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PKPM施工安全计算软件 施工安全计算技术 第一部分落地扣件钢管脚手架设计计算第二部分悬挑脚手架设计计算第三部分扣件钢管梁模板支撑架设计计算第四部分墙模板的设计计算第五部分柱模板的设计计算第六部分梁模板的设计计算第七部分悬挑卸料平台的设计计算 第一部分落地扣件钢管脚手架设计计算 扣件式钢管脚手架是我国目前土木建筑工程中应用最为广泛的 也是属于多立杆式的外脚手架中的一种 其特点是 杆配件数量少 装卸方便 利于施工操作 搭设灵活 能搭设高度大 坚固耐用 可多次周转 使用方便 应用扣件式钢管脚手架在设计与施工中要贯彻执行国家的技术经济政策 做到技术先进 经济合理 安全适用 确保质量 为了符合这一基本要求 所以扣件式钢管脚手架施工前 要根据规范 JGJ130 2001 以下均简称规范 1 0 4条的规定编制施工组织设计 建筑施工扣件式钢管脚手架规范 JGJ130 2001 一 规范要求设计计算书应该包括的内容 1 纵向和横向水平杆 大小横杆 等受弯构件的强度计算 2 扣件的抗滑承载力计算 3 立杆的稳定性计算 4 连墙件的强度 稳定性和连接强度的计算 5 立杆的地基承载力计算 计算强度和稳定性时 要考虑荷载效应组合 永久荷载分项系数1 2 可变荷载分项系数1 4 受弯构件要根据正常使用极限状态验算变形 采用荷载短期效应组合 二 纵向和横向水平杆 大小横杆 的计算 1 大小横杆的强度计算要满足其中M为弯矩设计值 包括脚手板自重荷载产生的弯矩和施工活荷载的弯矩 W为钢管的截面模量 f 钢管抗弯强度设计值 取205N mm2 大小横杆的挠度计算要满足 v 按照规范要求为l 150与10mm 2 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 按照大横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形 大横杆荷载包括自重标准值 脚手板的荷载标准值 活荷载标准值 二 纵向和横向水平杆 大小横杆 的计算 大横杆计算荷载组合简图 跨中最大弯矩和跨中最大挠度 大横杆计算荷载组合简图 支座最大弯矩 跨中最大弯矩计算公式如下 支座最大弯矩计算公式如下 最大挠度考虑计算公式如下 二 纵向和横向水平杆 大小横杆 的计算 3 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 在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形 小横杆的荷载包括大小横杆的自重标准值 脚手板的荷载标准值 活荷载标准值 均布荷载最大弯矩计算公式如下 集中荷载最大弯矩计算公式如下 均布荷载最大挠度计算公式如下 集中荷载最大挠度计算公式如下 三 扣件的计算 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 0kN R 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 当直角扣件的拧紧力矩达40 65N m时 试验表明 单扣件在12kN的荷载下会滑动 其抗滑承载力可取8 0kN 双扣件在20kN的荷载下会滑动 其抗滑承载力可取12 0kN 四 立杆的稳定性计算 1 静荷载标准值包括以下内容的组合 1 每米立杆承受的结构自重标准值 kN m 规范附录A 2 脚手板的自重标准值 kN m2 规范给出了冲压钢脚手板 竹串片脚手板和木脚手板的标准值 3 栏杆与挡脚手板自重标准值 kN m 规范给出了栏杆冲压钢脚手板 栏杆竹串片脚手挡板和栏杆木脚手挡板的标准值 4 吊挂的安全设施荷载 包括安全网 kN m2 通常取0 005 2 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 3 风荷载标准值应按照以下公式计算其中W0 基本风压 建筑结构荷载规范 GBJ9 Uz 风荷载高度变化系数 建筑结构荷载规范 GBJ9 Us 风荷载体型系数 考虑风荷载时 立杆的轴向压力设计值计算公式 N 1 2NG 0 85 1 