脚手架计算书-2009.11.04

'　班厦项目脚手架计算书一、维修原因及设计资料、说明1.1项目维修原因该项目上一维修工程。由于工程使用年限已达36年，建筑有所损坏，设施陈旧老化。加之当时所选用的主要建材和主要机电设备目前已被淘汰，造成主要机电设备维修部件无法满足。一定程度上影响正常使用，在斯里兰卡政府提出对该工程进行全面维修的要求下，我国政府于2007年同意承担该项目的维修任务。1.2当地有关设计资料斯里兰卡位于赤道附近，属热带季风气候。年平均气温28oC，年降水量为2800mm左右。无雪。基本风压：wo=0.70KN/m2（n=50）；（见设计图纸结构总说明第4.2.4.1），地面粗糙度为C类。建设地点为非地震区，抗震按6o设防。1.3选择脚手架施工的说明1.3.1招标文件要求:1）标高22.340米处外挑檐及檐口均更换为氟碳喷涂铝扣板，另加56盏照明筒灯。2）外廊40根湿粘汉白玉柱子既有装饰面，更换为干挂白色微晶石材。结构面以粘钢板进行加固。1.3.2外廊施工及设计要求的关键点1)标高22.340米至标高28.10米的檐口全部换为铝扣板，面积为4600㎡。2）外廊柱地面以上是两阶柱，均为正八边形。上柱对边垂直距离650(结构)，高度为2700；下柱对边垂直距离800(结构)，高度22390～22590。地面下为边长1200的正方形。地上部分为湿贴汉白玉石材，总厚度75。3)关键点是设计要求施工中须考虑极端情况，即脚手架还应有支撑屋架的作用，以防施工中屋架出现结构安全隐患。屋架在该传递力的标准值按240KN（见附件2）计；同时设计院还强调外廊柱的垂直和水平支撑应采用连续支撑，把40根柱的支撑连成一个整体支架。4)建筑物遮阳板细长，当时采用预制方式，分三截，最后吊装拼接而成，高度约15米。遮阳板内侧为大厅，高度8~12米的，且进深较大。因此，本脚手架很难找到与建筑物的附着点。综上所述，对本项目工程的维修支撑体系拟采用满堂脚手架，并考虑按柱头反力标准值240KN对屋架的防护。二、脚手架的布置脚手架钢管为ф48*3.0，按扣件式脚手架计算。2.1脚手架的组成(详见脚手架布置图（见19～24页）)2.1.1本方案拟防护脚手架和内外两侧的装修脚手架组成（见21页，横向A－A剖面）。防护脚手架为基本单元脚手架，具有对屋架的支撑防护和对外廊40根既有34 柱进行加固和更换装饰面的作用。施工拟设计为环形封闭状，周长为288米。2.1.2内侧装修脚手架为双排装饰脚手架，具有更换22.340米外挑檐装饰板和玻璃百叶窗的作用。2.1.3外侧装修脚手架为双排装饰脚手架，具有更换檐口装饰板的作用。2.2组成原则内外侧装饰脚手架与基本单元脚手架通过水平杆连成一体，内外侧装饰脚手架每二步三跨至少与基本单元脚手架有一根连杆；剪刀撑按规范设置。所有立杆考虑扣件对接。如需搭接，按规范有关规定进行。三、脚手架计算依据3.1本计算使用的设计规范、规程和软件《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204)《龙门架及井架物料提升机安全技术规范》(JGJ128-2000)《建筑施工手册》(中国建筑工业出版社，2003年第四版缩印本)品茗施工安全设施计算软件，软件密码锁编号A2001523.2承载能力极限状态，（《建筑结构荷载规范》公式2.2.2）或。式中—结构重要性系数。本计算安全等级为一级，。本计算将公式简写为。　—荷载组合效应设计值。　—结构构件抗力设计值。3.3脚手架设计参数3.3.1钢管特性脚手架为扣件式钢管脚手架，钢管为φ48*3.5。考虑其个体的差异性及施工中可能还要利用部分旧钢管，本计算一律按钢管为φ48*3.0计算。但重量仍按φ48*3.5的钢管重量计算。　　脚手架钢管特性外径壁厚截面积截面惯性矩截面模量回转半径每米长质量φδAIwigkmmmmmm2mm4mm3mmKg/m483.04241.08*1054.49*10316.03.8434 钢材弹性模量与强度设计值弹性模量抗拉抗压抗弯强度设计值EfN/mm2N/mm22.06*1052053.3.2计算荷载脚手架板自重为0.35KN/m2；栏板自重0.14KN/m；结构施工荷载，本计算不考虑；建筑装修荷载2.0KN/m2，施工中按二层计。注：以下计算脚手架立杆，一律按二层装修荷载2.0KN/m2计算。局部按一层活荷载计算，详见立杆中的计算。3.3.3风荷载wk=0.70βzμzμstwwo(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》公式4.2.3）。其该条文说明指出，脚手架附着在主体结构上βz=1.0。本计算为满堂架，虽与结构主体无附着，但也不属高耸或塔架。故仍按βz=1.0考虑。1)．风荷载体型系数μstw本脚手架这敞开式。