某型钢悬挑脚手架计算书.doc

云南经济管理学院安宁校区外脚手架施工方案编制： 时间： 年 月 日审核： 时间： 年 月 日审批： 时间： 年 月 日昆明天舟实业（集团）第一分公司联梁型钢悬挑脚手架计算书云南经济管理学院1-7栋高层学生宿舍工程； 框架结构； 地上11层； 地下0层；建筑高度：43.65m；标准层层高：3.6m 。本工程由云南经济管理学院投资建设，西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司设计，昆明建设咨询监理公司监理，昆明天舟实业（集团）第一分公司组织施工。工程说明：本工程为云南经济管理学院1-7栋学生宿舍悬挑外架工程，本工程总高为43.65米，悬挑外架计划从标高21.6米悬挑，外挑采用16号工字钢，外挑长度为1.5米，内锚1.5米，计划使用14的钢绳斜拉。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(JGJ130-2001)、建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)、钢结构设计规范(GB 50017-2003)、建筑施工安全检查评分标准(JGJ59-99)、建筑施工高处作业安全技术规范(JGJ80-91) 以及本工程的施工图纸。 一、参数信息:1.脚手架参数双排脚手架搭设高度为 20 m，立杆采用单立杆；搭设尺寸为：立杆的纵距为 1.8m，立杆的横距为1.05m，立杆的步距为1.8 m；内排架距离墙长度为0.30 m；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 48×3.5；钢绳14；横杆与立杆连接方式为单扣件；取扣件抗滑承载力系数 1.00；连墙件布置取两步三跨，竖向间距 3.6 m，水平间距5.4 m，采用扣件连接；连墙件连接方式为双扣件；2.活荷载参数施工均布荷载(kN/m2):2.000；脚手架用途:装修脚手架；同时施工层数:2 层；3.风荷载参数本工程地处云南昆明市，查荷载规范基本风压为0.270kN/m2，风荷载高度变化系数z为1.000，风荷载体型系数s为1.130；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/m):0.1337；脚手板自重标准值(kN/m2):0.300；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.150；安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:4 层；脚手板类别:竹笆片脚手板；栏杆挡板类别:栏杆、竹笆片脚手板挡板；5.水平悬挑支撑梁悬挑水平钢梁采用16号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.5m，建筑物内锚固段长度 1.5 m。与楼板连接的螺栓直径(mm):20.00；楼板混凝土标号:C30；主梁间距相当于立杆间距的倍数:2倍；6.拉绳与支杆参数支撑数量为:1； 钢丝绳安全系数为:6.000；钢丝绳与墙距离为(m):1.500；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 1.2 m。 二、大横杆的计算:按照扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)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=0.038 kN/m ；脚手板的自重标准值:P2=0.3×1.05/(2+1)=0.105 kN/m ；活荷载标准值: Q=2×1.05/(2+1)=0.7 kN/m；静荷载的设计值: q1=1.2×0.038+1.2×0.105=0.172 kN/m；活荷载的设计值: q2=1.4×0.7=0.98 kN/m； 图1 大横杆设计荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度) 图2 大横杆设计荷载组合简图(支座最大弯矩)2.强度验算跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。跨中最大弯距计算公式如下: 跨中最大弯距为M1max=0.08×0.172×1.82+0.10×0.98×1.82 =0.362 kN.m；支座最大弯距计算公式如下: 支座最大弯距为 M2max= -0.10×0.172×1.82-0.117×0.98×1.82 =-0.427 kN.m；选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：=Max(0.362×106,0.427×106)/5080=84.055 N/mm2；大横杆的最大弯曲应力为 = 84.055 N/mm2 小于 大横杆的抗压强度设计值 f=205 N/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： 其中：静荷载标准值: q1= P1+P2=0.038+0.105=0.143 kN/m； 活荷载标准值: q2= Q =0.7 kN/m；最大挠度计算值为：= 0.677×0.143×18004/(100×2.06×105×)+0.990×0.7×18004/(100×2.06×105×) = 3.303 mm；大横杆的最大挠度 3.303 mm 小于 大横杆的最大容许挠度 1800/150 mm与10 mm，满足要求！ 三、小横杆的计算:根据JGJ130-2001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= 0.038×1.8 = 0.069 kN；脚手板的自重标准值：P2=0.3×1.05×1.8/(2+1)=0.189 kN；活荷载标准值：Q=2×1.05×1.8/(2+1) =1.260 kN；集中荷载的设计值: P=1.2×(0.069+0.189)+1.4 ×1.26 = 2.074 kN； 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与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 = 1.2×0.038×1.052/8 = 0.006 kN.m；集中荷载最大弯矩计算公式如下: Mpmax = 2.074×1.05/3 = 0.726 kN.m ；最大弯矩 M= Mqmax + Mpmax = 0.732 kN.m；最大应力计算值 = M / W = 0.732×106/5080=144.126 N/mm2 ；小横杆的最大弯曲应力 =144.126 N/mm2 小于 小横杆的抗压强度设计值 205 N/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与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: qmax=5×0.038×10504/(384×2.06×105×) = 0.024 mm ；大横杆传递荷载 P = p1 + p2 + Q = 0.069+0.189+1.26 = 1.518 kN；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: pmax = 1518.12×1050×(3×10502-4×10502/9 ) /(72×2.06×105×) = 2.484 mm；最大挠度和 = qmax + pmax = 0.024+2.484 = 2.508 mm；小横杆的最大挠度为 2.508 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 1050/150=7与10 mm,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1.00，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。