m高双排落地式扣件式钢管脚手架计算实例.doc
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m高双排落地式扣件式钢管脚手架计算实例.doc
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50m高双排落地式扣件式钢管脚手架
计算实例与问题
中天建设集团有限公司武汉分公司
1、前言
国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001,以下简称新规范)已正式颁发,并要求自2001年6月1日起实施。
该规范对扣件式钢管脚手架的荷载、设计计算及构造要求作了统一而明确的规定,与过去一些规定和做法相比较,有不少改进与提高,脚手架的安全性与稳定性有更可靠的保证。
本文根据新规范的规定,在外挂密目安全网情况下,对常用的50m高双排落地式扣件式钢管脚手架为实例作计算。
根据以往计算,纵、横向水平杆等受弯构件φ48×3.5钢管的强度、挠度及连接扣件的抗滑承载力等,一般都能满足要求,故本计算予以简略。
2、脚手架搭设参数
用钢管φ48×3.5搭设建筑物高度为50m扣件式落地双排脚手架:
立杆横距lb=1.05m,纵距la=1.2m,步距h=1.8m;
每2步铺一层竹笆板;
施工作业层按二层计,每层施工活载为3KN/M2;
里立杆离外墙面0.4m;
小横杆二端外挑:
里侧0.3m,外侧0.15m;
距地面200mm设纵、横扫地杆;
剪刀撑应在外侧立面整个长度和高度上连续设置;
横向斜撑除拐角处应设置外,中间应每隔6跨设置一道;
外立杆里侧满挂密目安全网、封闭施工;
作业层栏杆设二层,上栏杆上皮高1.2m,中栏杆居中,挡脚板高0.18m。
连墙杆根据计算要求设置。
3、永久荷载取值:
3.1脚手架结构自重(包括立杆、纵横向水平杆,剪刀撑,横向斜撑和扣件)。
查新规范附表A-1,得
NG1K=50×0.1161=5.805KN
3.2构、配件自重,包括:
(1)竹笆板,按二步设一层计,50m高共14层,单位荷重按0.10KN/M2计;
NG2K-1=(14×1.2×1.05×0.10)/2=0.882KN
(2)栏杆挡脚板(挡脚板仅设三层),查表4.2.1-2
NG2K-2=3×0.14×1.2+11×2×1.2×0.0384=1.518KN
(3)密目安全网(自重按0.01KN/M2计)
NG2K-3=50×1.2×0.01=0.60KN
3.3永久荷载共计
NGK=5.805+0.882+1.518+0.60=8.805KN
4、可变荷载
4.1施工荷载(施工作业层按二层,每层3KN/M2计)
NQK=(3×2×1.2×1.05)/2=3.78KN/M2
4.2水平风载(标准值)
WK=0.7μZμSW0KN/M2
式中:
μZ—风压高度变化系数,按大城市近郊计,查《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)表6.2.1H=20m为1.25;H=30m为1.42;H=50m为1.67;
μS—风载体型系数,据新规范表4.2.4,全封闭脚手架,背靠开洞墙μS=1.3φ,φ为脚手架挡风系数;当步距为1.8m,纵距为1.2m,查新规范表A-3,对敞开式脚手架,φ=0.099;
W0—基本风压,上海为0.55KN/M2;
必须指出,上述脚手架挡风系数是按未挂密目安全网敞开式时的计算值,但据《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)规定,在脚手架外立杆里侧,必须满挂密目安全网以保证安全,故挡风系数必须另算。
但新规范对挂安全网时的挡风系数无规定,据《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》(修订稿),密目安全网的挡风系数为0.5,同时要考虑杆件的挡风面积的影响。
一步一跨范围脚手架杆件的挡风面积为
1.2×1.8×0.099=0.2138m2,
则一步一跨挂密目网时的总的挡风面积:
(1.2×1.8-0.2138)×0.5+0.2138=1.1869m2
总的挡风系数φ=1.1869/(1.2×1.8)=0.5495。
5、荷载组合及稳定性计算(在无风载的情况下)
50m高脚手架立杆最大垂直力设计值N
N=1.2NGK+1.4NQK=8.805×1.2+3.78×1.4=15.858KN
据新规范第5.3.3条:
杆件计算长度l0=kμh,式中,K为计算长度附加系数,取1.155;
查表5.3.3,μ=1.50,h=180cm,
则l0=1.155×1.5×180=312cm
λ=312/1.58=197.5
查表C,φ=0.185
则立杆轴向压应力f=15858/(0.185×489)
=175.29N/mm2<205N/mm2,安全。
6、在风荷载作用下荷载组合及稳定性计算
对50m脚手架虽然计算50米高处,风载最大,但垂直力相对最小;计算地面处垂直力最大,但风载很小。
故居中某处最不利,进行核算。
6.1计算30m高处:
其上部有20m。
1)永久荷载:
NG1K=20×0.1161=2.322KN
NG2K-1=6×1.2×1.05×0.10/2=0.378KN
