三角形钢管悬挑脚手架计算书.doc

1#公寓楼钢管悬挑脚手架计算书舟山郦城商业度假广场三期一标段公寓楼工程；属于框剪结构;地上20层;地下1层；建筑高度：62.7m；标准层层高：2.9m ；总建筑面积：28000平方米；总工期：590天；施工单位：中达建设集团股份有限公司。本工程由舟山鑫鹏实业投资有限公司投资建设，浙江省工业设计研究院设计，宁波岩土公司地质勘察，浙江江南工程建设管理有限公司监理，中达建设集团股份有限公司组织施工；由谢兴岳担任项目经理，余跃进担任技术负责人。工程说明：本工程为框剪结构公寓楼，分别为1#公寓楼，建筑层数为20层，建筑总高度62.7m，2公寓楼18层，总高度56.9m，3公寓楼18层，总高度56.9m。由于1#公寓楼北侧部分脚手架立杆基础为回填土，在基坑回填前主体结构已施工，基坑回填时，需拆除部分脚手架，为此，将二层以下脚手架拆除后，采用钢管悬挑脚手架、增加钢丝绳斜拉的方式进行施工，悬挑脚手架搭设高度为15m。脚手架搭设、拆除方案参见原脚手架设计方案。由于国家未对钢管悬挑脚手架作出相应规定，故本计算书参考施工技术2006.2期编制。一、参数信息:1.脚手架参数双排脚手架搭设高度为 15 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0.8米，立杆的步距为1.8 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 3 根；脚手架沿墙纵向长度为 40.00 米；三角形钢管支撑点竖向距离为 2.90 米；采用的钢管类型为 483.5； 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；连墙件布置取两步两跨，竖向间距 3.6 米，水平间距3 米，采用软拉硬撑连接；2.活荷载参数施工均布荷载(kN/m2):2.000；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浙江省舟山市，查荷载规范基本风压为0.850，风荷载高度变化系数z为0.740，风荷载体型系数s为1.128；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):0.1581；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:5 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；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= 0.038 kN/m ；脚手板的荷载标准值: P2= 0.31.5/4=0.112 kN/m ；活荷载标准值: Q=21.5/4=0.75 kN/m；荷载的计算值: q=1.20.038+1.20.112+1.40.75 = 1.231 kN/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 =1.2310.82/8 = 0.098 kN.m；最大应力计算值 = Mqmax/W =19.387 N/mm2；小横杆的最大弯曲应力 =19.387 N/mm2 小于 小横杆的抗压强度设计值 f=205 N/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+0.112+0.75 = 0.901 kN/m ； 最大挠度 V = 5.00.9018004/(3842.06105121900)=0.191 mm；小横杆的最大挠度 0.191 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 800 / 150=5.333 与10 mm，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= 0.0380.8=0.031 kN；脚手板的荷载标准值: P2= 0.30.81.5/4=0.09 kN；活荷载标准值: Q= 20.81.5/4=0.6 kN；荷载的设计值: P=(1.20.031+1.20.09+1.40.6)/2=0.492 kN； 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=0.080.0381.51.5=0.007 kN.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=0.4170.4921.5= 0.308 kN.m；M = M1max + M2max = 0.007+0.308=0.315 kN.m最大应力计算值 = 0.315106/5080=61.994 N/mm2；大横杆的最大应力计算值 = 61.994 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= 0.6770.03815004 /(1002.06105121900) = 0.052 mm；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：P=（0.031+0.09+0.6）/2=0.36kN V= 3.0290.3615003/ ( 100 2.06105121900 )= 1.467 mm；最大挠度和：V= Vmax + Vpmax = 0.052+1.467=1.519 mm；大横杆的最大挠度 1.519 mm 小于 大横杆的最大容许挠度 1500 / 150=10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6.40 kN；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 = 0.0380.83/2=0.046 kN；大横杆的自重标准值: P2 = 0.0381.5=0.058 kN；脚手板的自重标准值: P3 = 0.30.81.5/2=0.18 kN；活荷载标准值: Q = 20.81.5 /2 = 1.2 kN；荷载的设计值: R=1.2(0.046+0.058+0.18)+1.41.2=2.02 kN；R 6.40 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(kN)，为0.1248 NG1 = 0.1248+(0.803/2)0.038/1.8015.00 = 2.256；(2)脚手板的自重标准值(kN/m2)；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3 NG2= 0.351.5(0.8+0.3)/2 = 1.238 kN；(3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m)；采用栏杆、竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15 NG3 = 0.1551.5/2 = 