悬挑脚手架计算书.docx
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悬挑脚手架计算书
普通型钢悬挑脚手架搭设方案
1、建筑及结构特征
中心商务区安置社(C1地块)7-a#、裙房及车库工程;属于框架剪力墙结构;地上22层(裙房3层);地下2层;建筑高度:
73.15米;地下一层层高3米,地下二层层高:
3.3米,夹层3.5米,一层至二层层高:
3.9米,三层层高3.6米,四层至二十二层层高2.9米;总建筑面积:
22000平方米;建筑安全等级:
二级,耐火等级:
二级,建筑抗震:
丙类,抗震设防烈度:
7度,设计使用年限:
50年。
2、建筑地点特征
本工程由日照市城市建设投资有限公司投资建设,青岛腾远设计事务所有限公司设计,日照市城乡建设勘察测绘院有限公司作地质勘察,日照日星建设监理有限公司监理,日照东泰建筑工程有限公司组织施工,由薛发斌担任项目经理,由丁淑洋担任技术负责人。
该工程位于日照市文登路东、淄博路南,现场地形较平坦,交通便利。
3、工程施工特征
工期目标:
本工程合同工期为750天,自2012年3月1日开工,2014年3月20日完成工程并交付。
型钢悬挑扣件式钢管脚手架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等规范编制。
一、参数信息:
1.脚手架参数
双排落地式脚手架搭设高度为20.1米。
悬挑脚手架从六层顶起悬挑至十二层顶,悬挑脚手架搭设高度为17.4米,从十二层顶至十八层顶,悬挑脚手架搭设高度为17.4米,从十八层顶至设备间悬挑脚手架搭设高度为16.1米,立杆采用单立杆。
搭设尺寸为:
立杆的纵距为1.5米,立杆的横距为0.95米,立杆的步距为1.5米;
内排架距离墙长度为0.30米;
小横杆在上,搭接在大横杆上的小横杆根数为2根;
脚手架沿墙纵向长度为150米;
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0.80;
连墙件布置取两步三跨,竖向间距3米,水平间距4.5米,采用扣件连接;
连墙件连接方式为双扣件连接;
2.活荷载参数
施工均布荷载(kN/m2):
3.000;脚手架用途:
结构脚手架;
同时施工层数:
2层;
3.风荷载参数
本工程地处山东省日照市,查荷载规范基本风压为0.400,风荷载高度变化系数μz为0.740,风荷载体型系数μs为0.645;
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/m2):
0.1394;
脚手板自重标准值(kN/m2):
0.350;栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):
0.140;
安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):
0.005;脚手板铺设层数:
6层;
脚手板类别:
竹夹板;栏杆挡板类别:
栏杆、竹夹板挡板;
5.水平悬挑支撑梁
悬挑水平钢梁采用18号槽钢,其中建筑物外悬挑段长度1.5米,建筑物内锚固段长度2.3米。
与楼板连接的螺栓直径(mm):
20.00;
楼板混凝土标号:
C30;
6.拉绳与支杆参数
支撑数量为:
1;
钢丝绳安全系数为:
8.000;
钢丝绳与墙距离为(m):
3.000;
悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结,最里面面钢丝绳距离建筑物1.2m。
二、小横杆的计算:
小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算,小横杆在大横杆的上面。
按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。
1.均布荷载值计算
小横杆的自重标准值:
P1=0.038kN/m;
脚手板的荷载标准值:
P2=0.35×1.5/3=0.175kN/m;
活荷载标准值:
Q=3×1.5/3=1.5kN/m;
荷载的计算值:
q=1.2×0.038+1.2×0.175+1.4×1.5=2.356kN/m;
小横杆计算简图
2.强度计算
最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩,
计算公式如下:
最大弯矩Mqmax=2.356×0.952/8=0.266kN.m;
最大应力计算值σ=Mqmax/W=52.322N/mm2;
小横杆的最大弯曲应力σ=52.322N/mm2小于小横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
3.挠度计算:
最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度
荷载标准值q=0.038+0.175+1.5=1.713kN/m;
最大挠度V=5.0×1.713×9504/(384×2.06×105×121900)=0.724mm;
小横杆的最大挠度0.724mm小于小横杆的最大容许挠度950/150=6.333与10mm,满足要求!
三、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,小横杆在大横杆的上面。
1.荷载值计算
小横杆的自重标准值:
P1=0.038×0.95=0.036kN;
脚手板的荷载标准值:
P2=0.35×0.95×1.5/3=0.166kN;
活荷载标准值:
Q=3×0.95×1.5/3=1.425kN;
荷载的设计值:
P=(1.2×0.036+1.2×0.166+1.4×1.425)/2=1.119kN;
大横杆计算简图
2.强度验算
最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的弯矩和。
均布荷载最大弯矩计算:
M1max=0.08×0.038×1.5×1.5=0.007kN.m;
集中荷载最大弯矩计算公式如下:
集中荷载最大弯矩计算:
M2max=0.267×1.119×1.5=0.448kN.m;
M=M1max+M2max=0.007+0.448=0.455kN.m
最大应力计算值σ=0.455×106/5080=89.592N/mm2;
大横杆的最大应力计算值σ=89.592N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
3.挠度验算
最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和,单位:
mm
均布荷载最大挠度计算公式如下:
大横杆自重均布荷载引起的最大挠度:
Vmax=0.677×0.038×15004/(100×2.06×105×121900)=0.052mm;
集中荷载最大挠度计算公式如下:
集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度:
小横杆传递荷载P=(0.036+0.166+1.425)/2=0.814kN
V=1.883×0.814×15003/(100×2.06×105×121900)=2.06mm;
最大挠度和:
V=Vmax+Vpmax=0.052+2.06=2.112mm;
大横杆的最大挠度2.112mm小于大横杆的最大容许挠度1500/150=10与10mm,满足要求!
