悬挑架方案1.doc

中建三局一公司技术部悬挑架设计方案 悬挑式钢管脚手架设计计算方案（示例）据现行脚手架设计规范，当建筑物高度超过50m时，落地搭设的扣件式钢管脚手架就不能满足要求了。此时，可以用悬挑架分段搭设的办法来解决。悬挑架的种类一般有：三角形钢架、斜撑钢管加吊杆、下撑式挑梁钢架、挑梁加吊杆、挑梁等。各类悬挑架的设计计算分两部分，一部分为架体的设计，第二部分为悬挑架部分的设计。例如某高层建筑总高H=88m，标准层高3.0m，在离地面高度为19.6m 处开始，分段搭设悬挑脚手架，分段高度为18m，立杆横距lb=1.05m，内立杆离墙距离0.25m，立杆纵距la=1.5m，步距h=1.8m，每段脚手架10 步，连墙件按二步三跨设置，同时作业层数为1层，活荷载Qk=3.0KN/，竹笆脚手片，每段满铺4 步。脚手架钢管采用483.5mm，悬挑梁采用16 号工字钢，悬挑长度为l=1.40m，同时每四层设有吊索卸荷。第一部分、 悬挑脚手架架体设计1、 基本设计数据：立杆纵距 la=1.5米；立杆横距 lb=1.05米；步距 h=1.8米，中间设拦腰杆；外剪刀撑450600连续设置。脚手架每米立杆承受的结构自重标准值：gk=0.1248 KN/m脚手板采用竹串片脚手板自重标准值QP1=0.35KN/m2栏杆、挡板自重标准值QP2=0.14KN/m2密目式安全立网为2300目/100cm2, 自重标准值QP3=0.005KN/m2荷载考虑分段卸荷15.5钢丝绳斜拉（4层、9层、14层分三段卸荷），卸荷前超搭按三层考虑。2、 荷载计算：i、 脚手架结构自重标准值产生的轴向力：NG1K=HSgk=730.1248=3.483KNii、 构配件自重标准值产生的轴向力：NG2K=0.5（lb+a1）laQP1+ la QP2+ la QP3H=(0.51.351.530.35+0.141.22+1.50.00521) =1.641KNiii、 施工荷载标准值产生的轴向力总和：NQK=0.5（lb+a1）laQK=0.51.351.56=6.075KN3、 设计校核内容。3.1、 纵向、横向水平杆抗弯强度及挠度3.1.1、 验算横向水平杆抗弯强度及挠度。1） 抗弯强度验算：作用横向水平杆线荷载标准值qk=(3+0.35) 0.75=2.5125KN作用横向水平杆线荷载设计值q=1.20.350.75+1.430.75=3.455KN最大弯矩：Mmax=qlb2/8=3.4551.052/8=0.476KN/M= Mmax/W=0.476106/5.08103=93.7N/mm2f=205 N/mm22） 挠度计算：v=l/150与10mm= = =1.58mm=7mm3.1.2、 纵向水平杆与立杆连接时，其扣件的抗滑承载力计算。1） 抗弯强度验算：由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值F=抗弯强度： f=205满足要求2） 挠度计算：由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值：Fk=挠度：满足要求3） 验算扣件的抗滑承载力。直角扣件、旋转扣件抗滑承载力设计值：查规范RC=8KN纵向水平杆通过扣件传给立杆竖向力设计值：满足要求！3.2、 立杆的稳定性计算。1） 验算长细比：查规范表：=1.5长细比=，K=1时， =1.5180/1.58=171210K=1.155时 =197210，=0.1862） 计算风荷载设计值对立杆段产生的弯矩；=0.35KN/=1.67=1.3=1.30.868=1.1284=0.7=0.71.671.12840.35=0.463 KN/=0.851.4=0.851.4/10=0.267KNm3） 组合风载时：N=1.2(NG1K+NG2K)+0.851.4NQK=1.2(3.483+1.641)+0.851.46.075=13.38KN组合风荷载时：+=+=147+53=200 N/mm2f=205 N/mm24） 不组合风荷载时：N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4NQK=1.2（3.483+1.641）+1.46.075=14.654KN=161N/mm2f=205 N/mm2满足要求!3.3、 连墙杆计算。1） 扣件连接抗滑承载力验算：连墙杆均匀布置，受风荷载作用最大的连墙杆应在脚手架的最高部位，计算按55米考虑，施工地区为基本风压0.35KN/M2，城市郊区，风压高度变化系数取1。=0.7=0.711.12840.35=0.277 KN/连墙件的轴向力设计值：NL=NLW+NO=1.4AW+5=1.40.27721.831.5+5=11.282RC=16KN采用双扣件：即连墙件采用直角扣件与脚手架的内外排立杆连接连墙件与建筑物连接时，应在建筑物的内外墙面附加短管处各加两只直角扣件扣牢。即可满足要求。2） 连墙杆稳定承载力验算：脚手架及附加的腔内、外侧短钢管上,因此连墙杆的计算长度可取脚手架距墙距离,即l0=0.5m,长细比(查冷弯薄壁型钢结构技术规范)=0.912 N/2f满足要求3.4、 立杆地基承载力计算。