0.562 kN；(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网(kN/m2)；0.005 NG4 = 0.0051.515 = 0.112 kN；经计算得到，静荷载标准值 NG =NG1+NG2+NG3+NG4 = 4.168 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= 20.81.52/2 = 2.4 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 = 0.85 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= 0.74 ； Us - 风荷载体型系数：取值为1.128；经计算得到，风荷载标准值 Wk = 0.7 0.850.741.128 = 0.497 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= 1.24.168+ 1.42.4= 8.362 kN；考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为 N = 1.2 NG+0.851.4NQ = 1.24.168+ 0.851.42.4= 7.858 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 1.40.4971.5 1.82/10 = 0.287 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 = 8.362 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 = kh 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； = 8362/(0.186489)=91.939 N/mm2；立杆稳定性计算 = 91.939 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 = 7.858 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； = 7858.2/(0.186489)+287237.419/5080 = 142.94 N/mm2；立杆稳定性计算 = 142.94 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 = 0.497 kN/m2；每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw = 10.8 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 = 1.4WkAw = 7.509 kN；连墙件的轴向力设计值 Nl = Nlw + N0= 12.509 kN；连墙件承载力设计值按下式计算： Nf = Af其中 - 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 =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 = 0.9494.8910-4205103 = 95.133 kN；Nl = 12.509 Nf = 95.133,连墙件的设计计算满足要求！连墙件拉接部分柔性钢筋的直径按下式计算： 其中 fy-为拉接柔性钢筋的抗拉强度取：210N/mm2 A-拉接柔性钢筋的截面积按照两个截面计算A=59.569mm2 N-拉接柔性钢筋上承受的拉应力(kN) d-拉接柔性钢筋的直径(mm)d =6.158mm由以上计算得到柔性拉接钢筋的最小直径d = 6.158mm。 八、三角形钢管悬挑支撑计算: 在竖向荷载作用下，计算简图如下 1、上图所示竖向荷载P1、P2由脚手架立杆所传，作用在三角形钢管悬支撑上各个杆件内力和各个支点的支座反力计算如下：（1）三角形钢管悬支撑的各杆件轴力：NBD 8.362(0.502+2.902)0.5/2.908.486 kN；NCD 8.362(0.50+0.80)2+2.9020.5/2.909.164 kN；NBC 8.362(0.50+0.80)/ 2.903.749 kN；NAB 8.3620.50/2.90 +3.7495.190 kN；（2）三角形钢管悬支撑的各支点的支座反力：RAH(拉力)5.190 kN；RDH(压力)5.190 kN；RDVP1+P216.724 kN。2、三角形钢管悬支撑中水平杆ABC中的力，除由P1、P2产生的轴力NAB外，还有P1、P2产生的压屈剪力NV和风荷载引起的水平力NW。（1）由P1、P2产生的压屈剪力NV： Nv=Pi/(85)=16.724/(850.207 )= 0.951 kN； =(2900.0002+500.0002)0.5/(1.58010)=186；式中 为立杆稳定系数，根据查表得 = 0.207 。（2）风荷载引起的NW：计算风荷载 qw=1.4(0.7zsWo) =1.4(0.70.7401.1280.850)3.000 =2.086 kN/mLa-连墙件横向距离,取3.00 m；以连墙杆作为支点，在风荷载作用下，按四跨连续梁计算，边支座反力：R =0.393qwL=0.3932.0863.60= 2.951 kN；L-连墙件竖向距离,取 3.60 m；风荷载给三角悬挑脚手架水平杆的力NW计算：NW2R=5.902 kN。3、三角悬挑的杆件和节点设计（1）水平杆AB 轴拉力NABNAB+NV+NW= 5.190+0.951+5.902= 12.043 kN；钢管的拉应力： NAB /A= 12.043103/(4.890100) =24.628 N/mm2；AB杆的拉应力24.63N/mm2 小于 205 N/mm2 满足要求！（2）BD杆NBD8.486 kN，BD的长度2.943 m,在BD杆中点设EF支撑，则BD的计算长度l0计算如下：l0= 2.943103/21.1551699.460 mm；l0/i1699.460/15.800 108； 根据值查表的0.530；M=NBDe；其中依据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范：e53mm。M = 8.48610353 = 449735.705 N.mm ；根据钢结构规范规定m取1； NEX=2EA(1.12) =22.060105489.000/(1.11082) = 77488.210 N ； BD杆压弯稳定性按下式计算： 8.486103/(0.530489.000)+1449735.705/(5080.000(1- 8.4861030.530 /77488.210) =126.727 N/mm2； BD杆的压应力126.73N/mm2 小于 205 N/mm2 满足要求！（3）CD杆 NCD9.164 kN，CD的长度3.178 m,在CD杆中点设EF支撑，则