工字钢悬挑脚手架施工方案

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工字钢悬挑脚手架施工方案

施工荷载q(kN/m2)

内立杆距结构外皮宽度b1(m)

DB37/ 5056-2016 民用建筑电线电缆防火设计规范.pdf作业面铺脚手板宽度b2(m)

1.05+0.35=1.4

11.1.1.3相关计算参数

计算基数gk1(kN/m)

计算基数gk2(kN/m)

整体拉结和防护材料自重计算基数gk3(kN/m2)

计算基数qk(kN/m)

北京地区基本风压wo(kN/m2)

(按受弯构件考虑)rmˊ

轴心受压构件稳定系数ψ

注:计算长度lo=µ×h=1.51×1.8=2718mm

长细比λ=lo/i=2718/15.8=172

11.1.2验算项目和步骤

本脚手架属施工荷载由纵向水平杆传给立杆情况,传递线路如下:脚手板→小横杆→大横杆→立杆→地基。因此应对基础、连墙件、立杆、纵横向水平杆等进行验算。

11.1.2.1纵、横向水平杆承载验算

横向水平杆(以长杆为对象)

纵向水平杆(以三跨为对象)

q=0.775×(1.2×0.25+1.4×3)=3.49kN/m

P=3.49×0.5×1.7=2.97kN

Mmax=3.49×0.62/2=0.63kN·m

Mmax=0.213×2.97×1.55=0.98kN·m

σ=0.63×106/5080=124N/mm2≤f=205N/mm2

σ=0.98×106/5080=193N/mm2≤f=205N/mm2

W=1.615×2.97×103×1.553×109/(100×2.06×105×12.19×104)=7.11mm

≤L/150=1550/150=10mm

11.1.2.2立杆、连墙件和扣件、顶板和基础验算

立杆计算截面以上架高H0=50m

恒载标准值NGK=H0×(gk1+gk3)+n1Lagk2

NGK=22×(0.1081+0.0768)+2×1.55×0.3891=6.29kN

NGK=50×(0.1081+0.0768)+2×1.55×0.3891=12.76kN

活载标准值NQK=n1×La×qk=2×1.55×1.65=5.12kN

N=1.2×(6.29+5.12)=13.69kN

N=1.2×(12.76+5.12)=21.46kN

风荷载标准值WK=0.7×µz×µs×wo

WK=0.7×1.79×1.3×0.35=0.57kN/m2

风载产生弯矩设计值MW=0.12×WK×La×h2

MW=0.12×0.57×1.55×1.82=0.34kN·m

稳定验算0.9×(N/ψA+MW/W)≤f/rmˊ

13.69×103/(0.24×489)+0.34×106/5080=183.58N/mm2≤205/(0.9×1.1705)

=194.6N/mm2

21.46×103/(0.24×2×489)+0.34×106/5080=158.36N/mm2≤205/(0.9×1.1705)=194.6N/mm2

风荷载产生轴向力设计值New=1.4×WK×Aw

New=1.4×0.57×3.6×8.1=23.27kN

脚手架平面外变形产生的轴向力N0=5kN

连墙件轴向力设计值Nl=New+N0

Nl=23.27+5=28.27kN

连墙杆的计算长度lo=1.1+0.75=1.85m=1850mm

长细比λ=lo/i=1850/15.8=117.09

28.27×103/(0.47×2×489)=61.5N/mm2≤205/1.5607=146N/mm2

扣件抗滑验算Nl≤Rc【按直角扣件计:Rc=8.0kN/个】

28.27KN≤4×8.0=32kN

立杆底座承载力验算N≤Rb【立杆底座承载力设计值Rb=40kN】

21.46KN≤40kN

东西两侧回填土地基承载力验算N/Ad≤k×fk【按回填土k=0.4Ad=1.55×0.4=0.62m2fk=10t/m2=98kN/m2】

21.46/0.62=34.61kN/m2≤0.4×98=39.2kN/m2

南北两侧顶板地基承载力验算N/Ad≤[σ]【Ad=1.55×0.4=0.62m2按设计提供数据[σ]=1.4×活载+1.2×恒载=1.4×5+1.2×6=14.2kN/m2】

21.46/0.62=34.61kN/m2≥14.2kN/m2

由表知:1、立杆承载最小安全系数(194.6-183.58)/194.6×100%=5.68%>5%;

2、回填土承载最小安全系数(39.2-34.61)/39.2×100%=11.71%>5%;

11.2悬挑脚手架设计验算

该悬挑架所用的钢管材质与扣件式落地架相同,其截面特征参数参见11.1.1.1表中所列数据。承受荷载的传递途径是:脚手板→小横杆→大横杆→立杆→承力架→楼面顶板。需要计算的项目有:

