建筑安全课程设计扣件式钢管脚手架设计方案.docx
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建筑安全课程设计扣件式钢管脚手架设计方案
题目:
御道工程扣件式钢管脚手架设计方案
目录
一、设计说明…………………………………………………………………1
1.1设计依据……………………………………………………………1
1.1.1设计目的……………………………………………………1
1.1.2设计参考资料………………………………………………1
1.2现场情况……………………………………………………………1
1.3施工状况……………………………………………………………1
二、工程概况…………………………………………………………………2
三、脚手架工程设计及搭设参数……………………………………………2
3.1脚手架工程设计……………………………………………………2
3.1.1设计原则……………………………………………………2
3.1.2设计方案……………………………………………………2
3.2脚手架搭设参数……………………………………………………2
3.2.1主楼…………………………………………………………3
3.2.2配套用房……………………………………………………3
四、脚手架的荷载计算与设计………………………………………………3
4.1主楼脚手架设计……………………………………………………3
4.1.1悬挑双排外脚手架…………………………………………3
4.1.1.1悬挑架荷载的取值与组合……………………………4
4.1.1.2水平悬挑梁设计………………………………………6
4.1.2立杆稳定性计算……………………………………………8
4.1.3连墙件计算…………………………………………………10
4.1.4双排外落地脚手架设计……………………………………11
4.2配套用房脚手架设计……………………………………………14
4.2.1荷载取值及设计……………………………………………14
4.2.2立杆稳定性计算……………………………………………15
5、扣件式脚手架安全技术搭设安全技术措施及要求…………………16
5.1脚手架搭设的安全技术措施……………………………………16
5.2脚手架上施工作业的安全技术措施……………………………17
5.3脚手架拆除的安全技术措施……………………………………17
5.4立杆搭设措施……………………………………………………17
5.5纵、横(小横杆)向水平杆搭设措施…………………………18
5.6连墙杆、剪刀撑、横向支撑、抛撑搭设措施…………………18
5.7门洞处搭设措施…………………………………………………19
5.8斜道搭设措施……………………………………………………19
5.9防雷避电措施……………………………………………………20
5.10扣件安装的要求…………………………………………………20
5.11铺设脚手板的要求………………………………………………20
5.12洞口临边防护棚的搭设(根据实际情况调整)………………20
5.13水平封闭防护棚…………………………………………………21
5.14其它安全要求……………………………………………………21
5.15脚手架的使用规定………………………………………………22
六、注意事项………………………………………………………………23
御道工程扣件式钢管脚手架设计
一、设计说明
1.1设计依据
1.1.1设计目的
使学生比较全面系统地掌握建筑施工安全技术的措施、方法和有关技能,提高学生分析并解决建筑施工安全生产中的实际问题的能力。
使学生更好的熟悉和掌握专业课本《建筑安全技术与管理》中有关脚手架的基本概念和主要的设计流程,主要了解以下重点;
1、了解脚手架的组成和功能;
2、熟悉脚手架的种类及其功能;
3、掌握脚手架的搭建和拆除的流程;
4、掌握脚手架的计算和基本参数;
5、了解脚手架各种材料的规范
6、熟悉脚手架的安全管理条例
1.1.2设计参考资料
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)
《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)
《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91)
《扣件式钢管脚手架计算手册》