《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第4.2.3条文说明风挡系数公式,按《建筑结构荷载规范》第6.3.1条第32、36项次，因wod2=0.7*0.0482=0.0016≥0.0015，μs=0.7。脚手架排数按n=8计，2)．风荷载高度变化系数μz距地面高度（米）μz（地面粗糙度C）距地面高度（米）μz（地面粗糙度C）≦150.74300.94200.84401.1134 3)．风荷载标值距地面高度（米）标准值wk=0.70βzμzμstwwo(KN/m2)≦150.21200.23300.26400.313.3.4地基承载力本工程未见相关原地质资料。本计算地基分为两种情况。第一种为大基台上，虽为回填土，但其面为缸砖地面，缸砖下有至少100厚的混凝土基层。大台基外为一般性的回填土，虽已夯实，较大基台处差了许多（见21页）。因此，按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第5.5.2条规定，fg=kcfgk。其地基承载力的标准值为fgk=100KN/m2；回填土地基承载力的调整系数kc=0.4。地基承载力的设计值fg=kcfgk=0.4*100=40KN/m2。四、脚手架计算4.1外侧装饰脚手架计算4.1.1计算参数1）基本参数本计算单元为装修架，顶端高出檐口上皮1.5米。其最大高度：(28.1+1.5)+0.6=30.20米。立杆纵距la=1.2米，立杆横距lb=1.4，步距，h=1.7米。悬挑部分的悬挑长度为0.9米，考虑施工中的一些不利因素，本计算按水平1.0米计算。高度1.7米考虑。脚手架连接形式为单扣件式。2）荷载见本计算第3.3.3。3）风荷载见本计算第3.3.3。4）地基见本计算第3.3.4。4.1.2水平杆件计算0）计算说明《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第5.2.4条，纵向水平杆按3跨连续梁计算。横向水平杆宜按简支梁计算，横向水平杆应放在纵向水平杆上方。34 1)la/2处横杆计算《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第6.1.1条，作业层横向水平杆间距，应按不大于la/2设置。又根据第7.3.12条，自顶层作业层的脚手板下计，宜每隔12m满铺一层脚手板。现计算施工安放在纵距中部的水平杆(见右图)。A.荷载值计算横向水平杆自重标准值:gk=0.038KN/m；脚手板的荷载标准值:NG2k=0.35*1.2*0.5=0.21KN/m；活荷载标准值:NQk=2*1.2*0.5=1.2KN/m；荷载的设计值:q=1.2*(0.038+0.21)+1.2*1.4=1.98KN/m；M=0.125ql2=0.125*1.98*1.42=0.48KNmV=0.5*1.98*1.4=1.39KNB.强度验算N/mm2，满足。C.挠度计算荷载标准值qk=0.038+0.21+1.2=1.45KN/mmm，满足规范小于跨度l/150=1400/150=9.33mm、且不大于10mm的要求。2)顶部横向水平杆计算（见下图）A.荷载值计算（计算单元见下图，宽度为la/2为600）荷载名称标准值荷载分项系数设计值自重(KN/m)0.0381.20.046平台板(KN/m)0.211.20.252平台板活荷载(装饰荷载KN/m)1.21.41.680表4.1.2-1中的系数详见《建筑施工手册》(中国建筑工业出版社，2003年第四版缩印本)P47页，表2-12。34 顶部横向水平杆(三跨连续梁)内力挠度系数及相应计算值表4.1.2-1序号荷载简图最大弯矩支座弯矩剪力跨中挠度M1M2MBMCVAVBlVBrVClVCrVDv1v2v3①系数0.080.025-0.1-0.10.4-0.60.5-0.50.6-0.40.6770.0520.677计算值0.050.01-0.06-0.060.17-0.250.21-0.210.25-0.170.290.020.29②系数0.101─-0.05-0.050.45-0.55000.55-0.450.99-0.6250.99计算值0.33─-0.16-0.161.06-1.29001.29-1.062.05-1.32.05③系数─0.075-0.05-0.05-0.05-0.050.5-0.50.050.05-0.3130.677-0.313计算值─0.25-0.16-0.16-0.12-0.121.18-1.180.120.12-0.651.4-0.65④系数0.0730.054-0.117-0.0330.383-0.6170.583-0.4170.0330.0330.5730.365-0.208计算值0.240.18-0.39-0.110.9-1.451.37-0.980.080.081.190.76-0.43⑤系数0.094─-0.0670.0170.433-0.5670.0830.083-0.017-0.0170.885-0.3130.104计算值0.31─-0.220.061.02-1.330.20.2-0.04-0.041.84-0.650.2234 表4.1.2-1中的设计值：M=表中系数*ql2，V=表中系数*ql，v=表中系数*ql4/(100EI)。