脚手架受力计算.doc
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- 脚手架 计算
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1、钢管脚手架的计算参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 (JGJ130-2001) 。 计算的脚手架为双排脚手架,搭设高度为 50.0 米,20.0 米以下采用双管立杆,20.0 米以 上采用单管立杆。 搭设尺寸为:立杆的纵距 1.20 米,立杆的横距 1.05 米,立杆的步距 1.20 米。 采用的钢管类型为 483.5,连墙件采用 2 步 3 跨,竖向间距 2.40 米,水平间距 3.60 米。 施工均布荷载为 4.0kN/m2,同时施工 2 层,脚手板共铺设 3 层。 一、小横杆的计算一、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
2、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=0.038kN/m 脚手板的荷载标准值 P2=0.3001.200/3=0.120kN/m 活荷载标准值 Q=4.0001.200/3=1.600kN/m 荷载的计算值 q=1.20.038+1.20.120+1.41.600=2.430kN/m 2.抗弯强度计算 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: M=2.4301.0502/8=0.335kN.m=0.335106/5080.0=65.924N/mm2 小横杆的计算强度小于 205.0N/mm2,满足要求! 3.挠度计算 最
3、大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度 计算公式如下: 荷载标准值 q=0.038+0.120+1.600=1.758kN/m 简支梁均布荷载作用下的最大挠度 V=5.01.7581050.04/(3842.06105121900.0)=1.108mm 小横杆的最大挠度小于 1050.0/150 与 10mm,满足要求! 二、大横杆的计算二、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。 用小横杆支座的最大反力计算值,在最不利荷载布置下计算大横杆的最大弯矩和变形。 1.荷载值计算 小横杆的自重标准值 P1=0.0381.050=0.040kN 脚手板的荷载标准值
4、 P2=0.3001.0501.200/3=0.126kN 活荷载标准值 Q=4.0001.0501.200/3=1.680kN 荷载的计算值 P=(1.20.040+1.20.126+1.41.680)/2=1.276kN 大横杆计算简图 2.抗弯强度计算 最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的弯矩和 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: M=0.08(1.20.038)1.2002+0.2671.2761.200=0.414kN.m =0.414106/5080.0=81.510N/mm2 大横杆的计算强度小于 205.0N/mm2,满足要求!
5、 3.挠度计算 最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与荷载的计算值最不利分配的挠度和 大横杆自重均布荷载引起的最大挠度 V1=0.6770.0381200.004/(1002.060105121900.000)=0.02mm 集中荷载标准值 P=0.040+0.126+1.680=1.846kN 集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度 V1=1.8831846.3201200.003/(1002.060105121900.000)=2.39mm 最大挠度和 V=V1+V2=2.414mm 大横杆的最大挠度小于 1200.0/150 与 10mm,满足要求!来源 三、扣件抗滑力的计算三、扣件抗滑力的
6、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; 1.荷载值计算 横杆的自重标准值 P1=0.0381.200=0.046kN 脚手板的荷载标准值 P2=0.3001.0501.200/2=0.189kN 活荷载标准值 Q=4.0001.0501.200/2=2.520kN 荷载的计算值 R=1.20.046+1.20.189+1.42.520=3.810kN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时,试验