四、扣件抗滑力的计算:
按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN,按照扣件抗滑承载力系数0.80,该工程实际的旋转单扣件承载力取值为6.40kN。
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6.40kN;
R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
小横杆的自重标准值:
P1=0.038×0.95×2/2=0.036kN;
大横杆的自重标准值:
P2=0.038×1.5=0.058kN;
脚手板的自重标准值:
P3=0.35×0.95×1.5/2=0.249kN;
活荷载标准值:
Q=3×0.95×1.5/2=2.137kN;
荷载的设计值:
R=1.2×(0.036+0.058+0.249)+1.4×2.137=3.405kN;
R<6.40kN,单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
五、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(kN),为0.1394
NG1=[0.1394+(0.95×2/2)×0.038/1.50]×17.50=2.865;
(2)脚手板的自重标准值(kN/m2);采用竹夹板,标准值为0.35
NG2=0.35×6×1.5×(0.95+0.3)/2=1.969kN;
(3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m);采用栏杆、竹夹板挡板,标准值为0.14
NG3=0.14×6×1.5/2=0.63kN;
(4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网(kN/m2);0.005
NG4=0.005×1.5×17.5=0.131kN;
经计算得到,静荷载标准值
NG=NG1+NG2+NG3+NG4=5.595kN;
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=3×0.95×1.5×2/2=4.275kN;
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=0.4kN/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=0.74;
Us--风荷载体型系数:
取值为0.645;
经计算得到,风荷载标准值
Wk=0.7×0.4×0.74×0.645=0.134kN/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=1.2×5.595+1.4×4.275=12.699kN;
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×5.595+0.85×1.4×4.275=11.801kN;
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.134×1.5×
1.52/10=0.054kN.m;
六、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=12.699kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.58cm;
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,取块1.0;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
μ=1.5;
计算长度,由公式lo=k×μ×h确定:
l0=2.599m;
长细比Lo/i=164;
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=0.262;
立杆净截面面积:
A=4.89cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=5.08cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=12699/(0.262×489)=99.12N/mm2;
立杆稳定性计算σ=99.12N/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=11.801kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.58cm;
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=1.5;
计算长度,由公式l0=kuh确定:
l0=2.599m;
长细比:
L0/i=164;
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=0.262
立杆净截面面积:
A=4.89cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=5.08cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=11801.37/(0.262×489)+53674.772/5080=102.679N/mm2;
立杆稳定性计算σ=102.679N/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=0.134kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=13.5m2;
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=5.000kN;
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=2.526kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=7.526kN;
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l0/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;
又:
A=4.89cm2;[f]=205N/mm2;
连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.949×4.89×10-4×205×103=95.133kN;