《建筑施工手册》(第四版)
《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)
《钢结构设计规范》(GB50017-2002)
1.2现场情况
御道工程位于北京市通州区密集的建筑群城市中心(C类地区),交通便利,地形平坦,属平原地区;地下水位较低,对该工程无影响;最低气温为-20℃,最高温度为36℃,典型的温带季风气候,四季分明;主导风向为西北风,风力一般在六级以下。
1.3施工状况
御道工程周边交通便利,西面场地平整,加修一条临时运输通道,进入施工现场方便;施工用电从10KV三华线0117号杆“T”接400KVA配电变压器供基建用电;现场的生活及消防临时水源来自北侧市政临时水源;施工现场场地较宽,小型预制构件在现场预制。
施工机械、设备、劳动力已全部落实。
御道工程平面组合变化大,因而造成轴线复杂,施工难度较大。
御道工程建筑立面造型变化多,装饰线条多,交叉作业情况多,给安全工作带来很大的压力。
因此,应当加强安全防护措施,严抓安全管理工作。
二、工程概况
北京市通州区商务文化中心行政办公业务用房、配套用房工程由行政办公业务用房和配套用房工程组成,其中行政办公业务用房建筑面积102249平方米,地上83244平方米,地下19005平方米;配套用房建筑面积36015平方米,地上20928平方米,地下15087平方米。
商务文化中心行政办公业务用房主楼建筑高度43.2米;主楼地上10层,地下1层;建筑耐火等级一级;抗震设防烈度6度;屋面防水等级二级,采用高分子防水卷材,防水层耐用年限15年;地下室防水等级为一级。
配套用房工程建筑高度23.85米,地上5层,地下1层;建筑耐火等级一级;抗震设防烈度6度;屋面防水等级二级,采用高分子防水卷材,防水层耐用年限15年;地下室防水等级为一级。
三、脚手架工程设计与搭设参数
3.1脚手架工程设计
3.1.1设计原则
本工程考虑到施工工期、质量、安全和合同要求,故在选择方案时,应充分考虑以下几点:
1、架体的结构设计,力求做到结构要安全可靠,造价经济合理。
2、在规定的条件下和规定的使用期限内,能够充分满足预期的安全性和耐久性。
3、选用材料时,力求做到常见通用、可周转利用,便于保养维修。
4、结构选型时,力求做到受力明确,构造措施到位,升降搭拆方便,便于检查验收;
5、扣件式单排架不宜超过24m,双排架不宜超过50m,且单排架经济合理;
6、综合以上几点,脚手架的搭设,还必须符合《建筑施工安全检查标准》要求,要符合北京市文明工地的有关标准。
3.1.2设计方案
结合以上脚手架设计原则,同时结合本工程的实际情况,综合考虑了以往的施工经验,决定采用以下脚手架方案:
本工程主楼五层以下采用全封闭双排外落地脚手架,六层以上采用全封闭悬挑双排外脚手架,计划在六层楼面设工字钢悬挑并加设钢丝绳斜拉结构。
3.2脚手架工程搭设参数
脚手架钢管选用φ48×3.5;外挑工字钢采用I18,长度约为3.0米;固定工字钢在楼面上用1φ12和1φ16的圆钢,距外墙边0.2米设置1φ12的钢筋套环,距外墙边1.3米设置1φ16的钢筋套环。
立杆纵向间距为1.8米,内立杆距外墙0.35米,外立杆距外墙面为1.4米,大横杆间距为1.5米,小横杆长度为1.5米。
脚手架与建筑物的连墙拉结在两步三跨内采用拉撑结合的方式,拉筋用1φ10的钢筋,顶撑用φ48×3.5钢管,或者采用φ48×3.5钢管固定在内立杆上。
3.2.1主楼
主楼1层4.7m,2—5层4×4=16m,则1—5层总高度为20.7m,对立杆稳定性进行计算与验算;
主楼6—9层的悬挑架高4×4=16m,加上10层的高度5m及高出屋面的女儿墙高度为1.5m,则悬挑架的总高度为:
(16+5+1.5)m=22.5m。
故按照22.5m计算悬挑架荷载,并对水平悬挑梁的强度、刚度、稳定性等进行验算。
3.2.2配套用房
立杆纵向间距为1.8米;立杆距外墙0.8米;大横杆间距为1.5米,小横杆长度为1.5米;
1层5m,5层5.5m,2—4层3×4.45=13.35m,则总高度为23.85m,对立杆稳定性进行计算与验算。
4、脚手架的荷载计算与设计
4.1主楼脚手架设计
4.1.1悬挑双排外脚手架
4.1.1.1悬挑架荷载的取值与组合
悬挑脚手架计算简图
(1)计算基数.
计算高度:
H=22.5m,步距:
h=1.5m,立杆纵距:
La=1.8m,立杆横距:
Lb=1.05m,内立杆至墙距:
Lc=0.35m,外立杆至墙距Ld=1.40m.
