某復雜外立面工程整體式斜爬架結(jié)構(gòu)受力計算書

1、某復雜外立面工程整體式斜爬架結(jié)構(gòu)受力計算書目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251335050 1 復核報告內(nèi)容 PAGEREF _Toc251335050 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335051 2 計算分析依據(jù) PAGEREF _Toc251335051 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335052 3 工況及荷載分析 PAGEREF _Toc251335052 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335053 3.1 工況分析 PAGEREF _Toc251335053 h - 2

2、- HYPERLINK l _Toc251335054 3.2 荷載分析 PAGEREF _Toc251335054 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335055 3.3 荷載組合 PAGEREF _Toc251335055 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335056 3.4 承載力計算 PAGEREF _Toc251335056 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335057 4 有限元模型 PAGEREF _Toc251335057 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335058 4.1 材料及單元的選擇

3、 PAGEREF _Toc251335058 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335059 4.2 模型建立 PAGEREF _Toc251335059 h - 2 - HYPERLINK l _Toc251335060 5 計算結(jié)果（擋風系數(shù)0.5） PAGEREF _Toc251335060 h 2 HYPERLINK l _Toc251335061 5.1 工況一：整體腳手架處于工作狀態(tài)（6級風） PAGEREF _Toc251335061 h 2 HYPERLINK l _Toc251335062 5.1.1 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（100m高度） PAGEREF _T

4、oc251335062 h 2 HYPERLINK l _Toc251335063 5.1.2 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（150m高度） PAGEREF _Toc251335063 h 2 HYPERLINK l _Toc251335064 5.1.3 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（200m高度） PAGEREF _Toc251335064 h 2 HYPERLINK l _Toc251335065 5.1.4 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（8級風100m高度） PAGEREF _Toc251335065 h 2 HYPERLINK l _Toc251335066 5.1.5 方案二：雙導軌腳手架結(jié)構(gòu)（100m高度） PAG

5、EREF _Toc251335066 h 2 HYPERLINK l _Toc251335067 5.1.6 方案二：雙導軌腳手架結(jié)構(gòu)（150m高度） PAGEREF _Toc251335067 h 2 HYPERLINK l _Toc251335068 5.1.7 方案二：雙導軌腳手架結(jié)構(gòu)（200m高度） PAGEREF _Toc251335068 h 2 HYPERLINK l _Toc251335069 5.2 工況二：整體腳手架處于爬升狀態(tài)（6級風） PAGEREF _Toc251335069 h 2 HYPERLINK l _Toc251335070 5.2.1 模型說明 PAGER

6、EF _Toc251335070 h 2 HYPERLINK l _Toc251335071 5.2.2 單導軌方案計算結(jié)果(6級風100m高度) PAGEREF _Toc251335071 h 2 HYPERLINK l _Toc251335072 5.2.3 單導軌方案計算結(jié)果(5級風100m高度) PAGEREF _Toc251335072 h 2 HYPERLINK l _Toc251335073 5.2.4 單導軌方案計算結(jié)果(5級風150m高度) PAGEREF _Toc251335073 h 2 HYPERLINK l _Toc251335074 5.2.5 單導軌方案計算結(jié)果(

7、5級風200m高度) PAGEREF _Toc251335074 h 2 HYPERLINK l _Toc251335075 5.2.6 雙導軌方案計算結(jié)果（6級風100m高度） PAGEREF _Toc251335075 h 2 HYPERLINK l _Toc251335076 5.2.7 雙導軌方案計算結(jié)果（6級風150m高度） PAGEREF _Toc251335076 h 2 HYPERLINK l _Toc251335077 5.2.8 雙導軌方案計算結(jié)果（6級風200m高度） PAGEREF _Toc251335077 h 2 HYPERLINK l _Toc251335078

8、5.3 工況三：臺風工況 PAGEREF _Toc251335078 h 2 HYPERLINK l _Toc251335079 5.3.1 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)情況應力驗算（100m高度） PAGEREF _Toc251335079 h 2 HYPERLINK l _Toc251335080 5.3.2 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)且增加拉結(jié)情況（100m高度） PAGEREF _Toc251335080 h 2 HYPERLINK l _Toc251335081 5.3.3 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)且增加拉結(jié)情況（150m高度） PAGEREF _Toc251335081 h 2 HYPERLINK