Nl=7.526 连墙件采用双扣件与墙体连接。 由以上计算得到Nl=7.526小于双扣件的抗滑力12.8kN,满足要求! 连墙件扣件连接示意图 八、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。 本方案中,脚手架排距为950mm,内排脚手架距离墙体300mm,支拉斜杆的支点距离墙体为1200mm, 水平支撑梁的截面惯性矩I=934.5cm4,截面抵抗矩W=116.8cm3,截面积A=25.15cm2。 受脚手架集中荷载N=1.2×5.595+1.4×4.275=12.699kN; 水平钢梁自重荷载q=1.2×25.15×0.0001×78.5=0.237kN/m; 悬挑脚手架示意图 悬挑脚手架计算简图 经过连续梁的计算得到 悬挑脚手架支撑梁剪力图(kN) 悬挑脚手架支撑梁变形图(mm) 悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN.m) 各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为 R[1]=15.905kN; R[2]=10.497kN; R[3]=-0.103kN。 最大弯矩Mmax=2.08kN.m; 最大应力σ=M/1.05W+N/A=2.08×106/(1.05×116800)+ 0×103/2515=16.959N/mm2; 水平支撑梁的最大应力计算值16.959N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求! 九、悬挑梁的整体稳定性计算: 水平钢梁采用16号槽钢,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=570×10×65×235/(1200×160×235)=1.93 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0.924。 经过计算得到最大应力σ=2.08×106/(0.924×116800)=19.274N/mm2; 水平钢梁的稳定性计算σ=19.274小于[f]=215N/mm2,满足要求! 十、拉绳的受力计算: 水平钢梁的轴力RAH和拉钢绳的轴力RUi按照下面计算 其中RUicosθi为钢绳的拉力对水平杆产生的轴压力。 各支点的支撑力RCi=RUisinθi 按照以上公式计算得到由左至右各钢绳拉力分别为: RU1=17.13kN; 十一、拉绳的强度计算: 钢丝拉绳(支杆)的内力计算: 钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU均取最大值进行计算,为 RU=17.13kN 如果上面采用钢丝绳,钢丝绳的容许拉力按照下式计算: 其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力(kN); Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN), 计算中可以近似计算Fg=0.5d2,d为钢丝绳直径(mm); α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数,对6×19、6×37、6×61钢丝绳分别取0.85、0.82和0.8; K--钢丝绳使用安全系数。 计算中[Fg]取17.13kN,α=0.82,K=8,得到: 经计算,钢丝绳最小直径必须大于19mm才能满足要求! 钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环强度计算 钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N,为 N=RU=17.13kN 钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为 其中[f]为拉环受力的单肢抗剪强度,取[f]=125N/mm2; 所需要的钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环最小直径D=(1713.028×4/3.142×125)1/2=14mm; 十二、锚固段与楼板连接的计算: 1.水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环,拉环强度计算如下: 水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=0.103kN; 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=[103.238×4/(3.142×50×2)]1/2=1.147mm; 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以上搭接长度。 2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,螺栓粘结力锚固强度计算如下: 锚固深度计算公式: 其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向拉力,N=0.103kN; d--楼板螺栓的直径,d=20mm; [fb]--楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度,计算中取1.27N/mm2; [f]--钢材强度设计值,取215N/mm2; h--楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度,经过计算得到h要大于 103.238/(3.142×20×1.27)=1.294mm。 螺栓所能承受的最大拉力F=1/4×3.14×202×215×10-3=67.51kN 螺栓的轴向拉力N=0.103kN小于螺栓所能承受的最大拉力F=67.51kN,满足要求! 3.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,混凝土局部承压计算如下: 混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式: 其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向压力,N=10.497kN; d--楼板螺栓的直径,d=20mm; b--楼板内的螺栓锚板边长,b=5×d=100mm; fcc--混凝土的局部挤压强度设计值,计算中取0.95fc=11.9N/mm2; 经过计算得到公式右边等于115.26kN,大于锚固力N=10.50kN,楼板混凝土局部承压计算满足要求! 十三、外脚手架搭设的安全技措施 1、外脚手架立杆基础外侧应挖排水沟,以防雨水浸泡地基。 2、钢管脚手架应有尽有设置避雷针,分置于外架四角立杆之上,并连通大横杆,形成避雷网络,并检测接地电阻不大于30欧姆。 3、脚手架不得搭设在距离外电架空线路的安全距离内,并做好可靠的安全接地处理。 4、外脚手架必须及时维修加固,以达到坚固稳定,确保施工安全。 5、外脚手架严禁钢竹、钢木搭设,禁止扣件、绳索、铁丝等混用。 6、外脚手架搭设人员必须持证上岗,并正确使用安全帽、安全带、穿防滑鞋。 7、严格控制施工荷载,脚手板不得集中堆料施荷,施工荷载不得大于2KN/m2. 8、控制扣件螺栓拧紧力矩,采用扭力扳手,扭力矩应控制在40-50Nm范围内。 9、严禁脚手板存在探头板,铺设脚手板以及多层作业时,应尽量使施工荷载内、外传递平衡。 10、保证脚手架的整体性,不得与井架、升降机一并拉接,不得截断架体。 十四、外脚手架拆除的安全技术措施 1、拆架前,全面检查拟拆脚手架,根据检查结果,拟定出作业计划,报请批准,进行技术交底后才准工作。 作业计划一般包括: 拆架的步骤合方法、安全措施、材料堆放地点、劳动组织安排等。 2、拆架时应划分作业区,周围设绳绑围栏或竖立警戒标志,地面应专人指挥,禁止非作业人员进入。 3、拆架的高处作业人员应戴安全帽、系好好全带、扎裹图腿、穿软底防滑鞋。 拆架程序应遵守由上而下,先搭后拆的原则,即先拆拉杆、脚手板、剪刀撑、斜撑,尔后拆小横杆、大横杆、立杆等,并按一步一清原则依次进行。 严禁上下同时进行拆架作业。 4、拆立杆时,要先抱住立杆再拆开最后两个扣。 拆除大横杆、斜撑、剪刀撑时,应先拆中间扣件,然后托住中间,再解端头扣。 5、连墙杆应随拆除进度逐层拆除,拆抛撑时,应用临时撑支住,然后才能拆除。 6、拆除时要统一指挥,上下呼应,动作协调,当解开与另一人由关的结扣时,应先通知对方,以防坠落。 7、拆架时严禁碰撞脚手架附近电源线,以防触电事故。 8、在拆架时,不得中途换人,如必须换人时,应将拆除情况交代清楚后方可离开。 9、拆下的材料要徐徐下运,严禁抛掷。 运至地面的材料应按指定地点随拆随运,分类堆放,当天拆当天清,拆下的扣件和铁丝要集中回收处理。
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