钢管落地脚手架安全方案计算书

'重庆东升印务厂房改造工程钢管落地脚手架安全方案编制单位：四川中天建筑工程有限公司审核人：批准人：编制人：二○一二年八月六日 钢管落地脚手架安全方案计算书工程名称：重庆东升印务厂房改造工程；工程建设地点:重庆市九龙园区；属于框架-钢结构；地上3层；建筑高度：16.67m；标准层层高：5m；总建筑面积：12306平方米；总工期：70天。本工程由重庆东升印务有限公司投资建设，广东建筑艺术设计院有限公司设计，四川中天建筑工程有限公司组织施工；由担任项目经理，龙坎及担任技术负责人。工程说明：1、本工程位于重庆市九龙园区。本工程为改造工程,在原结构上增加一层,原结构为混凝土框架结构,二层,结构高度10.15m。基础形式为独立柱基。本工程为门式刚架轻型结构房屋,砌体施工质量控制等级要求达到B级。2、建筑物相对标高基准与原施工图相对坐标体系相同。3、基础砼所处环境类别二类a级，上部砼所处环境类别为一类。4、混凝土框架抗震等级为四级。扣件式钢管落地脚手架的计算依据《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)等编制。一、参数信息1.脚手架参数双排脚手架搭设高度为18m，立杆采用单立杆；搭设尺寸为：横距Lb为1.05m，纵距La为1.5m，大小横杆的步距为1.8m；内排架距离墙长度为0.25m；大横杆在上，搭接在小横杆上的大横杆根数为2根；采用的钢管类型为Φ51×3.0；横杆与立杆连接方式为双扣件；取扣件抗滑承载力系数为1.00；连墙件采用两步三跨，竖向间距3.6m，水平间距4.5m，采用扣件连接；连墙件连接方式为双扣件； 2.活荷载参数施工均布活荷载标准值:2.000kN/m2；脚手架用途:装修脚手架；同时施工层数:2层；3.风荷载参数本工程地处重庆市九龙园区，基本风压0.4kN/m2；风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs为0.214；4.静荷载参数每米立杆承受的结构自重标准值(kN/m):0.1198；脚手板自重标准值(kN/m2):0.300；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.150；安全设施与安全网(kN/m2):0.005；脚手板类别:竹笆片脚手板；栏杆挡板类别:竹笆片脚手板挡板；每米脚手架钢管自重标准值(kN/m):0.035；脚手板铺设总层数:13；5.地基参数地基土类型:岩石；地基承载力标准值(kPa):2000.00；立杆基础底面面积(m2):0.20；地基承载力调整系数:1.00。 二、大横杆的计算按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)第5.2.4 条规定，大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。将大横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。1.均布荷载值计算大横杆的自重标准值:P1=0.035kN/m；脚手板的自重标准值:P2=0.3×1.05/(2+1)=0.105kN/m；活荷载标准值:Q=2×1.05/(2+1)=0.7kN/m；静荷载的设计值:q1=1.2×0.035+1.2×0.105=0.169kN/m；活荷载的设计值:q2=1.4×0.7=0.98kN/m；图1大横杆设计荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度)图2大横杆设计荷载组合简图(支座最大弯矩)2.强度验算跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。跨中最大弯距计算公式如下:M1max=0.08q1l2+0.10q2l2跨中最大弯距为M1max=0.08×0.169×1.52+0.10×0.98×1.52=0.251kN·m；支座最大弯距计算公式如下:M2max=-0.10q1l2-0.117q2l2支座最大弯距为M2max=-0.10×0.169×1.52-0.117×0.98×1.52=-0.296kN·m；选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：σ=Max(0.251×106,0.296×106)/5130=57.7N/mm2；大横杆的最大弯曲应力为σ=57.7N/mm2小于大横杆的抗弯强度设计值 [f]=205N/mm2，满足要求！3.挠度验算最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。计算公式如下：νmax=(0.677q1l4+0.990q2l4)/100EI其中：静荷载标准值:q1=P1+P2=0.035+0.105=0.14kN/m；活荷载标准值:q2=Q=0.7kN/m；最大挠度计算值为：ν=0.677×0.14×15004/(100×2.06×105×130800)+0.990×0.7×15004/(100×2.06×105×130800)=1.481mm；大横杆的最大挠度1.481mm小于大横杆的最大容许挠度1500/150mm与10mm，满足要求！三、小横杆的计算根据JGJ130-2001第5.2.4条规定，小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。用大横杆支座的最大反力计算值作为小横杆集中荷载，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。1.荷载值计算大横杆的自重标准值：p1=0.035×1.5=0.053kN；脚手板的自重标准值：P2=0.3×1.05×1.5/(2+1)=0.158kN；活荷载标准值：Q=2×1.05×1.5/(2+1)=1.050kN；集中荷载的设计值:P=1.2×(0.053+0.158)+1.4×1.05=1.723kN； 小横杆计算简图2.强度验算最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和；均布荷载最大弯矩计算公式如下:Mqmax=ql2/8Mqmax=1.2×0.035×1.052/8=0.006kN·m；集中荷载最大弯矩计算公式如下:Mpmax=Pl/3Mpmax=1.723×1.05/3=0.603kN·m；最大弯矩M=Mqmax+Mpmax=0.609kN·m；最大应力计算值σ=M/W=0.609×106/5130=118.691N/mm2；小横杆的最大弯曲应力σ=118.691N/mm2小于小横杆的抗弯强度设计值205N/mm2，满足要求！3.挠度验算最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和；小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:νqmax=5ql4/384EIνqmax=5×0.035×10504/(384×2.06×105×130800)=0.021mm；大横杆传递荷载P=p1+p2+Q=0.053+0.158+1.05=1.261kN；集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下:νpmax=Pl(3l2-4l2/9)/72EI νpmax=1260.75×1050×(3×10502-4×10502/9)/(72×2.06×105×130800)=1.923mm；最大挠度和ν=νqmax+νpmax=0.021+1.923=1.943mm；小横杆的最大挠度为1.943mm小于小横杆的最大容许挠度1050/150=7与10mm,满足要求！四、扣件抗滑力的计算按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编，P96页，双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数1.00，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为16.00kN。