钢管自重:
G1=37.70N/m;栏杆、挡脚板自重G2=140N/m;安全网自重:
G3=3.40N/m2;安全平网自重:
G4=4.87N/m2,装饰施工活荷载:
qk=2000.00N/m2;木脚手板自重:
G5=350.00kN/m2。
(2)脚手架结构自重。
脚手架结构自重NG1K(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件):
查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)附表A-1得:
架体每米高度一个立杆纵距的自重gk1=149.50N/m。
NG1K=Hgk1=(22.5×149.50)N=3363.75N
(3)构配件自重。
包括内力杆和外力杆的计算。
1)外立杆,包括以下几项计算:
①木脚手板(按3层考虑)
NG2K-1=3LaLbG5/2=(3×1.8×1.05×350.00/2)N=992.25N
②防护栏杆、挡脚板(按3层考虑)
NG2K-2=3LaG2=(3×1.8×140)N=756.00N
③安全网(立网按1层考虑,平网按3层考虑)
NG2K-3=HLaG3+3LaLbG4/2
=(22.5×1.8×3.4+3×1.8×1.05×4.87/2)N=151.51N
④纵向横杆(搁置脚手板用,按3层考虑)
NG2K-4=3LbG1/2=(3×1.05×37.70/2)N=59.38N
⑤合计
NG2K=(992.25+756+151.51+59.38)N=1959.14N
2)内立杆,包括以下几项计算:
①木脚手板(按3层考虑)
NG2K-1=3LaLbG5/2+3LaLcG5
=(3×1.8×1.05×350.00/2+3×1.8×0.35×350.00)N=1653.75N
②纵向横杆(搁置脚手板用,按3层考虑)
NG2K-2=3LbG1/2+3LcG1=(3×1.05×37.70/2+3×0.35×37.70)N=98.97N
③合计
NG2K=(1653.75+98.97)N=1752.72N
(4)施工均布活荷载(按装饰阶段2层同时施工考虑)
1)外立杆:
NQK外=2LaLbqk/2=(2×1.8×1.05×2000.00/2)N=3780.00N
2)内立杆:
NQK内=2LaLbqk/2+2LaLcqk
=(2×1.8×1.05×2000.00/2+2×1.8×0.35×2000.00)N=6300.00N
(5)垂直荷载组合(不考虑风荷载)
1)外立杆:
N1=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK外
=1.2×(3363.75+1959.14)N+1.4×3780.00N=11679.468N
2)内立杆:
N2=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK内
=1.2×(3363.75+1752.72)N+1.4×6300N=14959.764N
4.1.1.2水平悬挑梁设计
悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN.m)
悬挑脚手架支撑梁剪力图(kN)
悬挑脚手架支撑梁变形图(mm)
本工程水平悬挑型钢梁采用I18,长3.0m,在6层楼面上预埋1φ12、1φ16的圆钢对工字钢进行背焊固定。
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2002)规定进行下列计算与验算。
计算模型:
按照悬挑梁进行计算,验算悬挑梁时,不再计算斜拉钢丝绳的承载力,而将之作为附加安全承载力考虑。
(1)I18截面特性.
对x轴的净截面抵抗矩:
Wx=185×103mm3,惯性矩:
Ι=1660×104mm4;
自重:
q=241.40N/m;
弹性模量:
E=206×103N/mm2;
翼缘宽度:
b=94mm,翼缘平均厚度:
δ=10.7mm,高度:
h=180mm。
(2)最大弯矩.
Mmax=N1Ld+N2Lc+qh/2
=(11679.468×1.4+14959.764×0.35+241.40×1.5/2)N=21768.22N·m
(3)强度验算.
σ=Mmax/(γxWx)
式中γx——截面发展系数,对I形截面,查表得:
γx=1.05;
Wx——对x轴的净截面抵抗矩,查表得:
Wx=185×103mm3;
对Q235,其抗弯强度设计值:
f=205N/mm2。
σ=[21768.22×103/(1.05×185×103)]N/mm2
=112.06N/mm2<f=205N/mm2,故是安全的。
(4)整体稳定验算.
