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      淺談扣件式鋼管懸挑腳手架設計計算
      葉元貴(安徽天翰工程咨詢有限責任公司)

      發布于:2022-09-14 

      一、工程概況:

            本工程為某高層寫字樓,框剪結構。建筑面積29800m2,層高3.5m,地下一層,地上20層,加躍層全高76.5m。裙房地下一層,地上兩層,裙房與主樓在筏基、一層頂結構層均設后澆帶,裙房主體待主樓結構封頂后施工。

      二、腳手架設計方案:

      1、本工程采用扣件式Φ48×3.5鋼管腳手架,地下一層至地上三層頂采用雙排落地式單立桿腳手架,三層頂開始分三次懸挑至躍層,分別在三層頂、九層頂、十五層頂用16#工字鋼加Φ20圓鋼斜拉卸荷,每段最大懸挑高度21m。

      2、鋼管腳手架采用雙排單立桿,縱向間距1.5m,橫向間距0.9m,縱向水平桿步距1.8m,里立桿距外墻皮0.3m;小橫桿間距0.75 m。每步架設欄桿高0.9 m。作業層設擋腳手板和竹笆跳板滿鋪。

      3、水平桿在立桿內側,小橫桿在縱向水平桿下,滿鋪竹笆的作業層填縱向水平桿一根。

      4、連墻件采用Φ48×3.5鋼管按二步(3.6m)三跨(4.5m)設置,陰陽角兩側均設置連墻件。

      5、腳手架外側立面整個長度和高度連續設置剪刀撐,每組剪刀撐跨越立桿6-7根,與水平成45°-60°角。

      6、腳手架拐角處及中間每隔6跨設置一道橫向斜撐,自底層至頂層。

      7、外立桿內側用密目式綠色安全網全封閉,作業層竹笆底面用平網封閉。

      三、設計驗算:

      (一)驗算依據:

      1、《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ130-2001。

      2、《建筑工程安全檢查標準》JGJ59-99。

      3、《建筑結構荷載規范》GB50009-2001。

      4、《上海市懸挑腳手架安全技術規程》DG/TJ08-2002-2006。

      (二)驗算內容:

            依據規范第5.1.5條規定的情況下,相應桿件可不再進行設計計算,架體設計采用了規范第6.1.1條規定的構造尺寸,符合表5.1.7注及第六章構造規定,故縱向水平桿、橫向水平桿、立桿等就不必進行驗算,故只驗算連墻桿、型鋼支承架、扣件抗滑承載力。

      (三)連墻桿驗算:

      1、連墻桿的軸向設計值:

      Nl=Nlw+No 5.4.1)

      其中 No——架體平面外變形產生的軸向力,規范取5KN

      Nlw——風荷載產生的軸向力=1.4Wk·Aw (5.4.2)

      Wk——水平荷載標準值=0.7μz·μs·Wo 4.3.2)

      Aw——每個連墻件的覆蓋面積(本工程為4.5×3.6=16.2m2,取27 m2

      μz——風壓高度變化系數。(按荷載規范GB5009-2001表7.2.1及場地情況及高度查得μz=1.95)

      μS——腳手架體型系數(按規范表4.2.4查得μs=1.3φ。φ為擋風系數,按規范附錄表A3查得φ=0.089,μS=1.3×0.089=0.1157)

      Wo——基本風壓值按荷載規范附錄附圖查得Wo=40kg/m2

      Wk=0.7μz·μS·wo=0.7×1.95×0.1157×40=6.317 kg/m2

      Nlw=1.4 Wk·Aw=1.4×6.317×27=238.78kg

      Nl= Nlw+ No=238.78+500=738.78kg

      2、連墻桿強度驗算:

      選用Φ48×3.5鋼管作為拉墻桿,查表得

      F=4.89cm2 Q235鋼材強度設計值 f=205N/mm2 (規范表:5.1.6)

      σ=N/F=7387.78/489=15.11N/mm2205N/mm2 安全

      (四)型鋼支撐架驗算:

      選雙保險的結構型式:即懸挑梁加斜拉桿。

      1、架體設計尺寸同第二條

      連墻件設置為二步三跨,立桿橫距Lb0.9m,縱向水平桿步距1.8m,立桿縱距La為1.5m,內立桿距建筑物主體為0.3m。

      2、 計算簡圖(按二種最不利狀態)

      1懸臂梁狀態(拉桿失效)

      2上拉三腳架狀態(壓點失效)

      3、荷載計算:

      立桿的軸向壓力:N

      按不組合風荷載考慮(組合風荷載的計算值更?。?/span>

      N=1.35(NG1K+NG2K+1.4∑NQK (按規范公式5.3.2-1)

      (按上海“規范”規定恒載分項系數調整為1.35)