表中序号①项为静荷载地，其他项次为活荷载(见下图)。按表中给出的数据：跨中最大弯矩：①+②+③M=0.38KNm，MB=-0.38KNm,相对应的VBl=-1.66KN，VBr=1.39KN，v1=1.69mm。支座最大弯矩：①+④，M=0.29KNm，MB=-0.48KNm,相对应的VBl=-1.66KN，VBr=1.39KN，v1=1.48mm。最大剪力：①+④，VBl=-1.66KN，VBr=1.39KN,相对应的M=0.29KNm，MB=-0.48KNm，v1=1.48mm。其中，支座B的静荷载VBl=-0.25KN，VBr=0.21KN；支座B的活荷载VBl=-1.45KN，VBr=1.37KN。最大挠度：①+⑤，v1=2.13mm。在此，弯矩、剪力不一一列出。B．强度验算按最大弯矩M=-0.48KNm计算。N/mm2，满足。C.挠度计算最大挠度v1=2.13mm≤l/150=1400/150=9.33mm、且不大于10mm的要求。3)顶部纵向水平杆计算A.荷载值计算荷载名称标准值荷载分项系数设计值自重(KN/m)0.0381.20.046横向水平杆传递静荷载(KN)0.381.20.46横向水平杆传递静荷载(KN)2.011.42.82表4.1.2-2中的系数详见《建筑施工手册》(中国建筑工业出版社，2003年第四版缩印本)P51页，表2-12。表4.1.2-2中自重(线荷载)荷载作用下的设计值：M=表中系数*ql2，V=表中系数*ql，v=表中系数*ql4/(100EI)。表中序号①项为静荷载地，其他项次为活荷载。表4.1.2-2中集中荷载(活荷载)作用下的设计值：M=表中系数*Pl，V=表中系数*P，v=表中系数*ql3/(100EI)。表中序号①项为静荷载地，其他项次为活荷载。53 为方便计算组合，本表中的内力设计值按P=1000的单位荷载计算。53 顶部纵向水平杆(三跨连续梁)单位荷载P=1000作用下的内力挠度系数及相应计算值表4.1.2-2序号荷载简图最大弯矩支座弯矩剪力跨中挠度M1M2MBMCVAVBlVBrVClVCrVDv1v2v3①系数0.080.025-0.1-0.10.4-0.60.5-0.50.6-0.40.6770.0520.677计算值11536-144-144480-720600-600720-48063249632②系数0.213─-0.075-0.0750.425-0.575000.575-0.4251.615-0.9731.615计算值256─-90-90425-57500575-4251256-7571256③系数─-0.075-0.075-0.075-0.075-0.0750.5-0.50.0750.075-0.4691.146-0.469计算值─-105-90-90-75-75500-5007575-365891-365④系数0.1620.1370.175-0.050.325-0.6750.625-0.3750.050.050.990.677-0.312计算值194164210-60325-675625-3755050770526-243⑤系数0.2─-0.10.0250.4-0.60.1250.125-0.025-0.0251.458-0.4690.158计算值240─-12030400-600125125-25-251134-36512353 注：《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第6.1.1条，作业层横向水平杆间距，应按不大于la/2设置。所以，一个纵距内，有两根横向水平杆。一根在横向纵距的中部，另一根在主节点上。表4.1.2-2中，只表示出纵距中部的横向水平杆传递的力。按表4.1.2-2中给出的数据与‘3)顶部纵向水平杆计算，A.荷载计算值’表中的荷载值计算表中的数值相乘，得出在计算荷载作用下的内力及挠度值。跨中最大弯矩：①+②+③，M=[115*0.046+(256+0)*(0.46+2.82)]/1000=0.84KNm，MB=[-144*0.046-(90+90)*(0.46+2.82)]/1000=0.60KNm相对应的VBl=[-720*0.046-(575+75)*(0.46+2.82)]/1000=-2.20KN，VBr=[600*0.046+(0+500)*(0.46+2.82)]/1000=1.67KN，v1=[632*0.046+(1256-365)*(0.46+2.82)]/1000=2.95mm。