单元式电动爬架计算书

单元式电动爬架计算书

目录

1单元式爬架概述..........................2

2计算分析依据............................2

3工况及荷载分析..........................3

4计算方法................................6

52#爬架计算结果........................10

63#a爬架计算结果.......................27

7结论...................................35

1单元式爬架概述

本报告选取了该工程中最不利受力架体即2#架体以及3#a架体进行受力分

析，2#架体宽度较大，直线宽度为5800,两翼均为245。，在30层左右要进行收

分，去掉两翼，在最高处，2#爬架倾角为2度，计算中对此予以考虑，去掉两翼

后宽度小于3#a爬架，3#a架宽度为6500,无收分，260m高度倾角3度，因此

另外需对3#a爬架进行计算，如图1、2及3所示。

图23（）层以上2#爬架平面图

图33#a爬架平面图

2计算分析依据

本报告参考以下规范及相关资料：

1）《整体提升爬架（改进型）标准图集》；

2）《建筑施工工具式爬架安全技术规范》JGJ202-2010

3）《建筑施工扣件式钢管爬架安全技术规程》JGJ-130-2001

4）《轻型钢结构设计手册》；

5）《钢结构设计规范》GBJ50017-2003；

6）《建筑结构荷载规范》GB50009-2001o

3工况及荷载分析

3.1工况分析

根据施工流程，整体提升爬架结构施工工况分为工作工况、爬升工况以及台

风工况，分别对应架体不同的固定形式，如图3.1所示，即共计算三:个工况：

工况1：爬升工况，根据《建筑施工工具式爬架安全技术规范》JGJ202-2010,

五级及以上大风情况下，禁止爬升，因此采用六级风压进行爬升工况验算。

工况2：使用工况，采用八级风，使用过程中，遇到八级及以上大风应停止

施工。

工况3：台风工况，此时增加拉结，清除架体上部堆载，并且所有施工人员

撤离避险，增加拉结，如果台风警报到来后，爬架尚未爬升，则停止继续爬升,

架体与最上层梁结构拉结固定，如果架体已经完成爬升，则尽快搭设支撑排架,

结合模板支撑系统。

邙阴觌二4铀以无V》台又二星亿期I

图3.1工况最不利位置及约束状态图

3.2荷载分析

根据住房与城乡建设部《建筑施工建筑施工工具式爬架安全技术规范》

JGJ202-20I0,附着升降爬架设计中荷载标准值应分使用、爬升两种工况按以下

规定分别确定：

恒载标准值GK

有限元模型中，整体提升爬架结构材料自重可以自动计算；对于木脚手板取

自重标准值为0.35kN/m2。围护网片采用轻质钢丝网片，网片及其固定用脚手管，

自重采用0.08kN/m2o

施工活荷载标准值Qk

包括施工人员、材料及施工机具等自重。本报告中整体斜爬架处丁•结构施工

阶段，荷载按二层同时作业计算，使用状况时按每层3kN/n?计算，升降及坠落

状况时按每层0.5kN/n?计算。

3.风荷载标准值%按下式计算：

式中区—风振系数，取0；

L——风压高度变化系数，按现行的《建筑结构荷载规范》的规定取用，

场地类别为C,高度取100m处，对应的":二7,高度取260nl处，对应的"二二58；

%一基本风压，爬升情况取六级风荷载，对应风速为13.8m/s；使用状态

采用八级风荷载，对应风速为20.7m/s；台风采用十二级风，对应风速为39m/s：

凡——爬架风荷载体型系数，按表3.1选用

爬架风载体型系数表3.1

背靠建筑物状况全封闭敞开、开洞

1.0°\3(p

注：表中，°为爬架封闭情况确定的挡风系数。

本工程中按照敞开情况考虑，15nlmX15mm方孔轻质钢丝网片，揩风系数取

p=0.4,则4=3X0.4=0.52

综上所述，模型中需要考虑的荷载详列如下:

a.整体提升爬架结构材料自重，由程序自动计算；

b.人行通道木板荷载，按照均布面荷载综合考虑，数值确定为0.35kN/m2；

c.施工荷载：按二层同时作业计算，使用状况时按每层3kN/m2计算，升降

及坠落状况时按每层0.5kN/m?计算；

d.外挂网片,0.08kN/m2：

e.风荷我

整体提升爬架结构爬升状态限制最高风压为四级，计算采用六级风压，风速

为13.8m/s,基本风压为0,12kN/m2,使用状态下取八级风,风速为20.70m/s,

基本风压为0.27kN/m2,15mm孔网片经计算挡风系数取0.4,计算高度分别取

100m,260m的风荷载标准值见下表。

100m高度处不同风速下的风荷载标准值表3.2

2;