上部结构（卸荷后按5层计算）传至地面的轴向力设计值为N=12.72KN木垫板作用强度取0.5m,基础底面积A=0.50.3=0.15地基承载力设计值(地基为承台底标高,做10厚砼垫层,立杆下用截面30050木垫板通长铺设,地基承载力标准值fgk=230KN/):fg=Kcfgk=0.4230=92KN/立杆基础底面的平均压力KN/fg=92KN/ 满足要求3.5、 分段卸荷时钢丝绳、预埋吊环计算。1） 分段卸荷处钢丝绳验算:i、 拉索计算选用15.5钢丝绳,规格619(钢丝绳强度极限1400Mpa),钢丝绳被拉断力总和Pa=125KN,换算系数a=0.85,安全系数K=6.A、最不利荷载tg1= tg2= B、拉索荷载:C 、钢丝绳的容许拉力= 符合要求ii、 预埋吊环验算吊环荷载: 吊环拉力强度: 满足要求!吊环抗拔力验算: 满足要求!iii、 扣件抗滑验算:吊拉处立杆设双扣件,则 满足要求!吊拉处水平横杆抗滑: 满足要求!第二部分、 悬挑架设计悬挑架的主要构件为钢梁，应按钢结构设计规范（GB50017-2003）进行设计，包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、整体稳定性、挠度和端部锚固连接强度等验算。钢梁的设计计算步骤和公式如下：1.1、 抗弯强度式中 Mx,My-绕x轴和y 轴的弯矩（对于工字形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴，单位为N.mm4）;Wnx,Wny-对x 轴和y 轴的截面抵抗矩（mm3）;x, y-截面塑性发展系数：对于工字形截面，x=1.05, y=1.20；对于箱形截面，x=1.05, y=1.05；对其他截面可按钢结构设计规范GB50017-2003表5.2.1 采用；f-钢材的抗弯强度设计值（N/mm2）1.2、 抗剪强度式中 V-计算截面沿腹板平面作用的剪力（N）;S-计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩（mm3）；I-毛截面积惯性矩；tw-腹板厚度；fv-钢材抗剪强度设计值（N/mm2）。1.3、 腹板边缘局部强度验算1.3.1、 局部承压强度式中 F-集中荷载（N）；-集中荷载增大系数，此处=1.0；lz-集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度（mm），按下式计算：lz=a+5hy（a-集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，hy-梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离，单位均为mm）。f-钢材的抗压强度设计值（N/mm2）。1.3.2、 折算应力在某些情况下，比如在梁的同一部位有较大的弯曲应力剪应力和局部压应力c时，应按最大形状改变能量强度理论计算折算应力eq满足要求。规范计算公式为：式中、c为腹板计算高度边缘同一点上同时产生的弯曲正应力、剪应力和局部压应力，按材料力学公式计算。11=1.1(、c同号或有一为零时)1=1.2（、c异号时）1.3.3、 整体稳定式中 Mx-绕强轴作用的最大弯矩（N.mm）；Wx-按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩（mm3）；b-梁的整体稳定性系数。按钢结构设计规范GB50017-2003 附录B 确定。1.3.4、 挠度式中 v-挠度v-容许挠度，悬挑受弯杆件，v=l/400（按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程JGJ130-2001 规定选用）。2、 计算示例2.1、 脚手架搭设参数例如某高层建筑总高H=88m，标准层高3.0m，在离地面高度为19.6m 处开始，分段搭设悬挑脚手架，分段高度为18m，立杆横距lb=1.05m，内立杆离墙距离0.25m，立杆纵距la=1.5m，步距h=1.8m，每段脚手架10 步，连墙件按二步三跨设置，同时作业层数为1层，活荷载Qk=3.0KN/，竹笆脚手片，每段满铺4 步。脚手架钢管采用483.5mm，悬挑梁采用16 号工字钢，悬挑长度为l=1.40m。2.1.1、 483.5 钢管，截面性质如下：截面面积 A=489mm2截面惯性距 I=1.219105mm4截面模量 W=5.08103 mm3弹性模量 E=2.06105N/mm2回转半径 i=15.8mm抗压、抗弯强度设计值f=205N/mm22.1.2、 16 号工字钢，截面性质如下：截面面积 A=2611mm2腹板厚度 tw=6mm截面惯性距 Ix=1.127107mm4截面模量 Wx=1.409105 mm3弹性模量 E=2.06105N/mm2回转半径 ix=65.7mm iy=18.9mm半截面面积矩Sx=8.08104 mm3梁自重 q=0.205KN/m抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2抗剪强度设计值fv= 125N/mm22.1.3、 其他设计参数基本风压值0=0.45 kN/m2。