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8.00 kN；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 = 0.038×1.8×2/2=0.069 kN；小横杆的自重标准值: P2 = 0.038×1.05/2=0.02 kN；脚手板的自重标准值: P3 = 0.3×1.05×1.8/2=0.284 kN；活荷载标准值: Q = 2×1.05×1.8 /2 = 1.89 kN；荷载的设计值: R=1.2×(0.069+0.02+0.284)+1.4×1.89=3.093 kN；R < 8.00 kN，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，为0.1337kN/m NG1 = 0.1337+(1.80×2/2)×0.038/1.80×20.00 = 3.442kN；(2)脚手板的自重标准值；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3kN/m2 NG2= 0.3×4×1.8×(1.05+0.3)/2 = 1.458 kN；(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15kN/m NG3 = 0.15×4×1.8/2 = 0.54 kN；(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网；0.005 kN/m2 NG4 = 0.005×1.8×20 = 0.18 kN；经计算得到，静荷载标准值 NG =NG1+NG2+NG3+NG4 = 5.62 kN；活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，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= 2×1.05×1.8×2/2 = 3.78 kN；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 = 0.27 kN/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= 1 ； Us - 风荷载体型系数：取值为1.13；经计算得到，风荷载标准值 Wk = 0.7 ×0.27×1×1.13 = 0.214 kN/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= 1.2×5.62+ 1.4×3.78= 12.036 kN；考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为 N = 1.2 NG+0.85×1.4NQ = 1.2×5.62+ 0.85×1.4×3.78= 11.242 kN；风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 为 Mw = 0.85 ×1.4WkLah2/10 =0.850 ×1.4×0.214×1.8× 1.82/10 = 0.148 kN.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 = 12.036 kN；计算立杆的截面回转半径 ：i = 1.58 cm；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 ： = 1.5 ；计算长度 ,由公式 lo = k××h 确定 ：l0 = 3.118 m；长细比 Lo/i = 197 ；轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 的计算结果查表得到 ：= 0.186 ；立杆净截面面积 ： A = 4.89 cm2；立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 5.08 cm3；钢管立杆抗压强度设计值 ：f =205 N/mm2； = 12036/(0.186×489)=132.331 N/mm2；立杆稳定性计算 = 132.331 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 f = 205 N/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 = 11.242 kN；计算立杆的截面回转半径 ：i = 1.58 cm；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 ： = 1.5 ；计算长度 ,由公式 l0 = kuh 确定：l0 = 3.118 m；长细比: L0/i = 197 ；轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 的结果查表得到 ：= 0.186立杆净截面面积 ： A = 4.89 cm2；立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 5.08 cm3；钢管立杆抗压强度设计值 ：f =205 N/mm2； = 11242.2/(0.186×489)+.289/5080 = 152.78 N/mm2；立杆稳定性计算 = 152.78 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 f = 205 N/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 = 0.214 kN/m2；每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw = 19.44 m2；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= 5.000 kN；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 = 5.813 kN；连墙件的轴向力设计值 Nl = Nlw + N0= 10.813 kN；连墙件承载力设计值按下式计算： Nf = ·A·f其中 - 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 =0.949，l为内排架距离墙的长度；又： A = 4.89 cm2；f=205 N/mm2；连墙件轴向承载力设计值为 Nf = 0.949×4.89×10-4×205×103 = 95.133 kN；Nl = 10.813 < Nf = 95.133,连墙件的设计计算满足要求！连墙件采用双扣件与墙体连接。由以上计算得到 Nl = 10.813小于双扣件的抗滑力 16 kN，满足要求！ 连墙件扣件连接示意图八、水平型钢梁的受力计算: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1050mm，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 = 1130 cm4，截面抵抗矩W = 141 cm3，截面积A = 26.1 cm2。根据前面计算结果，受脚手架作用的联梁传递集中力(即传递到支座的最大力) N=24.604 kN；水平钢梁自重荷载 q=1.2×26.1×0.0001×78.5 = 0.246 kN/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) 悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN.m) 悬挑脚手架支撑梁变形图(mm)各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为：R1 = 32.904 kN； R2 = 17.783 kN； R3 = -0.741 kN。 最大弯矩 Mmax= 3.702 kN.m；最大应力 =M/1.05W+N/A= 3.702×106 /( 1.05 × )+ 24.604×103 / 2610 = 34.43 N/mm2；水平支撑梁的最大应力计算值 34.43 N/mm2 小于 水平支撑梁的抗压强度设计值 215 N/mm2,满足要求！九、悬挑梁的整体稳定性计算: 水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下 其中b - 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算： 经过计算得到最大应力 b = 570 ×9.9×88× 235 /( 1200×160×215) =2.827；由于b大于0.6，按照钢结构设计规范(GBJ17-88)附表其值用b得到其值为0.97；经过计算得到最大应力 = 3.7×106 /( 0.97×141×1000 )=27.058 N/mm2；水平钢梁的稳定性验算 =27.058 N/mm2 小于 f = 215 N/mm2 ,满足要求!