◆连墙件的强度、稳定性和扣件的抗滑力;

◆悬挑杆的强度、挠度;

◆斜撑杆和钢丝绳的稳定性;

11.2.1立杆、连墙件和扣件的稳定承载计算

钢管架构件gk1=0.1089kN/m

作业层面材料gk2=0.4112kN/m

整体拉结和防护材料gk3=0.0768kN/m2

立杆计算截面以上架高H0=15.00m

NGK=H0×(gk1+gk3)+n1Lagk2=15×(0.1089+0.0768)+1×1.5×0.4112=3.4023kN

取同时作业层数n1=1

作业层施工荷载qk=1.8kN/m

NQK(标准值)=n1×La×qk=1×1.5×1.8=2.7kN

轴向力设计值N=1.2NGK+0.85×1.4NQK=1.2×(NGK+NQK)

=1.2×(3.4023+2.7)=7.32kN

风压高度变化系数µz=1.14

风荷载体型系数µs=1.3

北京地区基本风压wo=0.35kN/m2

风载标准值WK=0.7×µz×µs×wo=0.7×1.14×1.3×0.35=0.36kN/m2

MW(设计值)=0.12×WK×La×h2=0.12×0.36×1.5×1.82=0.21kN·m

材料强度附加分项系数rmˊ=1.1705

立杆计算长度系数µ=1.53

计算长度lo=µ×h=1.53×1.8=2754mm

长细比λ=lo/i=2754/15.8=174.3

轴心受压构件稳定系数ψ=0.235

稳定验算0.9×(N/ψA+MW/W)≤f/rmˊ

7.23×103/(0.235×489)+0.21×106/5080=104.25N/mm2

≤205/(0.9×1.1705)=194.6N/mm2【安全】

风载产生轴力设计值New=1.4×WK×Aw=1.4×0.36×3.6×8.1=14.7kN

脚手架平面外变形产生的轴向力N0=5kN

连墙件轴向力设计值Nl=New+N0=14.7+5=19.7kN

连墙杆的计算长度lo=1.2+0.35=1.55m=1550mm

长细比λ=lo/i=1550/15.8=98.1

轴心受压构件稳定系数ψ=0.603

稳定验算Nl/ψA≤f/rmˊ

19.7×103/(0.603×2×489)=33.4N/mm2≤205/1.5607=146N/mm2

扣件抗滑验算Nl≤Rc【按直角扣件计:Rc=8.0kN/个】

19.7kN≤4×8.0=32kN【安全】

11.2.2水平挑梁、斜撑杆和钢丝绳的稳定承载计算

第一层悬挑梁稳定承载验算

第三层悬挑杆稳定承载验算

F1=0.5×{1.2×[5.03/2×(0.1089+0.0768)+1×1.5×0.4112]+1.4×1×1.5×1.8}=2.54kN

F1=0.5×{1.2×[(4.2+4.2/2)×(0.1089+0.0768)+1×1.5×0.4112]+1.4×1×1.5×1.8}=2.96kN

F2=F1+0.35×1.5×(1.2×0.4112+1.4×1.8)/1.2=3.48kN

F2=F1+0.35×1.5×(1.2×0.4112+1.4×1.8)/1.2=3.9kN

挑杆及其组件稳定承载验算

绳子张力T=(1.55F1+0.35F2)/(1.55sin59º)=3.88kN

斜撑杆压力P=(1.55F1+0.35F2)/(1.55sin70º)=4.09kN

挑杆轴力N=Tcos59º=2.0kN

挑杆轴力N=Pcos70º=1.4kN

由前面卸荷计算知:张力T满足承载要求,在此不做验算。对斜撑杆:σ=N/A=4.09×103/489=8.36N/mm2<[σ]=205N/mm2【安全】

抗剪验算:τmax=2QB/A=2×3.02×103/489

=12.35N/mm2<[σ]=205N/mm2【安全】

长细比λ=lo/i=1550/15.8=98.1

轴心受压构件稳定系数ψ=0.603

抗弯压验算:0.9×(N/ψA+MW/W)≤f/rmˊ

2.0×103/(0.603×489)+0.94×106/5080=191.8N/mm2

≤205/(0.9×1.1705)=194.6N/mm2【安全】

11.3悬挑卸料平台计算书

由于卸料平台的悬挑长度和所受荷载都很大,因此必须严格地进行设计和验算。

平台水平钢梁(主梁)的悬挑长度4.00m,悬挑水平钢梁间距(平台宽度)2.70m。

主、次梁均采用[16号槽钢,次梁间距1.00m。

施工人员等活荷载2.00kN/m2,最大堆放材料荷载15.00kN。

11.3.1次梁的计算

主、次梁选择[16号槽钢,间距1.00m,其截面特性为:面积A=25.162cm2,惯性距Ix=935cm4,转动惯量Wx=117cm3,回转半径ix=6.10cm,截面尺寸b=65.0mm,h=160.0mm,t=10.0mm