NG2K-2=3×0.14×1.2+3×2×1.2×0.0384=0.78KN
NG2K-3=20×1.2×0.01=0.24KN
共计NGK=2.322+0.378+0.78+0.24=3.72KN
2)活荷载:
NQK=3×2×1.2×1.05/2=3.78KN
3)垂直荷载组合N=3.72×1.2+0.85×1.4×3.78=8.962KN
4)风荷载标准值:
WK=0.7×1.42×1.3×0.5495×0.55=0.391KN/M2
风载设计值:
W=0.391×1.2×0.85×1.4=0.5583KN/M
5)稳定性计算
按5.3.4条,风弯距按多跨连梁计,跨长1.8m
M=0.10×0.5583×18002=180889Nmm
组合应力f=8962/(0.185×489)+180889/(5.08×103)
=134.68N/mm2<205N/mm2,安全。
6.2计算20m高处:
其上部有30m
1)永久荷载:
NG1K=30×0.1161=3.483KN
NG2K-1=9×1.2×1.05×0.10/2=0.567KN
NG2K-2=3×0.14×1.2+6×2×1.2×0.0384=1.057KN
NG2K-3=30×1.2×0.01=0.36KN
共计NGK=3.483+0.567+1.057+0.36=5.467KN
2)综合垂直力设计值:
N=1.2×NGK+1.4×0.85×NQK
=1.2×5.467+1.4×0.85×3.78=11.0586KN
3)风载设计值
W=0.7×1.25×1.3×0.5495×0.55×1.2×0.85×1.4=0.491KN/m
4)稳定性计算
M=0.10×0.491×18002=159084Nmm
f=11058.6/(0.185×489)+159084/(5.08×103)
=153.56N/mm2<205N/mm2,安全。
6.3通过以上计算,说明在风载作用下,立杆的强度与稳定性计算,不起控制作用,其轴向压应力均小于无风时的压力。
7、连墙件的连接扣件抗滑计算
据新规范规定,连墙件必须从底层第一步纵向水平杆处开始设置;当连墙件沿墙高度每二步3.6m设一个时,全高50m共须设50/3.6=14个,其中受风力最大的连墙件高度应在13×3.6=46.8m处。
此处风载高度变化系数为1.635,按2步2跨设一连墙件时,则风载产生连墙件轴向力设计值为:
Nlw=1.4×(0.7×1.635×1.3×0.5495)×0.55×(3.6×2.4)
=5.439KN
据公式5.4.1连墙件总的轴向力设计值:
Nl=Nlw+5=5.439+5=10.439KN>8KN,不安全。
改为2步1跨设一连墙件,则
Ntw=5.439/2=2.72KN
NT=2.72+5=7.72KN<8KN,安全。
8、验算立杆采用单管时的可搭设高度
据新规范第5.3.6条,允许可搭设高度:
不组合风载时:
HS=[0.185×489×205-(1.2×3000+1.4×3780)]/(1.2×0.1161)
=69289mm
组合风载时:
HS={0.185×489×205-[1.2×3000+0.85×1.4×(3780+18088/(5.08×103)×0.185×489)]}/(1.2×0.1161)
=72235mm
则搭设高度限值
[Hs]=69.289/(1+0.001×69.289)=64.8m
规范规定单管脚手架高度不宜超过50m。
9、结论与问题
9.1计算结果表明,50m高度双排落地式扣件钢管脚手架,当横距为1.05m,纵距为1.2m,步距为1.8m时,并在满挂安全网的情况下,用单根钢管φ48×3.5时,其里、外立杆的强度与稳定性是满足新规范要求的;其下部20m(或30m)无需双根钢管。
这结果符合新规范第5.3.8条精神,即高度超过50m的脚手架,可采用双管立杆。
9.2新规范没有给出在外立杆里侧按JGJ59-99规定,必须挂密目安全网时的挡风系数。
本计算参考1998年第8期《建筑技术》所载介绍《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》(修订稿)一文,采用密目安全网时,其挡风面积可按其实围面积的50%计,并应同时计算杆件的挡风面积。
按此原则进行计算,挂密目安全网时的综合挡风系数为0.5495,而敞开式脚手架的挡风系数仅为0.099,前者是后者的5.55倍,直接影响连墙件所承受的风载。
9.3据新规范第5.4.1条规定,在连墙件的轴向力设计值Nl中,除风载产生的轴向力Nlw外,还应加上因连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0,双排架时取5KN;但表5.1.7规定,直角扣件、旋转扣件的抗滑承载力设计值总共是8KN,这样,由风载产生的轴向力Nlw必须≤3KN才允许。
按此要求设计,连墙件必须每1跨每2步设一个。
这一结果与过去常规做法出入较大,问题的所在除本计算中密目安全网的挡风系数(0.5)较大外,关键是连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0过去规定为3KN,现改为5KN,所占比重很大,这需要请主编单位解释和明确。
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