4NQ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 四 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考虑风荷载时 立杆的稳定性计算公式其中N 立杆的轴心压力设计值 kN 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比l0 i的结果查表得到 I 计算立杆的截面回转半径 cm l0 计算长度 m 由公式l0 kuh确定 k 计算长度附加系数 取1 155 u 计算长度系数 由脚手架的高度确定 A 立杆净截面面积 cm2 W 立杆净截面模量 抵抗矩 cm3 MW 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩 kN m 钢管立杆受压强度计算值 N mm2 f 钢管立杆抗压强度设计值 N mm2 f 205N mm2 四 立杆的稳定性计算 说明计算长度附加系数u 反映脚手架各杆件对立杆的约束作用 综合了影响脚手架整体失稳的各种因素 偏心 施工荷载一般偏心作用脚手架上 但由于一般情况脚手架结构自重产生的最大轴向力由不均匀分配施工荷载产生的最大轴向力不会同时相遇 可以忽略施工荷载的偏心作用 内外立杆按照施工荷载平均分配计算 五 连墙件计算 连墙件的轴向力计算值应按照下式计算 Nl Nlw No其中Nlw 风荷载产生的连墙件轴向力设计值 kN Nlw 1 4 wk Awwk 风荷载基本风压值 Aw 每个连墙件的覆盖面积内脚手架外迎风面积 No 连墙件约束轴向力 kN No 5 0kN 五 连墙件计算 连墙件轴向力设计值Nf A f 连墙件如果采用扣件与墙体连接 要计算扣件的抗滑力 连墙件如果焊接方式与墙体连接 要计算焊缝的强度 第二部分悬挑脚手架设计计算 一 规范要求设计计算书应该包括的内容 1 纵向和横向水平杆 大小横杆 等受弯构件的强度计算 2 扣件的抗滑承载力计算 3 立杆的稳定性计算 4 连墙件的强度 稳定性和连接强度的计算 5 悬挑水平主梁和联梁的强度计算和按照 钢结构设计规范 整体稳定性计算 6 锚固段与楼板连接处压环 螺栓和楼板局部受压计算 7 钢丝拉绳或斜支杆的强度计算 计算强度和稳定性时 要考虑荷载效应组合 永久荷载分项系数1 2 可变荷载分项系数1 4 受弯构件要根据正常使用极限状态验算变形 采用荷载短期效应组合 二 悬臂挑梁的计算 悬臂单跨梁计算简图支座反力计算公式支座弯矩计算公式C点最大挠度计算公式其中k m l kl ml l 三 悬挑梁上面联梁的计算 按照集中荷载作用下的简支梁计算 集中荷载P为立杆的传递力 计算简图如下支撑按照简支梁的计算公式 四 悬挑主梁的计算 悬挑主梁应该按照超静定的连续梁进行计算 根据是否有锚固段来判断计算条件是铰接 压环或螺栓连接主体结构 还是固接 焊接连接主体结构 悬臂部分脚手架荷载P的作用 里端B为与楼板的锚固点 A为墙支点 水平钢梁的整体稳定性计算公式如下其中b 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数 五 水平钢梁与楼板连接计算 1 如果采用钢筋拉环 拉环强度计算 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 如果采用螺栓 螺栓粘结力锚固强度计算 其中N 锚固力 即作用于楼板螺栓的轴向拉力 d 楼板螺栓的直径 fb 楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度 h 楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度 3 如果采用螺栓 混凝土局部承压计算 其中N 锚固力 即作用于楼板螺栓的轴向拉力 d 楼板螺栓的直径 b 楼板内的螺栓锚板边长 fcc 混凝土的局部挤压强度设计值 六 钢丝绳或支杆连接计算 1 钢丝拉绳 支杆 的内力计算 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 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 