7、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、脚手架荷载标准值四、脚手架荷载标准值: 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/m);本例为 0.1489 NG1 = 0.14950.000=7.445kN (2)脚手板的自重标准值(kN/m2);本例采用冲压钢脚手板,标准值为 0.30 NG2 = 0.30031.200(1.050+0.300)/2=0.729kN (3)栏杆与挡脚手板自重标准值(kN/m); 本例采
8、用栏杆、 冲压钢脚手板挡板, 标准值为 0.11 NG3 = 0.1101.2003/2=0.198kN (4)吊挂的安全设施荷载,包括安全网(kN/m2);0.005 NG4 = 0.0051.20050.000=0.300kN 经计算得到,静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 8.672kN。 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。 经计算得到,活荷载标准值 NQ = 4.00021.2001.050/2=5.040kN 风荷载标准值应按照以下公式计算 其中 W0 基本风压(kN/m2),按照建筑结构荷载规范(GB5
9、0009-2001)的规定采 用:W0 = 0.350 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 = 0.840 Us 风荷载体型系数:Us = 0.480 经计算得到,风荷载标准值 Wk = 0.70.3500.8400.480 = 0.099kN/m2。 考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N = 1.2NG + 0.851.4NQ 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 风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 计算公式 MW = 0.851.4Wklah2/10 其中 Wk 风荷载基本风压标
10、准值(kN/m2); la 立杆的纵距 (m); h 立杆的步距 (m)。来源:考试大-结构工程师考 五、立杆的稳定性计算五、立杆的稳定性计算: 1.不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 其中 N 立杆的轴心压力设计值,N=17.46kN; 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到 0.39; i 计算立杆的截面回转半径,i=1.58cm; l0 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定,l0=2.08m; 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,u=1.50; A 立杆净截面面积,A=4.89cm2; W 立杆净截面模量(抵抗矩),
11、W=5.08cm3; 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2);经计算得到= 91.28 f 钢管立杆抗压强度设计值,f = 205.00N/mm2; 不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 f,满足要求! 2.考虑风荷载时,立杆的稳定性计算 其中 N 立杆的轴心压力设计值,N=16.40kN; 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 的结果查表得到 0.39; i 计算立杆的截面回转半径,i=1.58cm; l0 计算长度 (m),由公式 l0 = kuh 确定,l0=2.08m; 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;u = 1.50 A 立杆净截面面积
12、,A=4.89cm2; W 立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.08cm3; MW 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩,MW = 0.020kN.m; 钢管立杆受压强度计算值 (N/mm2);经计算得到= 89.75 f 钢管立杆抗压强度设计值,f = 205.00N/mm2; 考虑风荷载时,立杆的稳定性计算Nl,连墙件的设计计算满足要求! 连墙件采用扣件与墙体连接。 经过计算得到 Nl = 6.195kN 小于扣件的抗滑力 8.0kN,满足要求! 八、立杆的地基承载力计算: 立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求 p fg 其中 p 立杆基础底面的%考/试大%平均压力 (N/mm2),p =