(1)脚手板的自重标准值:本例采用木脚手板,标准值为0.35kN/m2;

Q1=0.35×1.00=0.35kN/m

(2)最大的材料器具堆放荷载为15.00kN,转化为线荷载:

Q2=15.00/2.70/4.00×1.00=1.39kN/m

(3)槽钢自重荷载Q3=0.20kN/m

经计算得到,静荷载计算值q=1.2×(Q1+Q2+Q3)

=1.2×(0.35+1.39+0.20)=2.33kN

经计算得到,活荷载计算值P=1.4×2.00×1.00=2.80kN/m

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

经计算得到,活荷载计算值M=2.33×2.702/8+2.80×2.70/4=4.0kN.m

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;

经过计算得到强度σ=4.0×106/(1.05×117000.00)=32.67N/mm2;

次梁槽钢的抗弯强度计算σ<[f],满足要求!

其中b——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数,按照下式计算

经过计算得到σb=570×10×65.0×235/(2700.0×160.0×235.0)=0.86

经过计算得到强度σ=4.0×106/(0.72×117000.00)=47.5N/mm2;

次梁槽钢的稳定性计算σ<[f],满足要求!

11.3.2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。

主梁选择[16号槽钢,其截面特性为:面积A=25.162cm2,惯性距Ix=935cm4,转动惯量Wx=117cm3,回转半径ix=6.10cm,截面尺寸b=65.0mm,h=160.0mm,t=10.0mm

(1)栏杆与挡脚手板自重标准值:本例采用木脚手板,标准值为0.14kN/m;

Q1=0.14kN/m

(2)槽钢自重荷载Q2=0.20kN/m

计算得到,静荷载计算值q=1.2×(Q1+Q2)=1.2×(0.14+0.20)=0.408kN/m

经计算得到,次梁集中荷载取次梁支座力P=(2.33×2.70+2.80)/2=4.505kN

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

悬挑水平钢梁支撑梁剪力图(kN)

悬挑水平钢梁支撑梁弯矩图(kN.m)

悬挑水平钢梁支撑梁变形图(mm)

各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为

R1=14.05kN,支座反力RA=6.29kN,最大弯矩Mmax=7.39kN.m

[f]——钢材抗压强度设计值,[f]=205.00N/mm2;

经过计算得强度σ=7.39×106/1.05/120410+7.57×1000/2272.0=61.783N/mm2

主梁的抗弯强度计算强度σ小于[f],满足要求!

其中b——均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数,按照下式计算:

经过计算得到b=570×10.0×65.0×235/(4850.0×160.0×235.0)=0.48

经过计算得到强度σ=7.39×106/(0.48×117000.00)=131.6N/mm2;

主梁工字钢的稳定性计算σ<[f],满足要求!

11.3.3钢丝拉绳的内力计算:

水平钢梁的轴力RAH和拉钢绳的轴力RUi按照下面计算

其中RUicosθi为钢绳的拉力对水平杆产生的轴压力。

各支点的支撑力RCi=RUisinθi

按照以上公式计算得到由左至右各钢绳拉力分别为RU1=19.28kN

11.3.4钢丝拉绳的强度计算:

钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU我们均取最大值进行计算为:RU=19.28kN

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);

α——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。

计算中[Fg]取15.109kN,α=0.82,K=10.0,得到钢丝绳最小直径必须大于22mm才能满足要求,本工程中选用Φ24钢丝绳《公路工程竣(交)工验收办法实施细则》(交公路发〔2010〕65号)正式颁布.pdf,为安全着想,每侧再附加一根钢丝绳。

11.3.5钢丝拉绳吊环的强度计算

钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU我们均取最大值进行计算作为吊环的拉力N,为

N=RU=19.28kN

DL 5190.5-2019 电力建设施工技术规范 第5部分:管道及系统(扫描版)钢板处吊环强度计算公式为

其中[f]为拉环钢筋抗拉强度,按照《混凝土结构设计规范》10.9.8[f]=50N/mm2;

所需要吊环最小直径D=[15109×4/(3.1416×50×2)]1/2=16mm,选用Φ20钢筋做吊环。

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