2 钢丝拉绳 斜拉杆 的吊环强度计算 其中 f 为吊环受力的单肢抗剪强度 取 f 125N mm2 可以计算得到钢丝绳吊环的最小直径 第三部分梁模板支撑架设计计算 一 设计计算书应该包括的内容 1 木方的受力计算 2 纵向和横向水平杆的强度计算 3 扣件的抗滑承载力计算 4 立杆的稳定性计算 模板支架 特别是空间高 跨度大 荷载重的模板支架进行分析计算的研究和总结不多 不少工程编制的施工技术方案比较简单 二 小横杆的计算 以第二种支撑形式为例 1 荷载的计算 1 钢筋混凝土梁自重 kN m q1 2 模板的自重线荷载 kN m q2 3 活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载 kN P12 木方楞的支撑力计算 均布荷载q 1 2 q1 1 2 q2集中荷载P 1 4 P1木方楞计算简图经过计算得到从左到右各木方传递集中力分别为N1 2 345kNN2 9 494kNN3 2 345kN16 68 16 二 小横杆的计算 以第二种支撑形式为例 3 小横杆的强度计算 支撑钢管按照连续梁的计算如下很多模板支架的事故分析中发现施工组织设计的方案对于模板支架的内力分析与实际工况不符合 随意性比较大 以上面的分析为例 如果不进行连续梁的分析计算 模板支架的实际受力很不均匀 实际工况是全部竖向荷载中间立杆受力68 两边立杆受力16 有些工程的施工组织方案却把竖向荷载平均分配 显然中间立杆的安全不能满足 这种形式的支设是很不安全的 我们不建议使用 增加一根中间立杆并不能解决问题 如果没有中间立杆的脚手架设计不满足要求 可以考虑增加两排中间立杆 三 立杆的稳定性计算 规范中为保证扣件式钢管摸板支架的稳定性 支架立杆的计算长度借鉴英国标准 规定稳定性计算长度l h 2a 其中a为立杆上部伸出的悬臂段 这是为限制施工现场任意增大钢管伸出长度 保证支架的稳定性 并没有理论上的依据 例如伸出长度为0 3米 则计算长度为lo h 2 0 3 h 0 6 当步距h 1 8时 lo 2 4米 其计算长度系数u 2 4 1 8 1 33 比通常的u 1 0值提高了33 3 有利于支架的整体稳定性 但是上面的规定是针对于一般多高层建筑其层间高度不高的楼屋面混凝土结构的模板支架 为反映影响支架稳定的诸多因素 很多专家人为这个计算长度公式对用于高 大 重的模板支架适用性值得探讨 有专家认为考虑公式l kuh比较合适 杜荣军在 施工技术 2002 3 扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全 也增加了高度安全系数等等 三 立杆的稳定性计算 立杆的稳定性计算公式其中N 立杆的轴心压力设计值 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比l0 i查表 A 立杆净截面面积 cm2 如果完全参照 扣件式规范 不考虑高支撑架l0 h 2a 如果考虑到高支撑架的安全因素l0 k1uhl0 k1k2 h 2a k1 计算长度附加系数 按照表1取值为 u 计算长度系数 参照 扣件式规范 表5 3 3 a 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点长度 k2 计算长度附加系数 按照表2取值为 四 补充说明 模板承重架的节点不时刚性节点 人工不确定因素很多 力传递也不直接不规则 离散性很大 千百个扣件中有一个或几个失效 则计算长度就可能增加一倍甚至更大 轴心受压立杆的稳定系数就会急剧下降 立杆的承载力也大幅减小 立杆的受压稳定性也就很难得到保证 所以要高度重视模板承重架的构造要求 模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件 否则存在安全隐患 要确保各种杆件的布置符合规范要求 使杆件传力明确 立杆要尽可能承受轴向力 避免或减小荷载的偏心 要加强整体连接和拉结 确保整体稳定性 避免出现不稳定结构和节点可变状态 要实现构造尺寸的规范化 避免设计的随意性 模板支架工程模板及其支架 承重支模架 的安全性既对混凝土成型质量起着极重要的作用 