9、l _Toc251335082 5.3.4 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)且增加拉結(jié)情況（200m高度） PAGEREF _Toc251335082 h 2 HYPERLINK l _Toc251335083 5.3.5 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)且每層增加拉結(jié)情況（200m高度） PAGEREF _Toc251335083 h 2 HYPERLINK l _Toc251335084 5.4 結(jié)果匯總 PAGEREF _Toc251335084 h 2 HYPERLINK l _Toc251335085 6 計算結(jié)果（擋風系數(shù)0.3） PAGEREF _Toc251335085 h 2 HYPERLINK l

10、 _Toc251335086 6.1 工況一：整體腳手架處于工作狀態(tài)（6級風） PAGEREF _Toc251335086 h 2 HYPERLINK l _Toc251335087 6.1.1 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（100m高度） PAGEREF _Toc251335087 h 2 HYPERLINK l _Toc251335088 6.1.2 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（150m高度） PAGEREF _Toc251335088 h 2 HYPERLINK l _Toc251335089 6.1.3 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（200m高度） PAGEREF _Toc251335089 h 2 HYPERLINK

11、 l _Toc251335090 6.1.4 單導軌腳手架結(jié)構(gòu)（8級風200m高度） PAGEREF _Toc251335090 h 2 HYPERLINK l _Toc251335091 6.2 工況二：整體腳手架處于爬升狀態(tài)（6級風） PAGEREF _Toc251335091 h 2 HYPERLINK l _Toc251335092 6.2.1 單導軌方案計算結(jié)果(100m高度) PAGEREF _Toc251335092 h 2 HYPERLINK l _Toc251335093 6.2.2 單導軌方案計算結(jié)果(150m高度) PAGEREF _Toc251335093 h 2 HY

12、PERLINK l _Toc251335094 6.2.3 單導軌方案計算結(jié)果(200m高度) PAGEREF _Toc251335094 h 2 HYPERLINK l _Toc251335095 6.3 工況三：臺風工況 PAGEREF _Toc251335095 h 2 HYPERLINK l _Toc251335096 6.3.1 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)情況應力驗算（100m高度） PAGEREF _Toc251335096 h 2 HYPERLINK l _Toc251335097 6.3.2 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)情況應力驗算（150m高度） PAGEREF _Toc251335097

13、 h 2 HYPERLINK l _Toc251335098 6.3.3 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)情況應力驗算（200m高度） PAGEREF _Toc251335098 h 2 HYPERLINK l _Toc251335099 6.3.4 若懸臂部分拆除圍護網(wǎng)且增加拉結(jié)情況（200m高度） PAGEREF _Toc251335099 h 2 HYPERLINK l _Toc251335100 6.4 結(jié)果匯總 PAGEREF _Toc251335100 h 2 HYPERLINK l _Toc251335101 7 結(jié)論和注意事項 PAGEREF _Toc251335101 h 2 HYPER

14、LINK l _Toc251335102 7.1 結(jié)論 PAGEREF _Toc251335102 h 2 HYPERLINK l _Toc251335103 7.1.1 擋風系數(shù)0.5 PAGEREF _Toc251335103 h 2 HYPERLINK l _Toc251335104 7.1.2 擋風系數(shù)0.3 PAGEREF _Toc251335104 h 2 HYPERLINK l _Toc251335105 7.2 注意事項 PAGEREF _Toc251335105 h 2 HYPERLINK l _Toc251335106 7.2.1 擋風系數(shù)0.5 PAGEREF _Toc2