工况优〃二4%(kN/m)wk(kN/m

爬升070.520.120.106

使用070.520.270.239

台风070.520.850.751

260m高度处不同风速下的风荷载标准值表3.3

工况A从从(kN/nr)wk(kN/m：

爬升0580.520.120.161

使用0580.520.270.362

台风0580.520.85140

荷载组合

依据《建筑施工工具式爬架安全技术规范》JGJ202-2010,荷载效应组合分

别按照考虑风荷载和不考虑风荷载:

不考虑风荷载

S=YG^GK+YQ^Qk

考虑风荷载

S=YGSGK+0,9(7QSQK+)

其中S—荷载效应组合设计值；

），G——永久荷载（爬架自重+扣件自重+竹片自重）的分项系数;

SGK——恒荷载标准值；

SQK——活荷载标准值；

7Q——活荷载的分项系数，取4；

SWK——风荷载标准值；

由于本次计算结构较高，风荷载所起作用大，经验算也证实，考虑风荷载条

件卜均比不考虑情况下危险，因此后续计算不再列出不考虑风荷载部分。

4计算方法

本计算书采用MidasGen有限元计算软件整体建模对爬架结构进行计算分

析。

4.1材料及单元的选择

根据斜爬架的实际情况，材料采用Q235；

爬架结构有限元模型共选用4种截面；

a.架体截面采用850x3.5钢管，采用梁单元；

b.导轨采用076x3.5钢管，采用梁单元；

c斜拉杆采用直径为28的圆钢，拉索单元；

d.杆件之间筋板采用10mm厚钢板，梁单元。

4.2模型建立

2#爬架在100m以下为中间直线，两侧翼部内折的构造，直线段宽5800,每

侧翼宽度为2450,计算模型如图4.1所示：

(a)(b)

图4.1100m高度2#斜爬架有限元模型

在100m以上，由于结构外立面周长缩小,2#爬架拆除其两翼，宽度为5800,

并且此时爬架倾角为2度，模型建立时同样倾角为2度，模型如图4.2所示：

(a)(b)

图4.2260m高度2#斜爬架有限元模型

3#a爬架在整个过程中，外形不变，宽度为6500,因此仅考虑其在最不利位

置，即260高度的受力状况，并且依据实际情况，在该位置倾角为3度，模型如

图4.3所示：

(a)(b)

图4.33#a斜爬架有限元模型

4.3模型边界条件

要使计算结果能够充分体现现场的实际情况，边界条件的设定十分重要，本

计算三种工况，分别对应三种不同的边界形式，下面分别进行讨论。

1.爬升工况下的边界条件

爬升工况下，选取最不利位置，即爬架达到爬升高度，但尚未完成力系转换，

由上端斜拉杆承担竖向荷载，三道抗倾装置承担水平荷载。

本次计算采用只承担拉力的杆结构对斜拉杆进行模拟，吊点用一个限制三个

方向位移的点模拟；三道抗倾装置，采用在架体模型相应导轨位置设置限制其水

平位移的点，实际与模型对比如图4.4所示:

(a)(b)(c)

图4.4爬升工况下爬架边界条件设定示意图

2.工作工况下的边界条件

工作工况下，由于上端拉结点混凝土尚未具有强度，因此由底端斜拉杆承担

竖向荷载，三道抗倾装置承担水平荷载，最上层抗倾装置之间设置临时支撑，最

底端设置撑腿。

本次计算采用只承担拉力的杆结构对其进行模拟，吊点用一个限制三个方向

位移的点模拟；三道抗倾装置、临时支撑以及底端撑腿，采用在架体模型相应导

轨位置设置限制其水平位移的点，实际与模型对比如图4.5所示：

(a)(b)(c)

图4.5使用工况下爬架边界条件设定示意图

3.台风工况下的边界条件

台风工况下，架体的受力体系沿用工作状态受力体系，但要增加拉结，拉结

位于最上层各立柱，旦位于斜拉杆固定端位置，增加两道拉结。

拉杆、抗倾装置以及摔腿的建模方式与工作工况相同，临时拉杆建模方法与

抗倾装置相同，实际与模型对比如图4.6所示:

(a)(b)(c)