也直接关系着施工人员的生命安全 因此 GB50204 2002 混凝土结构工程施工质量验收规范 对此作了严格的规定 模板及其支架应根据工程结构形式 荷载大小 地基土类别 施工设备和材料供应等条件进行施工组织设计 模板及其支架应具有足够的承载能力 刚度和稳定性 能可靠地承受浇筑混凝土的重量 侧压力以及施工荷载 具体要求是 1模板结构设计计算书的计算简图 荷载取值 内力分析 支架截面计算方法要合理 准确 2设计计算应包括模板支架自身及支撑模板的楼 地面承载能力等 3技术方案要包括结构模板大样及支撑体系 联接件等 4采取的技术安全措施要详细 周全 第四部分墙模板设计计算 木结构设计规范 和 钢结构设计规范 GB17 88 一 计算要求1 计算面板的强度 抗剪和挠度 2 计算内龙骨的强度和挠度 3 计算外龙骨的强度和挠度 4 计算穿墙螺栓的强度 墙模板的背部支撑由两层龙骨 木楞或钢楞 组成 直接支撑模板的龙骨为次龙骨 即内楞 用以支撑内层龙骨为主龙骨 即外楞组装成墙体模板时 通过对拉螺栓将墙体两片模板拉结 每个对拉螺栓成为主龙骨的支点 二 墙模板的面板计算 面板为受弯结构计算的原则是按照龙骨的间距和模板面的大小 按支撑在内楞上的三跨连续梁计算 1 强度计算f M W f 其中f 面板的强度计算值 N mm2 M 面板的最大弯距 N mm f 面板的强度设计值 N mm2 15N mm2 M ql2 10其中q 作用在模板上的侧压力 它包括新浇混凝土侧压力设计值和倾倒混凝土侧压力设计值 l 计算跨度 内楞间距 2 挠度计算v 0 677ql4 100EI v l 250其中q 作用在模板上的侧压力 l 计算跨度 内楞间距 三 墙模板的内龙骨计算 内楞 木或钢 直接承受钢模板传递的荷载 通常按照均布荷载的三跨连续梁计算 1 强度计算f M W f 其中f 内楞的强度计算值 N mm2 M 内楞的最大弯距 N mm f 内楞的强度设计值 N mm2 15N mm2 M ql2 10其中q 作用在模板上的侧压力 它包括新浇混凝土侧压力设计值和倾倒混凝土侧压力设计值 l 内楞计算跨度 外楞间距 2 挠度计算v 0 677ql4 100EI v l 250其中q 作用在模板上的侧压力 l 内楞计算跨度 外楞间距 四 墙模板的外龙骨计算 外楞直接承受钢模板内楞传递的荷载 通常按照集中荷载的三跨连续梁计算 1 强度计算f M W f 其中f 外楞的强度计算值 N mm2 M 外楞的最大弯距 N mm f 外楞的强度设计值 N mm2 M 0 175Pll 外楞计算跨度 穿墙螺栓水平距离 2 挠度计算v 1 146Pl3 100EI v l 250其中P 作用在模板上的侧压力 l 外楞计算跨度 穿墙螺栓水平距离 第五部分柱模板设计计算 木结构设计规范 和 钢结构设计规范 GB17 88 一 计算要求1计算木方的强度 抗剪和挠度2计算面板的强度 抗剪和挠度3计算BH方向柱箍的强度和挠度4计算BH方向对拉螺栓 二 柱摸板荷载标准值的计算 强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载 挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力 新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值 其中 混凝土的重力密度 t 新浇混凝土的初凝时间 为0时 表示无资料 取200 T 15 T 混凝土的入模温度 V 混凝土的浇筑速度m h H 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度 1 外加剂影响修正系数 无外加剂1 0 有具有缓凝作用外加剂1 2 2 混凝土坍落度影响修正系数 坍落度小于100mm 取1 1 不小于100mm取1 15 根据公式计算的新浇混凝土侧压力标准值F1 三 柱摸板面板计算 面板直接承受模板传递的荷载 计算如下1 面板强度计算支座最大弯矩计算公式跨中最大弯矩计算公式其中q为强度设计荷载 kN m d为木方的距离 2 面板挠度计算最大挠度计算公式其中q混凝土侧压力的标准值 v 面板最大允许挠度 v d 250 3 