15、51335106 h 2 HYPERLINK l _Toc251335107 7.2.2 擋風系數(shù)0.3 PAGEREF _Toc251335107 h 2 PAGE 271 計算書內(nèi)容本報告選取了該工程中最不利受力架體即2#架體進行受力分析，該架體寬度較大，并且中間要進行收分，本報告分析了該整體斜爬架系統(tǒng)在自重、風荷載、施工荷載、圍護體系自重等作用下，結(jié)構(gòu)的力學響應。圖1 30層以下2#爬架平面圖圖1 30層以上2#爬架平面圖2 計算分析依據(jù)本報告參考以下規(guī)范及相關(guān)資料：1）整體提升腳手架（改進型）標準圖集； 2）建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ202-20103）建筑施工扣件式鋼管腳

16、手架安全技術(shù)規(guī)程JGJ-130-20014）輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊；5）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GBJ50017-2003；6）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001；3 工況及荷載分析 3.1 工況分析由于結(jié)構(gòu)外立面變化，架體形狀隨著里面變化會發(fā)生改變，根據(jù)施工流程，整體提升腳手架結(jié)構(gòu)施工工況分為工作工況和爬升工況。再考慮風荷載的不同取值，即共計算三個工況：工況1：爬升工況，采用標準風壓0.25kN/m2。工況2：使用工況，采用南昌市10年風壓最大值。3.2 荷載分析根據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑施工建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ202-2010，附著升降腳手架設(shè)計中荷載標準值應分使用、爬升兩種工況按

17、以下規(guī)定分別確定：1. 恒載標準值GK有限元模型中，整體提升腳手架結(jié)構(gòu)材料自重可以自動計算；對于木腳手板取自重標準值為0.35kN/m2。2. 施工活荷載標準值Qk包括施工人員、材料及施工機具等自重。本報告中整體斜爬架處于結(jié)構(gòu)施工階段，荷載按二層同時作業(yè)計算，使用狀況時按每層3kN/m2計算，升降及墜落狀況時按每層0.5 kN/m2計算。 3. 風荷載標準值按下式計算：式中 風振系數(shù)，取1.0；風壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的規(guī)定取用，場地類別為C，高度取100m處，對應的=1.7，高度取260m處，對應的=2.58；基本風壓，爬升情況取0.25kN/m2，使用狀態(tài)采用南昌市10年

18、風壓最大值腳手架風荷載體型系數(shù)，按表3.1選用 腳手架風載體型系數(shù) 表3.1背靠建筑物狀況全封閉敞開、開洞表中，為腳手架封閉情況確定的擋風系數(shù)。本工程中采用全封閉圍護，15mmX15mm方孔鋼絲網(wǎng)片，擋風系數(shù)取=0.5綜上所述，模型中需要考慮的荷載詳列如下：a. 整體提升腳手架結(jié)構(gòu)材料自重，由程序自動計算；b. 腳手架扣件重量，按13.2N/個計算；c. 人行通道木板荷載，按照均布面荷載綜合考慮，數(shù)值確定為0.35KN/m2；d. 施工荷載：按二層同時作業(yè)計算，使用狀況時按每層3kN/m2計算，升降及墜落狀況時按每層0.5 kN/m2計算；e. 外掛封閉圍護板，取0.078kN/m；f. 風荷

19、載：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）整體提升腳手架結(jié)構(gòu)爬升狀態(tài)限制最高風壓為四級，計算采用六級風壓，風速為13.8m/s，基本風壓為0.12 kN/m2，使用狀態(tài)下取南昌市十年最大風壓為0.30 kN/m2，15mm孔網(wǎng)片經(jīng)計算擋風系數(shù)取0.4，計算高度分別取100m，260m的風荷載標準值見下表。 100m高度處不同風速下的風荷載標準值 表3.2工況擋風系數(shù)風振系數(shù)風壓高度變化系數(shù)風荷載體型系數(shù)基本風壓 （kN/m2）風荷載標準值（kN/m2）爬升0.41.01.70.40.120.08使用0.41.01.70.40.30.20 260m高度處不同風速下的風荷載標準值 表3.

