大高层外脚手架设计计算书 - 结构理论

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高大脚手架计算书（已通过专家论证）脚手架计算书1、脚手架相关力学计算条件根据檐高和施工的需要，搭设脚手架的高度为H=74.20m（考虑到屋顶局部高处因此均按80m计算）、立杆横距Lb=1.05m、立杆纵距L=1.20m,大横杆步距h=1.2m，横向水平杆靠墙一侧外伸长度＝300mm,铺5cm厚木脚手板4层，同时施工2层，施工荷载按结构施工时取Qk=4KN/M2，（装修时荷载考虑两层同时作业，每两米按一人操作计算，人边放一个300mm高直径500mm的灰斗，架体脚手板上排放两箱外墙面砖），连墙杆布置为两步三跨（2h×3L），钢管为φ48×3.2，基本风压W0＝0.35KN/m2，采用密目立网全封闭,计算脚手架的整体稳定。其它计算参数查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》及《建筑施工计算手册》知：立杆截面面积A=489mm2（由于使用旧钢管，考虑到磨损，钢管壁厚按3.2mm计算，则截面面积A=458mm2）,钢管回转半径i=1.58cm,截面模量W=5.08cm3,钢材抗压强度设计值f＝205N/mm2，脚手架钢管重量为0.0384KN/m，扣件自重为0.014KN/个，木脚手板的自重0.35KN/m2，密目网（密度为2300目/100cm2）的自重0.005KN/m2，挡脚板、栏杆的自重0.14KN/m。2、纵向水平杆计算：脚手架属于双排扣件式钢管脚手架，施工荷载由纵向水平杆传至立杆，只对纵向水平杆进行计算，按三跨连续梁计算，计算简图如下抗弯强度按下式计算σ＝≤fM＝0.175F•LF—由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值，F=0.5qlb(1+)2q―作用于横向水平杆的线荷载设计值；q=(1.2Qp+1.4QK)•S1Qp―脚手板自重＝0.35KN/m2；QK―施工均布荷载标准值（装修施工时为2KN/M2）取QK=3KN/M2；f―Q235钢抗弯强度设计值，按规范表5.1.6采用，f＝205N/mm2；S1―施工层横向水平杆间距，取S1=1200mm；1.4―可变荷载的荷载分项系数；a1―横向水平杆外伸长度,取a1＝300mm－柱距，取=1050mm－排距，取=1200mmW－截面模量，按规范附录B表B取值，W=5.08cm3；σ＝＝＝＜f=,满足要求挠度验算=(与10mm)式中-由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值，=4.16mm＜=1200/150=8mm,满足要求。3、扣件的抗滑移承载力计算R≤Rc式中R－纵向、横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值，Rc－扣件抗滑承载力设计值，按规范表5.1.7取Rc=8.0KN根据公式R=1.2NG2k+1.4NQk式中NG2k—构配件自重标准值产生的轴向力，查《建筑施工计算手册》表7－5得NG2k=1.372KNNQk—施工荷载标准值产生的轴向力,内外立杆按一纵距（跨）内施工荷载的1/2取值查《建筑施工计算手册》表7－6得NQk=5.04KN/2=2.52KN则R=1.2NG2k+1.4NQk=1.2×1.372+1.4×2.52=5.174KN＜Rc=8KN,满足要求。4、脚手架搭设高度计算已知：立杆纵距La=1.20米,立杆横距Lb=1.05米,纵向水平杆步距h=1.8米,连墙杆按两步三跨布置,计算外伸长度a1=0.3米,钢管外径与壁厚:φ48×3.2mm（取壁厚3.2mm,截面面积A=458mm2）,本地区的基本风压为0.35KN/㎡组合风荷载时Hs=式中HS－按稳定计算的搭设高度；gK－每米立杆承受的结构自重标准值（KN/m）,按规范附录A表A-1采用，gK=0.1291KN/m－轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比由规范附录C表C取值，=,－立杆计算长度，；A－立杆截面面积，按规范附录B表B采用（壁厚按3.2mm计算），取A=4.58cm2－钢材的抗压强度设计值，=205N/mm2NG2K－构配件自重标准值产生的轴向力,-施工荷载标准值产生的轴向力总和；MWK－风荷载标准值产生的弯矩，MWK=其中-风荷载标准值，