面板抗剪计算最大剪力的计算公式如下 Q 0 6qd截面抗剪强度必须满足 T 3Q 2bh T 1 40N mm2 四 柱摸板木方计算 木方直接承受面板传递的荷载 计算如下1 木方强度计算支座最大弯矩计算公式跨中最大弯矩计算公式其中q为强度设计荷载 kN m d为柱箍的距离 2 木方挠度计算最大挠度计算公式其中q混凝土侧压力的标准值 v 木方最大允许挠度 v d 250 3 木方抗剪计算最大剪力的计算公式如下 Q 0 6qd截面抗剪强度必须满足 T 3Q 2bh T 1 30N mm2 五 柱箍计算 柱箍计算简图其中P为木方传递到柱箍的集中荷载 kN 经过连续梁的计算得到最大弯矩和最大支座力 柱箍截面强度计算公式其中M 柱箍杆件的最大弯矩设计值 W 弯矩作用平面内柱箍截面抵抗矩 柱箍的强度设计值 N mm2 f 13 000 第六部分梁模板设计计算 木结构设计规范 和 钢结构设计规范 GB17 88 一 计算要求1梁底面板的强度和挠度计算2梁底木方的强度和挠度计算3梁侧面板的强度和挠度计算4大梁侧对拉螺栓的计算 二 梁底 梁侧 面板的计算 梁底模板面板按照三跨度连续梁计算 计算简图如下强度计算公式要求 f M W f 其中f 梁底模板的强度计算值 N mm2 M 计算的最大弯矩 kN m q 作用在梁底模板的均布荷载 kN m 最大弯矩计算公式如下 最大挠度计算公式如下 梁底模板的挠度计算值 v小于 v L 250 三 梁底木方的计算 梁底木方按照按照集中荷载作用的简支梁计算 计算简图如下强度计算公式要求 f M W f 其中f 梁底模板的强度计算值 N mm2 M 计算的最大弯矩 kN m P 作用在梁底木方的集中荷载 kN m 最大弯矩计算公式如下 最大挠度计算公式如下 梁底木方的挠度计算值 v小于 v L 250 第七部分悬挑卸料平台的设计计算 计算依据 建筑施工安全检查标准 JGJ59 99 和 钢结构设计规范 GB17 88 一 计算要求1次梁槽钢的强度与整体稳定性计算2主梁槽钢的强度与整体稳定性计算3钢丝拉绳与吊环的强度计算4主梁与主体结构连接的计算 包括螺栓或焊接 二 次梁的计算 1 次梁荷载计算 1 脚手板的自重标准值q1 2 最大的材料器具堆放荷载q2 3 槽钢自重荷载q3 4 施工人员活荷载P1静荷载计算值q 1 2 q1 q2 q3 活荷载计算值P 1 4 P12 内力计算内力按照集中荷载P与均布荷载q作用下的简支梁计算 计算简图如下最大弯矩M的计算公式为 二 次梁的计算 3 抗弯强度计算其中x 截面塑性发展系数 取1 05 f 钢材抗压强度设计值 f 205 00N mm2 4 整体稳定性计算其中b 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数 按照下式计算 当b大于0 6 按照 钢结构设计规范 GBJ17 88 附表其值用b 查表得到其值 三 主梁的计算 卸料平台的内钢绳按照 建筑施工安全检查标准 作为安全储备不参与内力的计算 1 荷载计算 1 栏杆与挡脚手板自重标准值q1 2 槽钢自重荷载q2静荷载计算值q 1 2 q1 q2 次梁集中荷载取次梁支座力P2 内力计算卸料平台的主梁按照集中荷载P和均布荷载q作用下的连续梁计算 悬挑卸料平台水平钢梁计算简图经过连续梁的计算得到各支座对支撑梁的支撑反力和最大弯矩 三 主梁的计算 3 抗弯强度计算其中x 截面塑性发展系数 取1 05 f 钢材抗压强度设计值 f 205 00N mm2 4 整体稳定性计算其中b 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数 按照下式计算 当b大于0 6 按照 钢结构设计规范 GBJ17 88 附表其值用b 查表得到其值 四 钢丝绳连接计算 1 钢丝拉绳 支杆 的内力计算 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 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 2 钢丝拉绳 斜拉杆 的吊环强度计算 其中 f 为吊环受力的单肢抗剪强度 取 f 125N mm2 可以计算得到钢丝绳吊环的最小直径 一 深基坑