20、5工況擋風系數(shù)風壓折減系數(shù)風壓高度變化系數(shù)風荷載體型系數(shù)基本風壓 （kN/m2）風荷載標準值（kN/m2）爬升0.41.02.580.40.120.124使用0.41.02.580.40.30.31 每個工況的荷載會有所不同，之后會具體說明。3.3 荷載組合荷載效應組合為：其中 S荷載效應組合；G 永久荷載（腳手架自重+扣件自重+竹片自重）的分項系數(shù)；SGK 永久荷載標準值的效應值；Q1 風荷載的分項系數(shù)；SQ1K 風荷載標準值的效應值；施工荷載的分項系數(shù)；施工荷載的組合系數(shù)，取0.85；施工荷載標準值的效應值。計算時荷載分項系數(shù)取值如下表： 荷載組合分項系數(shù)和組合系數(shù) 表3.6計算類別 (腳

21、手架自重、扣件、竹片、外掛板重分項系數(shù)) (風荷載分項系數(shù))(施工荷載分項系數(shù))(施工荷載組合系數(shù))強度計算1.21.41.40.854 有限元模型4.1 材料及單元的選擇根據(jù)腳手架的實際結(jié)構(gòu)，材料選用規(guī)范GB03（S）的Q235，整體腳手架結(jié)構(gòu)構(gòu)件等選用一般梁單元模擬。主要設(shè)計參數(shù)如下：、鋼彈性模量Es2.06105MPa；、材料容許應力：Q235: =215MPa；整體腳手架結(jié)構(gòu)有限元模型共選用4種截面:a.主要構(gòu)件截面采用48x3.5鋼管；b.導軌采用75x3.5鋼管；c斜拉桿采用直徑為28的圓鋼;d.桿件之間筋板采用10mm厚鋼板。4.2 模型建立本工程采用的整體腳手架各單元大小不一，

22、寬度有5300mm、5600mm和6000mm等，本報告選取最不利情況，即選取寬度為6000mm的腳手架單元，另外，為了較為真實的反映整體腳手架的受力性能，需要考慮相鄰單元間的相互作用，因此，選取三榀單元進行分析。腳手架水平力傳遞路線是通過腳手架立柱傳遞到導軌上，再經(jīng)過抗傾覆導向輪傳遞至墻體，因此，在建模時需要考慮導軌對結(jié)構(gòu)的影響。特殊工況下的臨時拉結(jié)將力直接傳遞到墻體。本工程整體腳手架采用單導軌方案。豎向傳力主要通過斜拉桿傳至墻體。采用Midas gen Ver.730建立的有限元模型如圖4.1。具體的邊界條件在每個工況中單獨說明。圖4.1 30層以下斜爬架有限元模型5 計算結(jié)果5.1 工況

23、一：整體腳手架處于爬升狀態(tài)5.1.1 100m高度整體斜爬架完整架體（1）應力驗算爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的導軌最大拉應力為32.9MPa，承載力滿足要求。導軌最大壓應力為148.7MPa，如圖5.1。導軌計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！圖5.1 工況1最大組合應力圖爬架立桿管最大拉應力為105.7MPa，承載力滿足要求。導軌最大壓應力為100.7MPa立桿計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求?。?）變形驗算爬架結(jié)構(gòu)整體在本工況下的最大變形為1.5cm，發(fā)生在爬架翼部最頂端，如圖5.2。圖5.2

24、 工況1 最大變形圖（4）斜拉桿強度驗算斜拉桿結(jié)構(gòu)拉應力為56.3 MPa。（5）扣件強度驗算腳手架體系主要承載構(gòu)件（底層腳手管和機位處立桿）均未采用扣件連接方式。采用扣件連接的腳手架內(nèi)力圖如下，最大壓力為14.80KN，位于底部立桿上，此壓力主要通過立桿傳遞，對扣件影響不大。最大拉力為3.56KN，位于頂層內(nèi)側(cè)橫梁上，由于采用對接扣件，承載力只有3.2KN，因此，桿件受力超出扣件的抗滑移承載力設(shè)計值，無法滿足?？奂躖、Z向剪力相對較小，最大為1.75KN。軸力圖Y向剪力圖Z向剪力圖圖5.4 工況1扣件受力5.1.2 260m高度收分后斜爬架（1）應力驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的軌道最大拉應