图4.6台风工况下爬架边界条件设定示意图

52#爬架计算结果

5.1工况一：爬架处于爬升状态(六级风)

1.100m高度2#斜爬架完整架体

图5.1工况一100m边界条件布置图

(1)应力验算

爬架结构导轨最大拉应力为23.1MPa,承载力满足要求。导轨最大压应力为

130.7MPa,如图5.2。

导轨计算长度为1800,=25.7,所以/1=3=70Y150=［幻，长细

25*7

比满足要求。

图5.2工况一100m导轨应力图

爬架杆件最大拉应力为90.4MPa,承载力满足要求。导轨最大压应力为

88.7MPa,如图5.3。

立杆计算长度为，o=18(X),。=16.5,所以4=1^2=109Y150=［制，长细

16.5

比满足要求。

图5.3工况一100m杆件应力图

（2）变形验算

爬架结构整体在本工况下的最大变形为0.83cm,发牛.在爬架翼部最顶端,

如图5.4。

图5.4工况一100m位移云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为55.8MPa,如图5.5。

图5.5工况一100m斜拉杆应力图

（4）水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为9.38kN,如图5.6o

2.260m高度2#斜爬架（宽5800+2度倾角）

（1）应力验算

架体在本工况下的轨道最大拉应力为51MPa,承载力满足要求，最大组合

压应力为155.2MPa,如图5.8。

ocnn

导轨计算长度为/o=l&X),i°=25.7,所以a=a=70Y150=田，长细

25.7

比满足要求。

图5.8工况一260m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为104.9MPa,承载力满足要求，最

大组合压应力为137MPa,如图5.9。

立杆计算长度为，o=18(X),=16.5,所以％="22=IO9Y15O=［制，长细

16.5

比满足要求。

图5.9工况一260m杆件应力图

(2)变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为3.3cm,发生在爬架中部最顶端，如图5.10。

图5.10工况一260m位移云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆应力为34MPa,如图5.11。

图5.11工况一260m斜拉杆应力图

（4）水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为10.3kN,如图5.12。

图5.12工况一260m抗倾装置反力图

5・2工况二：爬架处于工作状态(八级风)

1.100m高度2#斜爬架完整架体

图5.13工况二100m边界条件布置图

(1)应力验算

斜爬架结构在本工况下的导轨最大拉应力为39MPa,承载力满足要求，压

应力为135.3MPa,如图5.14。

导轨计算长度为/。=1800,=25.7,所以/1=^=70Y150=|>],长细

比满足要求。

图5.14工况二100m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为78.3MPa,承载力满足要求，压应

力为62Mpa,如图525。

立杆计算长度为1800,，0=16.5,所以;1=^^=109Y150=［幻，长细

16.5

比满足要求。

图5.15工况二100m杆件应力图

(2)变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为0.5cm,发生在爬架中部最顶端，如图5.16。

图3.16工况二lOUm位移云图

(3)斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为58MPa,如图5.17。

图5.17工况二100m斜拉杆应力图

（4）水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为10.2kN,支腿反力为16kN,如图5.18、5.19。

图5.18工况二100m抗倾装置受力图

图5.19工况二100m底部撑腿受力图

2.260m高度2#斜爬架（宽5800,2度倾角）

图5.20工况二260m边界条件布置图

（1）应力验算

爬架结构在本工况下的导轨最大拉应力为60.7MPa,承载力满足要求，压应

力为164.2MPa,如图5.21,满足强度要求。

导轨计算长度为/。=1800,%=25.7,所以九二手？=7(1150=［不，长细

25.7

比满足要求

S5.21工况二260m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为120.0MPa,承载力满足要求，压

应力为114.4MPa,如图5.22,满足强度要求。

立杆计算长度为％=1800,/。=16.5,所以4="^=109Y150=［制，长细

16.5

比满足要求。

35.22工况二260m杆件应力图

（2）变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为3.2cm,发生在爬架中部最顶端,如图5.23。

图5.23工况二260m位移云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为49.1MPa,如图5.24。

（4）水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为15kN,支腿反力为7.5kN,如图5.25、5.26。

图5.25工况二260m抗倾装置受力图

图5.26工况二260m底部撑腿受力图

5・3工况三：爬架处于台风情况

1.100m高度2#斜爬架完整架体(台风荷载)