支座最大弯矩：①+④，M=[115*0.046+194*(0.46+2.82)]/1000=0.64KNm，MB=[-144*0.046+210*(0.46+2.82)]/1000=0.68KNm相对应的VBl=[-720*0.046-675*(0.46+2.82)]/1000=-2.24KN，VBr=[600*0.046+625*(0.46+2.82)]/1000=2.08KN，v1=[632*0.046+770*(0.46+2.82)]/1000=2.55mm。最大剪力：①+④，M=[115*0.046+194*(0.46+2.82)]/1000=0.64KNm，MB=[-144*0.046+210*(0.46+2.82)]/1000=0.68KNm相对应的VBl=[-720*0.046-675*(0.46+2.82)]/1000=-2.24KN，VBr=[600*0.046+625*(0.46+2.82)]/1000=2.08KN，v1=[632*0.046+770*(0.46+2.82)]/1000=2.55mm。其中，支座B的静荷载VBl=(-720*0.046-675*0.46)/1000=-0.34KN，VBr=(600*0.046+625*0.46)/1000=0.31KN；支座B的活荷载VBl=-675*2.82/1000=-1.90KN，VBr=625*2.82/1000=1.76KN。最大挠度：①+⑤，v1=[632*0.046+1134*(0.46+2.82)]/1000=3.75mm。在此，对应的弯矩、剪力不一一列出。B．强度验算按最大弯矩M=-0.84KNm计算。53 N/mm2，满足。C.挠度计算最大挠度v1=3.75mm≤l/150=1400/150=9.33mm、且不大于10mm的要求。4.1.3顶部挑扩杆计算0）计算说明本节计算分为两部分，一为顶部外侧的挑扩杆，一为顶部内侧的挑空杆。其作业层构造顺纵距中部设置的横向水平杆计算参考上一节‘la/2处横杆计算’；其纵向水平杆参考上一节‘la/2处横杆计算’‘顶部纵向水平杆计算’。这两杆件跨度和荷载均小于参考杆件，因此可满足要求。1)顶部外侧的挑扩杆计算(见右图)A.荷载值计算a.节点A处集中力的标准值：立杆自重标准值：P1=(1.7*2+1.2*2+1*2)*0.038=0.30KN端部栏板自重标准值：P2=0.14*1.2=0.17KN支撑杆重量的标准值的0.5：P3=0.5*0.038*1.97=0.04KN集中力的设计值:P=1.2*(0.26+0.17+0.03)=0.61KN/m；KN(+)KN(-)b.杆件AC上均布荷载的标准值：杆件AC自重的标准值：q1G=0.038KN/m脚手架板自重的标准值：q2G=0.35*1.2=0.42KN/m活荷载的标准值：qQ=2*1.2=2.40KN/m集中力的设计值:P=1.2*(0.038*2+0.42)+1.4*2.4=3.96KN/m杆件AC上的弯矩：M=0.125*3.96*1.02=0.49KNm杆件AC上的剪力静荷载：VGG=0.5*1.2*(0.038*2+0.42)*1.0=0.30KN杆件AC上的剪力活荷载：VGQ=0.5*1.4*2.4*1=1.68KNRAC=1.16KN(+)RAB=2.29KN(-)c.杆件AC上均布荷载的标准值：综上所述，AC杆弯矩M=0.49KNm；端部最大剪力静荷载VGG=1.16KN；AC杆端部受拉RAC=1.16+0.36=1.52KN，AB杆受压RAB=2.29+0.71=3.0KN。53 B.强度验算AC杆件：N/mm2，满足。AB杆件：《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5.3.1条，AB杆件的计算长度m,，查表φ=0.475。N/mm2，满足。C.挠度计算(只计算AC杆件)荷载标准值qk=0.038+0.21+1.2=1.45KN/mmm，满足规范小于跨度l/150=1000/150=6.66mm、且不大于10mm的要求。2)顶部过桥杆计算(见右图)A.荷载值计算a.顶部主节点垂直荷载由纵向水平杆支座和跨中传递，静荷载的设计值PG=(0.31+0.34)+(0.21+0.26)=1.12KN活荷载的设计值PQ=(1.76+1.90)+(1.37+1.45)=6.48KNb.其他荷载附加静荷载设计值PG1=0.038*(1.2*2+1.7)=0.16KNc.因有两根支撑杆，每根杆上的力，N=0.5*(1.12+6.48+0.16)*2.90/1.7=6.61KNB.强度验算《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5.3.1条，AB杆件的计算长度m,，查表φ=0.392。N/mm2，满足。