某高层悬挑扣件式钢管外脚手架设计计算实例

高层悬挑扣件式钢管外脚手架设计和施工某高层建筑，高度59.9m，外脚手架面积13000㎡以上。考虑到建筑物独特的外型，为节省施工费用，又不必进行脚手架基础处理，因脚手架高度达62m，除自重和施工荷载外，风荷载也是一个重要的因素，故施工期1～5层（高15m）采用落地式双排扣件式脚手架；6～12层（高20.3m）、13～19层(高20.3m)采用悬挑式措施；即外脚手沿竖向分段，将另一部分脚手架的荷载部分传递给结构层。脚手架钢管采用壁厚3.5mm、Ф48高频焊接钢管。立杆纵距La＝1.5m，立杆横距Lb＝1.05m，步距h＝1.8m。垫铺竹笆片每步架铺一层，脚手架外立面从杆底到杆顶满挂小眼安全网，形成封闭状。为了加强脚手架系统的整体稳定，尽量较少扭转变形，应使脚手架外侧与地面成45°～60°角，全覆盖式设置钢管剪刀撑，四个大面各两排，切角处设一排，各个剪刀撑节点连接，纵横连续。由于切角处风载涡流较正面大，因此为加强其与正面脚手架连接的刚度，在切角转弯处，每三层设置钢管水平支撑两根。另外，在满足“”JGJ130－2001规范的有关规定的前提下，脚手架应按二步三跨设置连墙件，设置形式为刚性连接，可有效地防止脚手架的内、外移动。钢管脚手架均装设防雷措施。具体是将悬挑脚手架经过每七层一设悬吊钢筋Ф16、楼面横向受力钢筋、主楼四角设置竖向接地钢筋焊接贯通联成一体，形成防雷避雷系统。竖向接地钢筋电阻要求在10Ω以下。考虑施工现场实际情况，现采取斜拉钢丝绳配合卡环与剪力墙、梁上预埋吊环拉结、纵向拉点抱柱的方式进行悬挑，梁上预埋吊环间距≤4500mm，每跨中两点受力。从6层悬挑一次，13层悬挑一次。一、钢底梁计算1、施工荷载P：20.3m÷1.8m/步＝12步（1）、施工荷载P1：n1＝1（按一步架计算是因主体施工时脚手架只作防护使用，所以该脚手架只考虑粉刷的施工荷载）；q1＝3.0KN/㎡；P1＝（B/2＋b）××q1×n1＝（1.05/2＋0.3）×1.5×3×1＝3.71KN（2）、脚手架（竹笆片）荷载P2：q2＝0.06KN/㎡；n2＝12步q2（竹笆片）8.5kg/1×1.5㎡＝5.67kg/㎡×9.80665＝55.6N/㎡＝0.06KN/㎡P2＝（B/2＋b）××q2×n2＝（1.05/2＋0.3）×1.5×0.06×12＝0.89KN（3）安全网、踢脚板、剪刀撑P3：安全网：1.7kg/（6×1.8㎡），按纵距1.5m算，则0.425kg×9.80665＝4.17N踢脚板：7kg/㎡（12厚多层板）0.2m×1.5m×7kg/㎡＝2.1kg×9.80665＝20.59N剪刀撑：钢管2.12m×3＝6.36m×3.84kg/m＝24.42kg×9.80665＝239.5N扣件1kg/只×9.80665＝9.807N×3只＝29.42NP3＝（4.17＋20.59）×12＋239.5＋29.42＝566.04＝0.57KN（4）、脚手架自重P4：P4＝【（B/2＋b＋＋h）×q3＋Q】×n3＝【（1.05/2＋0.3＋1.5×3＋1.8）×0.038＋0.098×4】×12＝3.72KN底层每根立杆所承受的轴心压力N：N＝P1×Q＋（P2＋P3＋P4）q＝3.71×1.4＋（0.89＋0.57＋3.72）×1.2＝11.41KN2、内力计算：设钢底梁I20a，计算简图如下：钢底梁自重q＝27．9lkg／m＝0．274N/mm∑MA＝0N×(4500+3000+1500)一RB×4500+q×45002÷8＝0RB＝(11410×9000+693562．5)÷4500＝22974N＝22.97KNRA＝RB＝22.97KNQmax=RA=22.97KNMmax＝RA×(4500÷2)一N×l500—0．274X(4500)2÷8＝51682.5－17115－693.56＝33873.94KN．m3、验算(1)、抗弯强度查设x＝1.05，Wx＝236.9cm＝236900mmδ＝Mmax＝33873940／(1．