      NG1K——腳手架結構自重標準值產生的軸向力。(按規范附錄A A-1表取值)

      NG2K——構件自重標準值產生的軸向力(按規范表4.2.1-1~4.2.1-2)

      ∑NQK——施工荷載標準值產生的軸向力總和

      每根立桿承受的作用面積為:1.8×1.2×1/2=1.08m2

      每根立桿承受構件自重標準值為:0.1248 KN/ (規范附錄表A-1)

      腳手板自重標準值為:0.35KN/m2 (規范表4.2.1-1)

      欄桿擋腳板標準值為:0.14KN/m2 (規范表4.2.1-2)

      施工活荷載標準值為:6KN/m2 (按上海規程3.2.2第二條要求取值)

      支承架上架體高度:21m (設計方案)

      NG1K=21×0.1248=2.62KN

      NG2K=1.08×6(層)×(0.35+0.14)=3.18KN

      NQK=1.08×6KN=6.48KN

      N=1.35×(2.62+3.18)+1.4×6.48=7.83+9.07=16.9KN

      4、內力分析和截面驗算:

      1)懸臂梁內力計算(見右圖)

      B點彎矩

      MB=1.69×(0.3+1.2)=2.535t·m

      A支座壓力

      R A=2.535÷2.2=1.152t

      B支座反力

      RB=1.152+3.38=4.532t

      2)型鋼截面驗算

      選工字鋼Ⅰ16# W X=141cm3;F=26.1 cm2

      抗彎強度驗算:W-截面模量

      σ=Mmax/W=253500/141=1797.8kg/ cm2=179.78N/mm2205N/mm2

      抗剪強度驗算:

      τ= Vmax·S/Ⅰ·tw Vmax——最大剪力;S——截面模量=81 cm3

      Ⅰ——慣性矩=1127 cm4;tw——腹板厚度=0.6cm

      τ=3380×81/(1127×0.6)=273780/676.2=404.88kg/ cm2=40.4N/mm2125 N/mm2

      3)拉桿內力計算:

      按實際位置拉桿尺寸傾斜角

      tgφ=1200/3420=0.3548 φ≈19.5°

      Fy=1..69t+1.69×0.3/(0.3+0.9)=1.69+0.4225=2.113t

      CoS19.5°=0.943;F= Fy·CoS19.5°=2.113×0.943=1.990t

      Fx= Fy·Sin19.5°=2.113×0.334=0.705t (梁底板抵消)

      4)拉桿截面驗算:選Φ20圓鋼拉桿 Fu=3.14cm2

      拉桿強度驗算:

      σ=F/Fu=1990kg/3.14=624.86kg/ cm2= 62.5N/mm2215 N/mm2 安全

      (5) 拉桿結點焊縫強度驗算:

      懸挑架連接

      1Φ20圓鋼拉桿上端彎成71°,彎端長100mm與上樓層予埋件M1采用雙面電弧焊(角焊),焊縫長度兩側各100mm。hf=12mm。下端彎成19°彎端長100mm,與工字鋼上側采用雙面電弧焊(角焊),焊縫長度兩側各100mm。

      2懸挑層結構外側埋件M2與工字鋼下翼兩側采用雙面電弧焊,焊縫兩側各長100mm,以控制工字鋼移動。

      3每根工字鋼挑出端按圖示尺寸,焊兩個Φ25圓鋼,高150mm以控制立桿位置。

      焊縫驗算:

      Φ20圓鋼拉桿作用力平行于焊縫方向,按鋼結構設計規定焊縫抗剪強度按下式計算:

      τ=N/( hf·lw≤0.7fyw 其中N——軸向拉力

      hf——焊腳尺寸

      由前計算得:N=1.990t lw——焊縫有效長度等于焊縫長度扣除2倍焊腳尺寸

      查表得:fyw=160 N/mm2 fyw=角焊縫抗剪強度設計值

      lw=200-12×2=176mm

      N/( hf·lw)≤0.7fyw 代入19900/(1.2×176)<0.7×160

      9.42<112 安全

      (五)扣件抗滑承載力計算

      按規范5.2.5條縱向或橫向水平桿與立桿連接時,其扣件的抗滑承載力按下式計算:

      R≤RC

      R——縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值

      RC——扣件抗滑承載力設計值,按規范表5.1.7采用8KN

      承載值計算:

      水平桿自重標準值 P1=0.038×1.5=0.057KN

      腳手板標準值 P2=0.35×0.9×1.5/2=0.236KN

      活荷載標準值 Q=2×0.9×1.5/2=1.35KN

      承載計算值 R=1.35×0.057+1.35×0.236+1.4×1.35

      =0.077+0.319+1.89=2.286KN<8KN 安全

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