25、力為54.2MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為168.4MPa，如圖5.5。導軌計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！圖5.5 最大組合應力圖腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的軌道最大拉應力為114.1MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為101.5MPa，如圖5.5。立桿計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求?。?）變形驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為2.4cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.6。圖5.6 工況1 最大變形圖（4）斜拉桿強度驗算斜拉桿應力為53.4 MPa，如圖 。5.2 工況二

26、：整體腳手架處于工作狀態(tài)5.2.2 100m高度整體斜爬架完整架體（不考慮風荷載）（1）應力驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的導軌最大拉應力為31.6MPa，承載力滿足要求，壓應力為34.4 MPa，如圖5.25。導軌計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的立桿最大拉應力為71.1MPa，承載力滿足要求，壓應力為62.1 MPa，如圖5.25。立桿計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！圖5.25 單導軌爬升狀態(tài)最大組合應力圖（2）變形驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為0.1cm，發(fā)生

27、在爬架底部翼端，如圖5.2。（4）斜拉桿強度驗算斜拉桿結(jié)構(gòu)拉應力為59.0 MPa。5.2.2 100m高度整體斜爬架完整架體（考慮風荷載）（1）應力驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的導軌最大拉應力為31.7MPa，承載力滿足要求，壓應力為107.6 MPa，如圖5.25。導軌計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的立桿最大拉應力為78.3MPa，承載力滿足要求，壓應力為66.2MPa，如圖5.25。立桿計算長度為，所以，長細比滿足要求圖5.25 單導軌爬升狀態(tài)最大組合應力圖（2）變形驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為0.5cm，發(fā)

28、生在爬架中部最頂端，如圖5.2。（4）斜拉桿強度驗算斜拉桿結(jié)構(gòu)拉應力為56.8 MPa。5.2.3 260m高度收分后斜爬架（1）應力驗算爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的導軌最大拉應力為46.8MPa，承載力滿足要求，壓應力為143.3 MPa，如圖5.27，滿足強度要求。導軌計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性滿足要求！爬架結(jié)構(gòu)在本工況下的立柱最大拉應力為99.2MPa，承載力滿足要求，壓應力為85.8 MPa，如圖5.27，滿足強度要求。立桿計算長度為，所以，長細比滿足要求穩(wěn)定系數(shù)，桿件穩(wěn)定性計算如下： MPa，穩(wěn)定性不滿足要求！圖5.27 單導軌爬升狀態(tài)最大

29、組合應力圖（2）變形驗算腳手架結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為2.1cm，發(fā)生在腳手架中部最頂端，如圖5.28。圖5.28 變形圖（4）斜拉桿強度驗算斜拉桿結(jié)構(gòu)拉應力為31.7 MPa。5.4 結(jié)果匯總對不同方案腳手架系統(tǒng)在不同工況下的力學性能列表如下。表5.2 擋風系數(shù)0.5時各工況下的結(jié)構(gòu)響應工況施工方案荷載情況計算高度（m）應力（MPa）變形狀態(tài)（cm）扣件受力（KN）工況一(工作)單導軌6級風、施工荷載3KN/m2作用兩層、自重100147.63.703.56150155.74.294.09200170.24.784.548級風100241.1破壞破壞雙導軌6級風、施工荷載3KN/m2作用兩

30、層、自重100125.13.103.38150131.43.593.04200 139.23.994.33工況二（爬升）單導軌6級風、施工荷載0.5KN/m2作用兩層、自重100250.2破壞3.575級風、施工荷載0.5KN/m2作用兩層、自重100156.94.962.33150185.25.872.71200208.76.633.02雙導軌6級風、施工荷載0.5KN/m2作用兩層、自重100157.66.73.73150186.97.994.39200211.69.084.95工況三(臺風)單導軌+懸臂部分拆除圍護網(wǎng)12級風、施工荷載0.5KN/m2作用兩層、自重100220.24.34.84單導軌+懸臂拆除圍護網(wǎng)+增加拉結(jié)12級風、施工荷載0.5KN/m2作用兩層、自重100183.1滿足3.62150204.2滿足4.02200224.8滿足4.55單導軌+懸臂部分拆除圍護網(wǎng)+每層層增加拉結(jié)12級風、施工荷載