图5.27工况三100m边界条件布置图

(1)应力验算

斜爬架结构在本工况下的导轨最大拉应力为65.9MPa,承载力满足要求，压

应力为147.6MPa,如图5.28o

ocnn

导轨计算长度为％=1800,%=25.7,所以2=md=70Y150=W],长细

25.7

比满足要求。

图5.28工况三100m导轨应力图

爬架结构在本T况下的杆件最大拉应力为121Mpa,承载力满足要求.用应

力为85.2MPa,如图5.29。

立杆计算长度为，o=18(X),%=16.5,所以；1=£3=109Y150=W],长细

16.5

比满足要求。

图5.29工况三100m杆件应力图

（2）变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为0.3cm,发生在爬架中部最顶端，如图5.30。

图5.3（）工况三100m位移云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为37.5MPa,如图5.31。

图5.31工况三100m斜拉杆应力图

（4）水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为10kN,临时支撑最大受力为18.6kN,底部撑腿的最大

受力为11kN,如图5.32、5.33及5.34。

图5.32工况三100m临时支撑受力图

图5.33工况三100m抗倾装置受力图

图5.34工况三100m底部撑腿受力图

2.260m高度2#斜爬架(台风荷载)

图5.35工况三260m边界条件布置图

(1)应力验算

爬架结构在本工况下的导轨最大拉应力为84.4MPa,承载力满足要求，压应

力为160.5MPa,如图5.36,满足强度要求。

导轨计算长度为％=1800,%=25.7,所以2=md=70Y150=W],长细

25.7

比满足要求

35.36工况三260m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为128.7MPa,承载力满足要求，压

应力为146MPa,如图5.37,满足强度要求。

立杆计算长度为乙=18(X),%=16.5,所以4二幽=109Y150=L],长细

16.5

比满足要求。

图5.37工况三260m杆件应力图

(2)变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为3cm,发生在爬架中部最顶端，如图5.38

所示。

图5.38工况三260m位移云图

(3)斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为37.1MPa,如图5.39。

图5.39工况三260m斜拉杆应力图

(3)水平约束强度验算

抗倾装置最大受力为14.0kN,临时支撑最大受力为19kN,如图5.40、5.41

及5.42,底部撑腿最大受力为9.4kN。

图5.4()工况三260m临时支撑受力图

63#a爬架计算结果

1工况一：爬架处于爬升状态

1.3#a爬架260m

图1工况一3#a爬架260m边界条件设置图

(1)应力验算

架体在本工况下的轨道最大拉应力为57.2MPa,承载力满足要求，最大组合

压应力为174.1MPa,如图力

导轨计算长度为%=1800,%=25.7,所以/1=手？=7(115()二田，长细

25.7

比满足要求。

图2工况-3#a爬架260m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为117.4MPa,承载力满足要求，最

大组合压应力为148.7MPa,如图3。

立杆计算长度为/。=1800,/。=16.5,所以/l=gW=109Y150=L],长细

16.5

比满足要求。

图3工况-3#a爬架260m杆件应力图

(2)变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为3.7cm,发生在爬架中部最顶端，如图4。

图4工况-3#a爬架260ni位移云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆应力为34.5MPa,如图5。

图5工况一3#a爬架260m斜拉杆应力图

2工况二：爬架处于工作状态（八级风）

1.3#a爬架260m

图7工况二3#a爬架260m边界条件布置图

（1）应力验算

爬架结构在木工况下的导轨最大拉应力为70.1MPa,承载力满足要求，压应

力为181MPa,如图8,满足强度要求。

导轨计算长度为/。=1800,io=25.7,所以义=眄=70Y150=[/1],长细

^25.7

比满足要求。

图8工况二3#a爬架260m导轨应力图

爬架结构在本工况下的杆件最大拉应力为139.3MPa,承载力满足要求，压

应力为134Mpa,如图9,满足强度要求。

立杆计算长度为/°=18(X),%=16.5,所以/l=g3=109Y150=[0，长细

16.5

比满足要求。

图9工况二3#a爬架260m杆件应力图

（2）变形验算

爬架结构在本工况下的最大变形为3.6cm,发生在爬架两侧最顶端，如图10。

图10工况二3#a爬架260m位格云图

（3）斜拉杆强度验算

斜拉杆结构拉应力为55.5MPa,如图11。

图11工况二3#a爬架260m斜拉杆应力图

（4）抗倾装置验算

爬架最底端撑腿最大水平推力为8.lkN,抗倾装置水平推力为I7kN,如图

12、13o

图12工况二3#a爬架260m底部撑腿受力图

图13工况二3#a爬架260m抗倾装置受力图

3工况三：爬架处于台风情况