-立杆纵距W－截面模量，按规范附录B表B取W=5.08cm34.1、验算长细比长度附加系数取1.00－考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，按规范表5.3.3取=1.55-立杆步距,取=1800mm－截面回转半径，按规范附录B表B采用，取=1.58cm［］-容许长细比，查规范表5.1.9得［］=210则==＜［］=210,满足要求4.2、确定轴心受压构件的稳定系数由（1）知λ=176.58查规范表附录C表C知=0.234.3、求构配件自重标准值产生的轴向力NG2k及施工荷载标准值产生的轴向力∑NQk总和:查《建筑施工计算手册》表7-5、表7-6得NG2k=2.713KN,∑NQk=7.924.4、求由风荷载标准值产生的弯矩MWK=4.4.1、先求风荷载标准值wk式中:风压高度变化系数,查现行国家标准《建筑结构荷载规范》取=0.54脚手架风荷载体形系数,查规范表4.2.4中的规定，取=1.3φ，查规范附录A表A-3,得φ=0.105,则=1.3φ=1.3×0.105=0.137基本风压,查现行国家标准《建筑结构荷载规范》取=0.35KN/m24.4.2、=0.7×0.54×0.137×0.35=0.018KN/m24.4.3、MWK==4.5、求脚手架的搭设高度Hs根据公式Hs=代入数值：Hs==56.8m4.6、求单管脚手架的搭设高度限值：,但根据规范5.3.7条规定脚手架搭设高度等于或大于26m时，可按上式调整且不得超过50m,因此须采取措施：32#楼脚手架上部36m采用单管立杆，折合步数n1=36÷1.8=20步，实际高度20×1.8=36m,下部双管立杆的高度为45m，折合步数n2=45÷1.8=25步。实际高度25×1.8=45m,架体实际搭设高度（25步＋20步）×1.8=81m；34#楼脚手架上部32.4m采用单管立杆，折合步数n1=32.4÷1.8=18步，实际高度18×1.8=32.4m,下部双管立杆的高度为45m，折合步数n2=45÷1.8=25步。实际高度25×1.8=45m,架体实际搭设高度（25步＋18步）×1.8=77.4m。5、脚手架稳定性验算：立杆稳定性公式（组合风荷载时）式中N－立杆段的轴向力设计值；－轴心受压构件的稳定系数，根据长细比由规范附录C表C取值，=,－计算长度，；－截面回转半径，按规范附录B表B采用，取=1.58cmA－立杆截面面积，按规范附录B表B采用(壁厚按3.2mm计算)，取A=4.58cm2－钢材的抗压强度设计值，=205N/mm2Mw－立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；5.1、求立杆段的轴向力设计值：查规范附录A表A-1知每米立杆承受的结构自重标准值gk=0.1291KN/m5.1.1、因底部立杆轴力最大，故先验算双管部分(已知脚手架高度80.4m,45m以下为双立杆，共25步，脚手架钢管重量为0.0384KN/m，扣件自重为0.014KN/个，)。确定主、副立杆荷载分配5.1.1.1：副立杆每步与纵向水平杆扣接，扣接节点靠近主节点，与脚手架形成整体框架，副立杆应承担部分脚手架结构自重和部分上部传下的荷载。5.1.1.2：根据试验结果表明：主立杆可承担上部传下荷载的65%，副立杆分担35%左右。则N，G1K=（NG1K+45×0.0384+24×0.014）×0.65=(80.4×0.1291×2+1.88+0.34)×0.65=14.94KN5.1.1.3：NG2K=（Lb+a1）LaΣQp1+La∑Qp2+La[H]Qp3式中：NG2K－构配件自重标准值产生的轴向力；木质脚手板自重标准值(满铺四层):∑Qp1=4×0.35KN/㎡=1.4KN/㎡立网自重标准值:Qp3=0.005kN/㎡栏杆、挡脚板自重标准值:∑Qp2=0.14KN/m×2=0.28KN/mNG2K=（1.20+0.3）×1.2×4×0.35+1.2×0.14×2+1.2×80.4×0.005=3.34KN5.1.1.4：∑NQk=(Lb+a1)La∑QK式中-施工荷载标准值产生的轴向力总和，内外立杆按一纵距（跨）内施工荷载总和取值施工均布荷载标准值(按两层操作层):∑QK=2×2.0KN/㎡=4.0KN/㎡代入数值：∑NQK=(1.20+0.3)×1.2×4=7.2KN则主立杆轴向力设计值为：(组合风荷载时)N=1.2(N，G1K+NG2K)+0.85×1.4=1.2×(14.94+3.34)+0.85