某高層懸挑扣件式鋼管外腳手架設(shè)計計算實例

高層懸挑扣件式鋼管外腳手架設(shè)計和施工某高層建筑，高度59.9m，外腳手架面積13000㎡以上?？紤]到建筑物獨特的外型，為節(jié)省施工費用，又不必進行腳手架基礎(chǔ)處理，因腳手架高度達62m，除自重和施工荷載外，風(fēng)荷載也是一個重要的因素，故施工期1～5層（高15m）采用落地式雙排扣件式腳手架；6～12層（高20.3m）、13～19層(高20.3m)采用懸挑式措施；即外腳手沿豎向分段，將另一部分腳手架的荷載部分傳遞給結(jié)構(gòu)層。腳手架鋼管采用壁厚3.5mm、Ф48高頻焊接鋼管。立桿縱距La＝1.5m，立桿橫距Lb＝1.05m，步距h＝1.8m。墊鋪竹笆片每步架鋪一層，腳手架外立面從桿底到桿頂滿掛小眼安全網(wǎng)，形成封閉狀。為了加強腳手架系統(tǒng)的整體穩(wěn)定，盡量較少扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)使腳手架外側(cè)與地面成45°～60°角，全覆蓋式設(shè)置鋼管剪刀撐，四個大面各兩排，切角處設(shè)一排，各個剪刀撐節(jié)點連接，縱橫連續(xù)。由于切角處風(fēng)載渦流較正面大，因此為加強其與正面腳手架連接的剛度，在切角轉(zhuǎn)彎處，每三層設(shè)置鋼管水平支撐兩根。另外，在滿足“”JGJ130－2001規(guī)范的有關(guān)規(guī)定的前提下，腳手架應(yīng)按二步三跨設(shè)置連墻件，設(shè)置形式為剛性連接，可有效地防止腳手架的內(nèi)、外移動。鋼管腳手架均裝設(shè)防雷措施。具體是將懸挑腳手架經(jīng)過每七層一設(shè)懸吊鋼筋Ф16、樓面橫向受力鋼筋、主樓四角設(shè)置豎向接地鋼筋焊接貫通聯(lián)成一體，形成防雷避雷系統(tǒng)。豎向接地鋼筋電阻要求在10Ω以下。考慮施工現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)采取斜拉鋼絲繩配合卡環(huán)與剪力墻、梁上預(yù)埋吊環(huán)拉結(jié)、縱向拉點抱柱的方式進行懸挑，梁上預(yù)埋吊環(huán)間距≤4500mm，每跨中兩點受力。從6層懸挑一次，13層懸挑一次。一、鋼底梁計算1、施工荷載P：20.3m÷1.8m/步＝12步（1）、施工荷載P1：n1＝1（按一步架計算是因主體施工時腳手架只作防護使用，所以該腳手架只考慮粉刷的施工荷載）；q1＝3.0KN/㎡；P1＝（B/2＋b）××q1×n1＝（1.05/2＋0.3）×1.5×3×1＝3.71KN（2）、腳手架（竹笆片）荷載P2：q2＝0.06KN/㎡；n2＝12步q2（竹笆片）8.5kg/1×1.5㎡＝5.67kg/㎡×9.80665＝55.6N/㎡＝0.06KN/㎡P2＝（B/2＋b）××q2×n2＝（1.05/2＋0.3）×1.5×0.06×12＝0.89KN（3）安全網(wǎng)、踢腳板、剪刀撐P3：安全網(wǎng)：1.7kg/（6×1.8㎡），按縱距1.5m算，則0.425kg×9.80665＝4.17N踢腳板：7kg/㎡（12厚多層板）0.2m×1.5m×7kg/㎡＝2.1kg×9.80665＝20.59N剪刀撐：鋼管2.12m×3＝6.36m×3.84kg/m＝24.42kg×9.80665＝239.5N扣件1kg/只×9.80665＝9.807N×3只＝29.42NP3＝（4.17＋20.59）×12＋239.5＋29.42＝566.04＝0.57KN（4）、腳手架自重P4：P4＝【（B/2＋b＋＋h）×q3＋Q】×n3＝【（1.05/2＋0.3＋1.5×3＋1.8）×0.038＋0.098×4】×12＝3.72KN底層每根立桿所承受的軸心壓力N：N＝P1×Q＋（P2＋P3＋P4）q＝3.71×1.4＋（0.89＋0.57＋3.72）×1.2＝11.41KN2、內(nèi)力計算：設(shè)鋼底梁I20a，計算簡圖如下：鋼底梁自重q＝27．9lkg／m＝0．274N/mm∑MA＝0N×(4500+3000+1500)一RB×4500+q×45002÷8＝0RB＝(11410×9000+693562．5)÷4500＝22974N＝22.97KNRA＝RB＝22.97KNQmax=RA=22.97KNMmax＝RA×(4500÷2)一N×l500—0．274X(4500)2÷8＝51682.5－17115－693.56＝33873.94KN．m3、驗算(1)、抗彎強度查設(shè)x＝1.05，Wx＝236.9cm＝236900mmδ＝Mmax＝33873940／(1．