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16.00kN；R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；大横杆的自重标准值:P1=0.035×1.5×2/2=0.053kN；小横杆的自重标准值:P2=0.035×1.05/2=0.019kN；脚手板的自重标准值:P3=0.3×1.05×1.5/2=0.236kN；活荷载标准值:Q=2×1.05×1.5/2=1.575kN；荷载的设计值:R=1.2×(0.053+0.019+0.236)+1.4×1.575=2.575kN；R<16.00kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求！五、脚手架立杆荷载计算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，为0.1198kN/mNG1=[0.1198+(1.50×2/2)×0.036/1.80]×18.00=2.689kN；(2)脚手板的自重标准值；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3kN/m2NG2=0.3×13×1.5×(1.05+0.2)/2=3.802kN；(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15kN/mNG3=0.15×13×1.5/2=1.462kN；(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网:0.005kN/m2NG4=0.005×1.5×18=0.135kN； 经计算得到，静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=8.089kN；活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，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=2×1.05×1.5×2/2=3.15kN；考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×8.089+0.85×1.4×3.15=13.455kN；不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为N"=1.2NG+1.4NQ=1.2×8.089+1.4×3.15=14.117kN；六、立杆的稳定性计算风荷载标准值按照以下公式计算Wk=0.7μz·μs·ω0其中ω0--基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：ω0=0.4kN/m2；μz--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：μz=0.74；μs--风荷载体型系数：取值为0.214；经计算得到，风荷载标准值为:Wk=0.7×0.4×0.74×0.214=0.044kN/m2；风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为:Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.044×1.5×1.82/10=0.026kN·m；考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)+MW/W≤[f]立杆的轴心压力设计值：N=13.455kN；不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式σ=N/(φA)≤[f]立杆的轴心压力设计值：N=N"=14.117kN；计算立杆的截面回转半径：i=1.7cm；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；计算长度系数参照《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：μ=1.5；计算长度,由公式l0=kuh确定：l0=3.118m；长细比:L0/i=183；轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到：φ=0.214立杆净截面面积：A=4.52cm2；立杆净截面模量(抵抗矩)：W=5.13cm3；钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2；考虑风荷载时σ=13455.18/(0.214×452)+25644.058/5130=144.102N/mm2；立杆稳定性计算σ=144.102N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！不考虑风荷载时σ=14116.68/(0.214×452)=145.942N/mm2；立杆稳定性计算σ=145.942N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！七、最大搭设高度的计算按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.3.6条考虑风荷载时,采用单立管的敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算：Hs=[φAf-(1.2NG2k+0.85×1.4(ΣNQk+MwkφA/W))]/1.2Gk构配件自重标准值产生的轴向力NG2K(kN)计算公式为：NG2K=NG2+NG3+NG4=5.4kN；活荷载标准值：NQ=3.15kN；每米立杆承受的结构自重标准值：Gk=0.12kN/m；计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩：Mwk=Mw/(1.4×0.85)=0.026/(1.4×0.85)=0.022kN·m；Hs=(0.214×4.52×10-4×205×103-(1.2×5.4+0.85×1.4×(3.15+0.214×4.52×100×0.022/5.13)))/(1.2×0.12)=63.42m； 按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.3.6条脚手架搭设高度Hs等于或大于26米，按照下式调整且不超过50米：[H]=Hs/(1+0.001Hs)[H]=63.42/(1+0.001×63.42)=59.637m；[H]=59.637和50比较取较小值。经计算得到，脚手架搭设高度限值[H]=50m。脚手架单立杆搭设高度为18m，小于[H]，满足要求！八、连墙件的稳定性计算连墙件的轴向力设计值应按照下式计算：Nl=Nlw+N0连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz＝0.92，μs＝0.214，ω0＝0.4，Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7×0.92×0.214×0.4=0.055kN/m2；每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=16.2m2；按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN),N0=5.000kN；风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，按照下式计算：Nlw=1.4×Wk×Aw=1.25kN；连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=6.25kN；连墙件承载力设计值按下式计算：Nf=φ·A·[f]其中φ--轴心受压立杆的稳定系数；由长细比l/i=250/17的结果查表得到φ=0.96，l为内排架距离墙的长度；A=4.52cm2；[f]=205N/mm2；连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.96×4.52×10-4×205×103=88.954kN；Nl=6.25