM和品茗软件到2009版本是计算最大搭设高度的;
单立杆搭设最大高度:
浙江规定25m,上海规定30m;《扣规》规定50m;我建议24m; 我将在双立杆计算中作进一步的解释;
七、连墙件的稳定性计算:
连墙件的轴向力设计值按照《扣规》公式5.4.1计算:
Nl=Nlw+N0
连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算,24m,C类查表μz=1.00,
Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7×1.00×0.712×0.55=0.274kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=3×(1.5×3)=13.5m2;
按《扣规》5.4.1条,N0=5.000kN;
风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN),按《扣规》公式5.4.2计算:
Nlw=1.4×Wk×Aw=1.4×0.274×13.5=5.179kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=5.179+5.000=10.179kN;
连墙件承载力设计值按下式计算:
Nφ=φ·A·[φ]
其中φ--轴心受压立杆的稳定系数;
由长细比l/i=300/15.8的结果查表得到φ=0.949,l为内排架距离墙的长度;
连墙件轴向承载力设计值为Nφ=0.949×4.89×10-4×205×103=95.133kN;
Nl=10.179 连墙件采用双扣件和墙体连接。 由以上计算得到Nl=10.179小于双扣件的抗滑力12kN,满足要求! 连墙件连接示意图 吉工注: 1、双扣件的抗滑承载力前面以说过,取12kN而不是8×2=16kN; 2、这里的双扣件和前面说的双扣件及模板中的双扣件是不一样的。 模板双扣件仅承受向下的单向力,这里的双扣件要承受左右双向的力,所以连墙件采用双扣件实际上是三扣件,一处连墙件就要六个扣件; 3、在实际工作中,连墙件计算可以按不同的高度分别计算;象本案,分别按20m以下和20m以上计算;本案20m以下采用1层2跨一连墙,单扣件能满足要求,20m以上采用双扣件;这也算是方案优化吧? 根据《扣规》,24m以下也可采用拉筋和顶撑配合的方式; 4、关于连墙件的多种形式,另案叙述; 八、立杆的地基承载力计算: 立杆地基础承载力按《扣规》式5.5.1、式5.5.2计算 p≤fg fg=fgk×kc 其中 N——上部结构传至基础顶面的轴向力设计值(kN);N=18.724 A——基础底面面积(m2);A=0.25(夯实地基面上要求全现浇100厚C15的素砼垫层) p——立杆基础底面的平均压力(kN/m2),p=N/A=74.724 kc——脚手架地基承载力调整系数;kc=1 fgk——地基承载力标准值;fgk=130.00 fg——地基承载力设计值(kN/m2);fg=130×1=130.00 p=74.724kPa<fg=130kPa。 地基承载力满足要求! 100厚C15混凝土垫层抗冲切验算应满足下式: N≤0.7φth(D+h)p 式中 ft——混凝土轴心抗拉强度设计值; D——支座板底面直径; h——砼垫层厚度。 N=18.724<0.7φth(D+h)p=0.7×0.91×100×(48+100)×3.14/1000=29.603kN 满足要求! 吉工注: 1、 fgk新规范为fak—叫地基承载力特征值(标准值),由荷载试验、或原位测试或公式计算确定。 不得以,可以按原《建筑地基基础设计规范》GBJ7—89附录五及第6.3.2条的规定采用。 查GBJ7-89表6.3.2-2压实填土fgk取130kPa; 2、 立杆的基础是什么? 以前文明施工不是很重视,也没有“现场标化”这个概念;脚手架是在回填土上,垫木板或脚手板,在垫板上支立杆,有的还有底座;所以,立杆的基础是垫板,或底座; 这些所谓的基础,受施工及外界的影响,地基承载力要乘以调整系数予以降低,基础的底面积就是垫板的面积;当多立
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