采用密目式安全立网，全封闭2.2、 荷载标准值计算2.2.1、 结构自重标准值g1k=0.1248kN/m （按双排脚手架查JGJ130-2001）2.2.2、 竹脚手片自重标准值：g2k=0.35kN/m2 （查JGJ130-2001 得到）2.2.3、 施工均布活荷载：qk=3 kN/m2 （查JGJ130-2001 得到）2.2.4、 风荷载标准值式中 z风压高度变化系数，查建筑结构荷载规范，地面粗糙度类别C类，并用插入法得37.6 米为1.10s脚手架风荷载体型系数，密目式立网的挡风系数计算，目前规范提供的计算依据不足。哈尔滨建筑工程学院研究结果表明：对于网目密度不低于800 目/100cm2 的密目网，挡风面积与迎风面积比值为An/Aw=0.54 （ 含脚手架钢管挡风面积） ， 挡风系数=1.2An/Aw=1.20.54=0.648。式中：An 为挡风面积；Aw 为迎风面积。（引自建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算）因此（JGJ130-2001规范公式）则2.3、 内力计算纵向水平杆、横向水平杆、立杆、连墙杆的强度、变形、稳定性验算根据落地式扣件钢管脚手架设计规范进行，具体计算见。现就悬挑梁的验算过程详述如下：2.3.1、 计算简图简化为悬臂梁结构，如图所示：2.3.2、 内力计算1） 每根立杆轴向力设计值N按规范公式计算：式中：NG1k为脚手架结构自重标准值产生的轴向力NG2k为构配件自重标准值产生的轴向力(包括竹脚手片、栏杆与挡脚板、安全网)，分别计算如下：竹脚手片自重标准值：0.351.51.34/2=1.365 kN（全高满铺4 层）栏杆与木挡脚板自重标准值：0.141.510/2=1.05 KN（共10 层）安全网自重标准值：0.011.518/2=0.135KN（取立网自重0.01KN/m2）所以NG2K=1.365+1.05+0.135=2.550KNNQk为施工荷载标准值产生的轴向力总和，作业层数n1=1NQk=13.01.051.5/2=2.363KN从而可得每根立杆轴向力设计值NN= 1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQk=1.2(2.246+2.55)+1.42.363=9.063 KN2） 钢梁自重q=1.20.205=0.246 KN/m3） 内力计算Qmax=9.0632+0.2461.4=18.47KNMmax=9.0631.4+9.0630.35+0.2461.42/2=16.101KN.m2.4、 钢梁截面验算1） 抗弯强度=161.01/1.051.409=108.8f=215N/m2满足要求。2） 抗剪强度=18.478.08/1.1276fv=125N/m23） 腹板边缘强度验算i、 局部承压强度在集中荷载或支座处，腹板边缘的局部压应力可能会超过钢材抗压强度，因此应进行验算。对悬臂梁验算支座处局部承压强度。设支座长度a=30mm（有算例取30mm），hy=9.9+8.0=17.9mm(查工字钢截面特性表可得)，则lz=a+5 hy=30+517.9=119.5mm，查规范得=1，则：c=118470/6119.5=25.76f=215N/M2ii、 折算应力得=1.6101/1.127（80-17.9）=88.7N/mm2=18.476.63/（1.1276）=18.11 N/mm2c=118470/6119.5=25.76 N/mm2eq=85.03 N/mm21f=1.1215=236.5 N/mm2满足要求。注意：从上面的计算结果来看，对悬臂梁情况，折算应力比局部压应力要大得多。因此，腹板边缘局部强度验算，应验算折算应力满足要求，而不是局部承压强度的验算。4） 整体稳定性i、 先计算整体稳定系数b按钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B.4 进行计算。梁的自重荷载很小，跨内有两个集中荷载作用，但自由端的集中荷载对量的整体稳定性起主要作用。由于式中 为两整体稳定计算参数l1为梁的受压翼缘自有长度b1为梁的受压翼缘宽度t1为梁的受压翼缘厚度h梁高代入数据，得=1.400.0099/（0.0880.160）=0.984因此，查钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B.4，得b=0.21+0.67=0.21+0.670.984=0.870式中的各个符号的含义见规范，其数值计算如下：y=l1/iy=1400/18.9=74.074 A=2611mm2h=160mm t1=9.9mmb=0 fy=235N/mm2代入上式，得b=2.93b=1.07-（0.282/b）=0.947ii、 则整体稳定验算=16101/（0.974140.9）=117.3f=215N/m22.4.2、 挠度悬臂梁的挠度可以从有关静力计算手册中查到。集中力作用下挠度：均布荷载作用下挠度：所以V=90633502/（2.061.1271012）（31400-350）+90633502/（2.061.1271012）（31400-1400）+0.24614004/（82.061.1271012）=3.231mm=v=1400/400=3.5mm。满足要求。2.5、 钢梁埋入设计钢梁一端悬挑，另一端为了取得梁的平衡，要进行平衡措施设计。一般实用上采用两种方法解决，一是埋入钢筋混凝土墙或柱（如图所示），二是采用悬挑梁后端部分穿入预埋楼板的钢筋环内（如图所示）。采用埋入法，一般埋入长度为500mm，沿挑梁垂直方向穿2 根25 圆钢作锚筋，锚筋的作用是承担水平方向的作用