05×236900)＝136.18N／mm2<f安全(f＝215N／mm2)查设I/S＝2369/136.1＝174mm，tw＝7mm，则τ＝Qmax/（I/S×tw）＝22970/（174×7）＝18.86N/mm<fv安全（fv＝125N/mm）（3）、支座局部承压设支座长度为30，hy＝13，则z＝a＋2hy＝56，查设＝1，则：c＝RA/twz＝1×22970/（7×56）＝58.60N/mm<f安全（4）、整体稳定性查GBJ17－87附录一表1.3，设b＝（0.99＋0.8）/2＝0.895>0.6得b＝0.732＝Mmax/（b×Wx）＝33873940/（0.732×236900）＝195.34N/mm<f安全（5）挠度fmax＝f1＋f2集中荷载引起的最大挠度（mm）：f1＝19 N3/384EI＝19×11410×/（384×210000×23690000）＝10.34mm均布荷载引起的最大挠度（mm）：f2＝5q4/384EI＝5×0.274×/（384×210000×23690000）＝0.29mmf＝10.34＋0.29＝10.63mm查GBJ17－88表的允挠度为[f]=/400＝4500/400＝11.25mm则f<[f]安全二、水平挑杆、斜拉钢丝绳的稳定承载计算（简图如下）：钢水平挑架选用I14工字钢。1、荷载计算挑架承受钢底梁传来的荷载：F＝3×11410+0．274×4500+200(连接件重)＝35663N2、挑架验算（1）、钢挑架I14工字钢内力计算Ix＝7.12×10，Wx＝1.02×10，A＝2.15×10，x＝1.05＝3/3EI＝13503/（3×2.1×105×7.12×106）＝5.35×10－4mm/NΔP＝F3/3EI＋Fa2（－a/3）/2EI＝35663×13503/（3×2.1×105×7.12×106）＋35663×300²×（1350－300/3）/（2×2.1×105×7.12×106）＝19.5＋1.34＝20.84mmNz＝【F3/3EI＋Fa（－a）/2EI】/（c/EA＋3/3EI）＝【35663×13503/（3×2.1×105×7.12×106）＋35663×300×（1350－300）/（2×2.1×105×7.12×106）】/【2050/＝35372N＝3.54×104NN＝Nz/cosα＝35372/0.89404＝39546N＝3.96×104NNy＝N.sinα＝39600×0.447＝17701N＝1.77×104NMmax＝（F－Nz）＋Fa＝（35663－35372）×1350＋35663×300＝11091750N.m＝1.11×107N.m（2）、钢挑梁的正应力：＝Nz/A+Mmax/（x×Wnx）＝35372/2150＋11091750/（1.05×102000）＝120.02N/mm<f安全（3）、端部伸入砼200mm，锚筋2Ф16，则τ＝Ny/W/A＝17701/2/153.84＝57.53N/mm<fv安全（fv＝125N/mm）（4）、砼局部承压验算：3.54×10N<1.5×1×215×200×100＝6.45×10N满足要求。三、斜拉钢丝绳卸荷计算1、脚手架一个纵距内全部荷载设计值NN＝3．96×10N＝39.6KN2、钢丝绳选择选用直径19．5mm，公称抗拉强度为1700N／mm的6×37+FC钢丝绳作斜拉吊索，求它的允许应力：ɑ＝0．82，k＝4.5，Fg＝239．5KN【Fg】＝ɑFg/k＝0．82×239．5／4.5＝43.66KN选用Ф19．5钢丝绳【Fg】＝43.66KN>39.6KN故选Ф19．5钢丝绳安全。3、选择钢丝绳夹要求钢丝绳夹与钢丝绳要配套，查表知Ф19．5钢丝绳配套的绳夹公称尺寸20mm。绳夹扣在钢丝绳的尾段上，且不得在钢丝绳上交替布置，每一连接处所需绳夹为4组，并配相应得套环；为防止钢丝绳发生滑动，增设“安全弯”。四、预埋吊环验算：1、吊环的构造要求：根据《砼结构设计规范》(GB50010—2002)第10．9．8条规定：a、吊环采用I级钢筋制作，严禁使用冷加工钢筋；b、吊环埋入砼深度不小于30d，并焊接或绑扎钩住结构主筋；c、每个吊环按两个截面计算，吊环拉应力不大于50N/mm；d、吊环的弯心直径为2．5d，且不得小于60mm；e、吊环露出砼的高度，应满足卡环的要求。2、吊环钢筋截面积：＝N／(n．As)As＝N／(n．)＝39600／(2×50)＝396mm选用Ф25钢筋制作，As＝490.64mm>396mm安全。3、吊环节点验算竖向力Nz＝＝Nsinɑ＝353722N水水力Ny＝＝Ncosɑ＝177011N吊环取Ф25mmm，焊缝高度he＝8mm，长度Lw＝50mmf＝Ny／(0．7he∑Lw)＝17701／[00．7×8×22×(50—10)]＝39.51N／mmm<1．22×1660＝195．2N／mmm安全τf＝Nz/（0.7he∑Lw）＝35372／[00．7×8×22×(50—10)]＝78.96N／mmm<1．22×1660