4.1.4扣件抗滑力的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(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5)：R≤Rc其中Rc－扣件抗滑承载力设计值取8.00KN；R－纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；荷载的设计值:53 a.横向水平杆传递主节点的竖向作用力(见‘3)顶部纵向水平杆计算，A.荷载计算值’表)：静荷载R1G=0.46KN活荷载R1Q=2.82KNb.纵向水平杆传递主节点的竖向作用力(见‘3)顶部纵向水平杆计算，A.荷载计算值’表中最大剪力)：静荷载R2G=0.31-(-0.34)=0.65KN活荷载R2Q=1.76-(-1.90)=3.66KN∑R=(0.46+2.82)+(0.65+3.66)=7.59；因顶部作业为斜面，坡度按1：3计。实际单位面荷载应为水平投影的，为水平投影面积的1.053倍。（∑R*3.16/3）=7.59*1.053=7.99≈Rc=8.00KN，满足，但正处于临界状态。4.1.5立杆A稳定性计算（见P55）　　　其最大高度：(28.1+1.5)+0.6=30.20米。1)作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值如下：A.每米边立杆承受的结构自重标准值:(《建筑施工手册》(中国建筑工业出版社，2003年第四版缩印本)P194，公式5-23)。gk1=[0.413*(1.2+1.7)+0.188*1.4+0.372]/(10*1.7)=0.108KN/mNG1k=0.108*30.2=3.26KN；B.脚手板的自重标准值为0.35KN/m2，NG2k=0.35*1.4*1.2/2*3=0.88KN(作业板按三层计)；C.栏杆与挡脚手板自重标准值为0.14KN/mNG3k=0.14*1.2*2=0.21KN；D.挑扩传递的静荷载NG4k=(0.3*2+0.61)/1.2=1.01KN；经计算得到，静荷载标准值：NGk=NG1k+NG2k+NG3k+NG4k=3.26+0.88*1.05+0.21+1.01=5.40KN（系数1.05见下部）；2)活荷载A.作业层活荷载按一层计（见附件3，P54），因顶部作业为斜面，坡度按1：3计。实际单位面荷载应为水平投影的，为投影面积的3.16/3=1.053倍。NQ1k=(2*1.2*1.4*0.5)*1.053=1.77KNB.挑扩传递的活荷载NQ1k=2*1.2*1.0=2.4KN活荷载的标准值NQ=1.77+2.4=4.19KN53 3)荷载组合a.不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值为N=1.2NGk+1.4NQk=1.2*5.40+1.4*4.19=12.30Nb.考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值为N’=1.2NGk+0.85*1.4NQk=1.2*5.40+0.85*1.4*4.19=11.47KN4)立杆的稳定性计算:地面风荷载标准值为wk=0.21KN/m2(见本计算3.3.3)地面风荷载设计值产生的立杆段弯矩：Mw=0.85*1.4wklah2/10=0.85*1.4*0.21*1.2*1.72/10=0.09KNm(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》公式5.3.4)。A.立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)≤fσ’=N’/(φA)+MW/w≤f(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》公式5.3.1-1、2)立杆的轴心压力设计值：N=12.30KN，N’=11.47KN；计算立杆的截面回转半径：i=16mm；计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得：k=1.155；按2步3跨考虑，计算长度系数按μ=1.60计（略为保守一些）。计算长度,由公式lo=kμh确定：lo=1.155*1.6*1.7=3.15m；长细比:lo/i=3.15*103/16=195<λ=210,(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.1.9)轴心受压立杆的稳定系数φ，由长细比lo/i的结果查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)附录C得：φ=0.189立杆净截面面积：A=424mm2；立杆净截面模量(抵抗矩)：w=4.49*103mm3；钢管立杆抗压强度设计值：f=205N/mm2；B.立杆稳定性计算a.不考虑风荷载时σ=12.30*103/(0.189*424)=153.5N/mm2