13、N/A;p = 69.85 N 上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 (kN);N = 17.46 A 基础底面面积 (m2);A= 0.25 fg 地基承载力设计值 (N/mm2);fg = 180.00 地基承载力设计值应按下式计算 fg = kc fgk 其中 kc 脚手架地基承载力调整系数;kc = 1.00 fgk 地基承载力标准值;fgk = 180.00 地基承载力的计算满足要求!来源:考试大-结构工程师考试 脚手架方案及计算式: 一、工程概况 施工现场“三通一平”工作已基本就绪, 外地面已做硬底化。 二、设计依据及构造要求 1、本计算根据中国建筑出版社建筑施工脚手架实用手册; 2
14、、施工中不允许超过设计荷载。 3、小横杆、大横杆和立杆是传递垂直荷载的主要构件。而剪力撑、斜撑和连墙件主要保证 脚手架整体刚度和稳定性的。 并且加强抵抗垂直和水平作用的能力。 而连墙件则承受全部的 风荷载。扣件则是架子组成整体的联结件和传力件。 4、搭设要求:(1)梯间外墙线搭设 24m 双排钢管脚手架;(2)其余各搭设 21.5m 双排钢 管脚手架。 5、采用本方案取最大搭设高度 24m 进行验算; 6、采用483.5mm 双排钢管脚手架搭设,立杆横距 b=1.0m,主杆纵距 l=1.5m,内立杆距 墙 0.2m。脚手架步距 h=1.8m,脚手板从地面 2.0m 开始每 1.8m 设一道(满
15、铺),共 11 层, 脚手架与建筑物主体结构连接点的位置,其竖向间距 H1=2h=21.8=3.6m,水平间距 L1=3L =31.5=4.5m。根据规定,均布荷载 Qk=2.0KN/。 三、使用材料 1、钢管宜采用力学性能适中的 Q235A(3 号)钢,其力学性能应符合国家现行标准炭素结 构钢(GB700-89)中 Q235A 钢的规定。每批钢材进场时,应有材质检验合格证。 2、钢管选用外径 48mm,壁厚 3.5mm 的焊接钢管。立杆、大横杆和斜杆的最大长度为 6.5 m,小横杆长度 1.5m。 3、根据可铸铁分类及技术条件(GB978-67)的规定,扣件采用机械性能不低于 KTH330-
16、 08 的可锻铸铁制造。铸件不得有裂纹、气孔,不宜有缩松、砂眼、浇冒口残余披缝,毛刺、 氧化皮等清除干净。 4、扣件与钢管的贴合面必须严格整形,应保证与钢管扣紧时接触良好,当扣件夹紧钢管时, 开口处的最小距离应不小于 5mm。 5、扣件活动部位应能灵活转动,旋转扣件的两旋转面间隙应小于 1mm。 6、扣件表面应进行防锈处理。 7、脚手板应采用杉木制作,厚度不小于 50mm,宽度大于等于 200mm,长度为 4-6m,其 材质应符合国家现行标准木结构设计规定(GBJ588)中对 II 级木材的规定,不得有开 裂、腐朽。脚手板的两端应采用直径为 4mm 的镀锌钢丝各设两道箍。 8、钢管及扣件报皮标
17、准:钢管弯曲、压扁、有裂纹或严重锈蚀;扣件有脆裂、变形、滑扣 应报废和禁止使用。 9、外架钢管采用金黄色,栏杆采用红白相间色,扣件刷暗红色防锈漆。 四、脚手架的计算 (一)、基本条件 地面粗造为 C 类,基本风压 W0=0.45KN/m2,立网网目尺寸为 3.5 cm3.5cm,绳径 3.2mm, 自重 0.01KN/m2 (二)、搭设高度计算 验算部位应根据风荷载产生弯曲压应力大小分析确定,故先计算风荷载产生压应为w 1、w 计算 立网封闭的挡风系数及风荷载体型系数建筑结构荷载规范近似按以下方法计算 =(3.5+3.5)0.32/(3.53.5) 1.05=0.192 1.05 为考虑筋绳的
18、影响 S=1.20.192=0.23 立网传给立柱的风荷载标准值(4-4)计算,计算风压高度系数Z 按表 4-19 中 C 类取值,当 H=24 m 时,z=1.25 ,当 H=5m 时,z=0.54 本设计最大搭设高度为 24 m,故取 u2=1.25 。 WK=0.7zS W0 其中2风压高度系数 S脚手架风荷载体型系数 W0基本风压 WK=0.71.250.230.45=0.09KN/m2 作用于立柱的风线荷载标准值: qWK=WKL=0.091.8=0.162KN/m 风荷载产生的弯矩按式 4-33 计算 MW=1.4 qWKh2/10 式中 qWK风线荷载标准值 WK垂直于脚手架表面