05×236900)＝136.18N／mm2<f安全(f＝215N／mm2)查設(shè)I/S＝2369/136.1＝174mm，tw＝7mm，則τ＝Qmax/（I/S×tw）＝22970/（174×7）＝18.86N/mm<fv安全（fv＝125N/mm）（3）、支座局部承壓設(shè)支座長度為30，hy＝13，則z＝a＋2hy＝56，查設(shè)＝1，則：c＝RA/twz＝1×22970/（7×56）＝58.60N/mm<f安全（4）、整體穩(wěn)定性查GBJ17－87附錄一表1.3，設(shè)b＝（0.99＋0.8）/2＝0.895>0.6得b＝0.732＝Mmax/（b×Wx）＝33873940/（0.732×236900）＝195.34N/mm<f安全（5）撓度fmax＝f1＋f2集中荷載引起的最大撓度（mm）：f1＝19 N3/384EI＝19×11410×/（384×210000×23690000）＝10.34mm均布荷載引起的最大撓度（mm）：f2＝5q4/384EI＝5×0.274×/（384×210000×23690000）＝0.29mmf＝10.34＋0.29＝10.63mm查GBJ17－88表的允撓度為[f]=/400＝4500/400＝11.25mm則f<[f]安全二、水平挑桿、斜拉鋼絲繩的穩(wěn)定承載計算（簡圖如下）：鋼水平挑架選用I14工字鋼。1、荷載計算挑架承受鋼底梁傳來的荷載：F＝3×11410+0．274×4500+200(連接件重)＝35663N2、挑架驗算（1）、鋼挑架I14工字鋼內(nèi)力計算Ix＝7.12×10，Wx＝1.02×10，A＝2.15×10，x＝1.05＝3/3EI＝13503/（3×2.1×105×7.12×106）＝5.35×10－4mm/NΔP＝F3/3EI＋Fa2（－a/3）/2EI＝35663×13503/（3×2.1×105×7.12×106）＋35663×3002×（1350－300/3）/（2×2.1×105×7.12×106）＝19.5＋1.34＝20.84mmNz＝【F3/3EI＋Fa（－a）/2EI】/（c/EA＋3/3EI）＝【35663×13503/（3×2.1×105×7.12×106）＋35663×300×（1350－300）/（2×2.1×105×7.12×106）】/【2050/＝35372N＝3.54×104NN＝Nz/cosα＝35372/0.89404＝39546N＝3.96×104NNy＝N.sinα＝39600×0.447＝17701N＝1.77×104NMmax＝（F－Nz）＋Fa＝（35663－35372）×1350＋35663×300＝11091750N.m＝1.11×107N.m（2）、鋼挑梁的正應(yīng)力：＝Nz/A+Mmax/（x×Wnx）＝35372/2150＋11091750/（1.05×102000）＝120.02N/mm<f安全（3）、端部伸入砼200mm，錨筋2Ф16，則τ＝Ny/W/A＝17701/2/153.84＝57.53N/mm<fv安全（fv＝125N/mm）（4）、砼局部承壓驗算：3.54×10N<1.5×1×215×200×100＝6.45×10N滿足要求。三、斜拉鋼絲繩卸荷計算1、腳手架一個縱距內(nèi)全部荷載設(shè)計值NN＝3．96×10N＝39.6KN2、鋼絲繩選擇選用直徑19．5mm，公稱抗拉強度為1700N／mm的6×37+FC鋼絲繩作斜拉吊索，求它的允許應(yīng)力：ɑ＝0．82，k＝4.5，F(xiàn)g＝239．5KN【Fg】＝ɑFg/k＝0．82×239．5／4.5＝43.66KN選用Ф19．5鋼絲繩【Fg】＝43.66KN>39.6KN故選Ф19．5鋼絲繩安全。3、選擇鋼絲繩夾要求鋼絲繩夾與鋼絲繩要配套，查表知Ф19．5鋼絲繩配套的繩夾公稱尺寸20mm。繩夾扣在鋼絲繩的尾段上，且不得在鋼絲繩上交替布置，每一連接處所需繩夾為4組，并配相應(yīng)得套環(huán)；為防止鋼絲繩發(fā)生滑動，增設(shè)“安全彎”。四、預(yù)埋吊環(huán)驗算：1、吊環(huán)的構(gòu)造要求：根據(jù)《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)第10．9．8條規(guī)定：a、吊環(huán)采用I級鋼筋制作，嚴禁使用冷加工鋼筋；b、吊環(huán)埋入砼深度不小于30d，并焊接或綁扎鉤住結(jié)構(gòu)主筋；c、每個吊環(huán)按兩個截面計算，吊環(huán)拉應(yīng)力不大于50N/mm；d、吊環(huán)的彎心直徑為2．5d，且不得小于60mm；e、吊環(huán)露出砼的高度，應(yīng)滿足卡環(huán)的要求。2、吊環(huán)鋼筋截面積：＝N／(n．As)As＝N／(n．)＝39600／(2×50)＝396mm選用Ф25鋼筋制作，As＝490.64mm>396mm安全。3、吊環(huán)節(jié)點驗算豎向力Nz＝＝Nsinɑ＝353722N水水力Ny＝＝Ncosɑ＝177011N吊環(huán)取Ф25mmm，焊縫高度he＝8mm，長度Lw＝50mmf＝Ny／(0．7he∑Lw)＝17701／[00．7×8×22×(50—10)]＝39.51N／mmm<1．22×1660＝195．2N／mmm安全τf＝Nz/（0.7he∑Lw）＝35372／[00．7×8×22×(50—10)]＝78.96N／mmm<1．22×1660