根据《钢结构设计规范》(GBJ17-1988)的规定,轧制普通槽钢受弯要考虑整体稳定问题。
按该规范附录,本悬臂梁跨长1.4m折算成简支梁,其跨度L1为2×1.4=2.8m,按下列公式计算整体稳定系数ψ:
ψ=(570bδ/L1h)235/σs
=[570×94×10.7/(2.8×1000×180)]×235/215=1.24
则悬挑梁弯曲应力为:
σ=Mmax/(ψWx)
=[21768.22×103/(1.24×185×103)]=94.89N/mm2<f=205N/mm2
结论:
安全。
(5)刚度验算.
ω=N1(Lb+Lc)3/3EI+N2Lc2(Lb+Lc+100)×[3-Lc/(Lb+Lc+100)]/6EI+q(Lb+Lc+100)4/8EI
式中N1、N2——作用于水平悬挑梁上的内、外立杆荷载(KN);
E——弹性模量,E=206×103N/mm2;
对Q235钢,其抗弯强度设计值:
f=205N/mm2。
ω=N1(Lb+Lc)3/3EI+N2Lc2(Lb+Lc+100)×[3-Lc/(Lb+Lc+100)]/6EI+q(Lb+Lc+100)4/8EI
=11679.468×(1050+350)3/(3×2.06×105×1660×104)+14959.764×3502×(1050+350+100)×[3-350/(1050+350+100)]/(6×2.06×105×1660×104)+0.2414×(1050+350+100)4/(8×2.06×105×1660×104=(3.12+0.37+0.04)mm=3.53mm (5)I18后部锚固钢筋设计. 1)锚固钢筋的承载力验算. 锚固选用1φ16圆钢预埋在平板上,吊环承受的拉力为: N3=Mmax/1.3=(21768.22/1.3)N=16744.78N 吊环承受的拉应力为: σ=N/A=N3/A =[16744.78/(3.14×82)]N/mm2=65.03N/mm2<[σ]=215N/mm2,满足要求。 2)锚固钢筋的焊缝验算. σ=F/(LWδ) 式中F——作用于锚固钢筋上的轴心拉力设计值,F=N3=16744.78N; LW——焊缝的计算长度,取LW=(40-10)mm=30mm; δ——焊缝的计算厚度,取8mm。 σ=[16744.78/(30×8)]N/mm2=69.77N/mm2<[σ]=160N/mm2,满足要求。 7)结论. 综上所述,当挑梁采用I18时,其强度、挠度、稳定性均符合要求。 4.1.2立杆稳定性计算 1.无风荷载时,立杆稳定性计算: N/(ФA)≤f 式中N——计算立杆最大垂直力设计值,取N=N2=14959.764N; Ф——轴心受压构件的稳定系数。 根据长细比λ查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)附录C表C,根据第5.3.3条规定: 立杆计算长度L0=kμh=(1.155×1.5×150)cm=260cm,长细比λ=L0/i(钢管回转半径)=260/1.58=164.56,查附录C,Ф=0.260,立杆的截面面积,查附录B表采用: A=489mm2。 立杆稳定性计算: N/(ФA)=[14959.764/(0.26×489)]N/mm2=117.66N/mm2 2.在风荷载作用下,立杆稳定性计算: N/(ФA)+MW/W≤f 式中MW——由风荷载设计值产生的弯矩,按规范(5.3.4)式计算; W——钢管立杆的截面模量,查附录B的表B,采用: W=5.08cm3; (1)由风荷载产生的弯矩计算 1)水平风荷载标准值ωk ωk=0.7μzμsω0 式中μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001): C类地区,高度为43.2m(脚手架最高处)的风压高度变化系数可得: μz=1.1684; μs——脚手架风荷载体型系数,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第4.2.4条规定,φ=1.2AN/AW其中AN为挡风面积,AW为迎风面积,通过查资料分析知AN/AW=0.54,则φ=0.648,根据上述规范查表4.2.4背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为为1.3φ,即: μs=1.3×0.648=0.8424; ω0——基本风压。 根据《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)规定: ω0=0.45kN/m2 水平风荷载标准值ωk=0.7×1.1684×0.8424×0.45=0.31KN/m2 2)由风荷载产生的弯矩计算 MW=0.85×1.4×ωkLah2/10 =(0.85×1.4×0.31×1.8×1.52/10)kN·m=0.15kN·m (2)立杆稳定性计算. N/(ФA)+MW/W =[117.66+0.15×106/(5.08×103)]N/mm2=147.19N/mm2 4.1.3连墙件计算 连墙构造对外脚手架的安全至关重要,必须引起高度重视,确保架体稳固。 