×1.4×7.2=30.504KN5.2、计算值：根据长细比由规范附录C表C取值，==,式中长度附加系数取1.00－考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，按规范表5.3.3取=1.55-立杆步距查规范表附录C表C知=0.235.3、计算风荷载设计值产生的立杆段弯矩Mw根据规范Mw=0.85×1.4Mwk=式中Mw—风荷载标准值产生的弯矩；－风荷载标准值；—立杆纵距；其值计算根据公式：=0.7μz×μs×WO式中μz－风压高变化系数,地面粗糙为C类，查《建筑结构荷载规范》表7.2.1,取μz=0.54μs－脚手架风荷载体型系数,根据规范表4.2.4的规定，取μs=，查规范附录A表A-3,得φ=0.105,则=1.3φ=1.3×0.105=0.137WO－基本风压,查《建筑结构荷载规范》附表D.4,取WO=0.45KN/m2=0.7×0.54×0.137×0.35=0.018KN/m2则Mw=0.85×1.4×0.018×1.2×1.82/10=0.0083KN/ｍ5.4、验算立杆稳定性代入公式：证明主立杆不稳定，需要进行卸荷处理。6、45米以上脚手架立杆(单立杆)稳定性验算：双管立杆变截面处主立杆上部单根立杆的稳定性，最不利荷载在45m处，最不利为内立杆，要多负担小横杆向里挑出0.3m宽的脚手板及其上部活载。已知：密目式安全立网封闭双排(单立杆)脚手架挡风系数φ在网目密度为2300目/100cm2时,φ=0.8,此地区地面粗糙度为C类,风压高度变化系数μz=1.6,建筑物为带窗洞全砼结构,风荷载体型系数μs=1.3φ=1.3×0.8=1.04a、单立杆段风荷载设计值产生的弯矩:Mw=0.85×1.4Mwk===0.85×1.4×0.7×1.6×1.04×0.35×1.2×1.82/10=0.18KN•ｍb、构配件自重标准产生的轴向力:NG2K=(Lb+a1)La∑QP1+QP2La+La(HS-33)QP3=(1.20+0.3)×1.2×0.35×4+0.14×2×1.2+1.2×(80.4-45)×0.005=3.11KNC、脚手架结构自重标准值产生的轴向力:NG1K=(HS-45)gk=(80.4-45)×0.1291=4.57KNd、-施工荷载标准值产生的轴向力总和，内外立杆按一纵距（跨）内施工荷载总和的1/2取值∑NQK=(1.20+0.3)×1.2×4=7.20KN组合风载时:e、立杆段轴向力设计值:N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4∑NQK=1.2×(4.57+3.11)+0.85×1.4×7.20=17.784KNf、立杆稳定性验算根据公式:立杆稳定，满足要求.7、连墙件验算已知条件:脚手架高度80.4m,建筑物结构形式为全现浇剪力墙结构,地面粗糙类别属C类,连墙件采用φ48×3.2钢管,用直角扣件分别与脚手架立杆和建筑物连接,脚手架高度按最高处80.4米.7.1、先求脚手架上水平风荷载标准值ωK规范公式ωK=0.7μz×μs×WO根据《建筑结构荷载规范》表7.2.1计算高度取80.4米处，地面粗糙类别为C类，得风压高度变化系数μz=0.54；根据《建筑结构荷载规范》附表D.4,取WO=0.35KN/m2,脚手架风荷载体型系数μs；根据规范表4.2.4的规定（全封闭脚手架），取μs＝，取则μs==1.3×0.105=0.137则ωK=0.7×0.54×0.137×0.35=0.018KN/m27.2、求连墙件轴向力设计值:式中- 风荷载产生的连墙件轴向力设计值,按下式计算:-每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积。-连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力，双排脚手架NO取5KN=1.4+5=1.4×0.018×2×1.5×3×1.2+5=6.21KN7.3、扣件连接抗滑承载力验算查规范表5.1.7知一个直角扣件抗滑承载力为RC=8KN则Nt=6.21KN＜RC=8KN,证明满足要求.连墙钢管与洞口夹持短管连接时，用双直角扣件，完全满足要求。7.4、连墙杆稳定验算连墙杆的计算长度LH取2米根据公式:λ=LH/i=200/1.58=127<[λ]=150查规范表附录C表C得φ=0.412根据公式N/φA≤fNt/φA=12.71×103/0.412×458=67.35N/mm2