19、的风荷载标准值 L脚手架的柱距 W立柱截面的抵抗矩按表 4-31 采用 W风荷载对所计算立柱段产生的弯曲压应力,W= MW/W MW=1.40.1621.82/10=0.073KNm 在 24 m 高度处立柱段风荷载产生弯曲压力为: W= MW/W=(0.073106) / (5.08103)=14.37N/mm2 在 5m 高度处立柱段风荷载产生弯曲压力为: W= 14.37 (0.54 / 1.25)=6.21N/mm2 2、底层立柱段的轴心压力 脚手架结构自重、脚手板及施工荷载的轴心压力 (1)、脚手架结构自重产生的轴心压力 NGK 由表 4-38 查得一个柱距范围内每米高脚手架 结构产
20、生的轴心标准值 gk=0.134KN/m,则 21 m 高的脚手架结构自重产生轴心压力标准值 NGK=Hgk=240.134=3.21 KN (2)、脚手架活载产生的轴心压力 一层脚手架自重 Qp=0.3KN/m2(除首层外),每 1.8m 设一道脚手架板,共十一层。 则 NQ1K=0.5(lb+0.3)lQp=0.5(1+0.3)1.50.311=3.2 KN 敞开式脚手的防护材料产生轴心压查表 4-40 得(L=1.5m)0.228KN 立网重量为 0.011.524=0.36 KN NQ2K=0.228+0.36=0.588 KN 二层同时操作, 施工均布荷载 QK2.03KN/m2 查
21、表 4-41 得施工荷载产生轴心压力: NQ3K=4. 86KN 根据公式(4-32),活荷产生轴心压力标准值为 NQiK= NQ1K+ NQ2K+ NQ3K =3.2+0.588+4.86 =8.65 KN (3)计算立杆段的轴心压力值: 根据公式(4-31)计算 N= NGK 1.2/K1+ NQiK K1高度调整系数,应按表(4-35 采用) K1=0.85 N=3.211.2/0.85+1.48.65=16.6 KN 3、立柱稳定性验算 立网封闭时,立柱稳定应满足下式: N/A+ MW/Wfc 或 NA(fc-W) 轴心压杆的稳定系数,根据所计算立柱段的比=h / I 由表 4-37
22、查取 I立柱截面的回转半径,应按表 4-31 查取 i=1.58cm 计算长度系数,应按表 4-36 采用 M=1.5 h所计算的立柱段的脚手架步距 h=1.8m =h / i=1.51.8 / 1.5810-2 =170.8 按表 4-37 得:=0.225 A立柱截面积,应按表 4-31 采用,A=4.89cm2,fc=205N/mm2 A(fc-W) =0.2254.89102(205-14.37)10-3 =20.97KNN=16.63 KN(满足) 4、最大允许搭设高度 Afcw=0.2254.89102(205-14.37)=20.97KN Hd=K(Afcw-1.4NQiK)/1
23、.2gK =0.85(20.97-1.48.65)/(1.20.134) =47 m 5、结论 满足搭设要求。 (四)、连墙件计算 脚手架占建筑物的连接杆应按轴心受压杆计算 NHAfc 式中:NH连墙件所受的水平力设计值 NH=HW+3.0KN HW=风荷载产生的水平力设计值 HW=1.4WKAW AW迎风面积等于连墙件的直与竖直与水平间距的乘积; 轴心受压稳定系数,根据H=LH/i 按表 4-37 采用; LH连墙件的计算长度,应取连件两端固定连接点的距离 LH=0.2 H=0.21000/1.5810=126.5mm =0.417 Afc=1020.4174.8920.5=41.8KN N
24、H=1.4WKAW+3.0 =1.40.1063.64.5+3.0 =5.4 NHAfc(满足) (五)、立柱地基承载力计算 立柱地基承载力应按下列计算 P=N/Abf P立柱基础底面处的平均压力设计值。 N-上部结构传至基础顶面的轴心力设计值。 Ab-基础底面面积。 f-地基承载力设计值,f=KbfK fk-地基承载力标准值 Kb-地基承载力调整系数,应按表 4-47 采用 P=16.6/(1.50.9)=11.9 KN/m2 素土承载力基本值为 fO=120KN/m2P(满足) 五、搭设技术措施 1、外架搭设 (1)立杆垂直度偏差不得大于架高的 1200。 (2)立杆接头除在顶层可采用搭接
25、外,其余各接头必须采取对接扣件,对接应符合下要求: 立杆上的对接扣件应交错布置, 两相邻立杆接头不应设在同步同跨内, 两相邻立杆接头在高 度方向错开的距离不应小于 500mm,各接头中心距主节点的距离不应大于步距的 13,同 一步内不允许有二个接头。 (3)立杆顶端应高出建筑物屋顶 1.5m。 (4)脚手架底部必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应用直角扣件固定在距垫铁块表面不 大于 200mm 处的立杆上,横向扫地杆应用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。 (5)大横杆设于小横杆之下,在立杆内侧,采用直角扣件与立杆扣紧,大横杆长度不宜小于 3 跨,并不小于 6m。 (6)大横杆对接扣件连
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