连墙拉筋用1φ10钢筋拉到剪力墙上,顶撑用φ48×3.5钢管,水平距离5.40m,竖向距离为3.00m。 由风荷载产生的连墙件轴向力设计值: Niw=1.4ωkAw=(1.4×0.31×3×5.4)kN=7.03kN 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0,对双排脚手架取5.00KN,连墙件轴向力设计值 Ni=Niw+N0=(7.03+5.00)kN=12.03kN 1φ10拉筋的承载力: N=[fy]s=(210×3.14×52)kN=16.485kN>Niw>12.03KN, 所以连墙件拉筋用1φ10筋满足要求。 根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》可知,一个直角或旋转扣件的抗滑设计值为8.00kN。 由此可见,在两步三跨内采用φ48×3.5钢管固定在内立杆上,同时每个结点需要两个直角或旋转扣件同时工作(也就是每个结点的抗滑力满足16.485kN)。 连墙件构件连接示意图 4.1.4双排外落地脚手架设计 落地脚手架正立面图 脚手架侧立面图 (1)计算基数: 1层4.7m,2—5层4×4=16m,则1—5层总高度为20.7m, 计算高度: H=20.7m,步距: h=1.5m,立杆纵距: La=1.8m,立杆横距: Lb=1.05m,内立杆至墙距Lc=0.35m,外立杆至墙距Ld=1.40m. 钢管自重: G1=37.70N/m;栏杆、挡脚板自重: G2=140N/m;安全立网自重: G3=3.40N/m2;安全平网自重: G4=4.87N/m2,装饰施工活荷载: qk=2000.00N/m2;木脚手板自重: G5=350.00kN/m2。 (2)脚手架结构自重NG1K。 (包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件): 查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)附表A-1得: 架体每米高度一个立杆纵距的自重gk1=149.50N/m。 NG1K=Hgk1=(20.7×149.50)N=3094.65N (3)构配件自重 内力杆 ①木脚手板(按3层考虑) NG2K-1=3LaLbG5/2+3×LaLcG5 =(3×1.8×1.05×350.00/2+3×1.8×0.35×350.00)N=1653.75N ②纵向横杆(搁置脚手板用,按3层考虑) NG2K-2=3LbG1/2+3LcG1 =(3×1.05×37.70/2+3×0.35×37.70)N=98.97N ③合计 NG2K=(1653.75+98.97)N=1752.72N (4)施工均布活荷载(按装饰阶段2层同时施工考虑) 内立杆 NQK内=2LaLbqk/2+2LaLcqk =(2×1.8×1.05×2000.00/2+2×1.8×0.35×2000.00)N=6300N (5)垂直荷载组合(不考虑风荷载) 内力杆 N2=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK内 =[1.2×(3094.65+1752.72)+1.4×6300]N=14636.84N (6)立杆稳定性计算 1)无风荷载时,立杆稳定性计算: N/(ФA)≤f 式中N——计算立杆最大垂直力设计值,取N=N2=14636.84N; Ф——轴心受压构件的稳定系数。 根据长细比λ查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001)附录C表C,根据第5.3.3条规定: 立杆计算长度L0=kμh=(1.155×1.5×150)cm=260cm,长细比λ=L0/i(钢管回转半径)=260/1.58=164.56,查附录C,Ф=0.260,立杆的截面面积,查附录B表,采用: A=489mm2。 立杆稳定性计算: N/(ФA)=[14636.84/(0.26×489)]N/mm2=115.12N/mm2 2)在风荷载作用下,立杆稳定性计算: N/(ФA)+MW/W≤f 式中MW——由风荷载设计值产生的弯矩,按规范(5.3.4)式计算; W——钢管立杆的截面模量,查附录B的表B: W=5.08cm3; ①由风荷载产生的弯矩计算 A.水平风荷载标准值ωk ωk=0.7μzμsω0 式中μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001): C类地区,高度为20.6m(脚手架最高处)的风压高度变化系数
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