悬挑脚手架工程专项施工方案OK.docx
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悬挑脚手架工程专项施工方案OK
晋江市档案馆新馆工程
外
脚
手
架
专
项
工
程
施
工
方
案
福建省南安市第四建设有限公司
2010年07月
A2
施工组织设计(方案)报审表
工程名称:
晋江市档案馆新馆工程编号:
致:
福建海川工程监理有限公司
我方已根据施工合同的有关规定完成了外脚手架专项工程的施工组织设计(方案)(□全套、□部分)的编写,并经我单位上级技术负责人审查批准,请予以审查和批准。
附:
外脚手架专项工程施工方案
承包单位(章):
项目经理:
签发日期:
审查意见:
审查结论:
□同意□修改后再报□不同意
监理工程师:
日期:
审核意见:
审核结论:
□同意□修改后再报□不同意
项目监理机构:
总监理工程师:
日期:
本表由承包单位填写一式四份,审查后代建(建设)、监理、承包单位各留一份。
施工组织设计(施工方案)报审表
施表7.1共页第页
工程名称
晋江市档案馆新馆工程
施工单位
福建省南安市
第四建设有限公司
编制单位
现报上外脚手架专项工程施工组织总设计/施工组织设计/施工方案文件,请予以审查。
主编
编制人
工程项目部/专业分包施工单位(盖章)
技术负责人
审核单位
总承包单位审核意见:
年月日
总承包单位(盖章)
审核人
审批人
审查单位
监理审查意见:
监理审查结论:
□同意实施□修改后报□重新编制
监理单位(盖章)
专业监理工程师
日期:
总监理工程师
日期:
晋江市档案馆新馆工程
外脚手架专项工程施工方案
一、脚手架工程设计及搭设参数
1、建设地点:
晋江市档案馆新馆位于晋江市行政中心区,北临十四号路,西临罗裳山,东临人保财险用地。
2、主要建设内容及规模:
晋江市档案馆新馆项目总用地面积7402.7m2,总建筑面积17854.58m2,其中地上建筑面积15960.98m2,地下建筑面积1893.60m2。
上部结构类型为现浇框架剪力墙结构。
3、本工程为框架剪力墙结构,立面较为单一,变化不大,根据这些特点,以安全、可靠、适用的原则,选用扣件式双排钢管脚手架,沿外墙全高搭设,并以脚手架搭设最高处为主要设计对象。
一至六层采用落地式脚手架,六层以上钢管外架采用悬挑,开始搭设,架宽1.05m,步高1.8m。
二、悬挑架的荷载取值及水平悬挑梁设计
脚手架搭设示意图
2.1悬挑架荷载的取值与组合
2.1.1计算基数:
计算高度H=38m步距h=1.8m
立杆纵距la=1.5m立杆横距lb=1.05m
查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ30—2001):
钢管自重G1=0.0384KN/m挡脚板自重G2=0.0132KN/m
安全网自重G3=0.01KN/m外立杆至墙距ld=1.40m
施工活荷载qk=2KN/m2内立杆至墙距lc=0.35m
2.1.2脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件);查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ30—2001)附表A-1得:
架体每米高度一个立杆纵距的自重gk1=0.1248KN/m
NG1K=H×gk1=38×0.1248=4.7424KN
2.1.3构配件自重(包括脚手板、防护栏杆、挡脚板、密目网等)
⑴外立杆
①竹笆板,按2步设一层计,共11层,单位荷重按0.14kN/m2(按实)
计:
NG2K-1=(11×la×lb×0.103)/2×103
=(11×1.05×1.5×0.14)/2×103=771.75N
②栏杆、挡脚板(按11层计,栏杆每步架1根)
NG2K-2=(2×11×la×G1+11×G2)×103
=(2×11×1.5×0.0384+11×0.0132)×103=1412.4N
③安全网
NG2K-3=H×la×G3×103=38×1.5×0.01×103=587N
④合计
NG2K=771.75+1412.4+587=2771.15N
⑵内立杆
①竹笆板
NG2K-1=(11×la×lb×0.14)/2×103+(11×la×lc×0.14)/2×103
=(11×1.05×1.5×0.14+11×0.35×1.5×0.14)/2×103
=1617N
②纵向横杆(搁置悬挑部分的竹笆板用)
NG2K-2=11×la×G1=11×1.5×0.0384×103=633.6N
③合计
NG2K=1617+633.6=2250.6N
2.1.4施工均布活荷载
按规范要求,取最不利情况,按荷载最大的装修脚手架考虑,即同时3层作业层施工:
外立杆NQK外=3×la×lb×qk/2=3×1.5×1.05×2/2=4.725kN
内立杆NQK内=3×la×lb×qk/2+3×la×lc×qk
=4.725+0.3×1.5×2×3=7.425kN
2.1.5垂直荷载组合
水平悬挑梁计算
⑴外立杆
N1=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK外
=1.2×(4.4117+2.7142)+1.4×4.725=15.166kN
⑵内立杆
N2=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK内
=1.2×(4.4117+2.2506)+1.4×7.425=18.390kN
2.2水平悬挑梁设计
本工程悬挑架采用钢丝绳张拉型钢悬臂式结构,水平悬挑型钢梁采用[18槽钢,长2.9m(局部4.4m),在二层楼面上预埋2ф16的圆钢对槽钢进行背焊固定,距外墙边1.3m。
根据《钢结构设计规范》(GB50017—2002)规定进行下列计算与验算:
计算模型:
计算时不考虑槽钢末端斜拉钢丝绳的作用,钢丝绳的承载力作为安全储备。
⑴[18槽钢截面特性:
Wx=152.2×103mm3,I=1369.9×104mm4,自重q=0.2299kN/m,弹性模量E=206×103N/mm2,翼缘宽度b=70mm,翼缘平均厚度δ=10.5mm,高度h=180mm。
⑵最大弯矩
Mmax=N1×1.4+N2×0.35+q×1.52/2
=15.166×1.4+18.390×0.35+0.2299×1.52/2=27.928kNm
⑶强度验算
σ=Mmax/(γx×Wx)
γx----截面发展系数,对[形截面,查表得:
γx=1.05;
Wx----对x轴的净截面抵抗矩,查表得:
Wx=152.2×103mm3。
f----型钢的抗弯强度设计值,Q235钢,取f=215N/mm2。
σ=27.928×106/(1.05×152.2×103)=174.75N/mm2<f=215N/mm2
∴安全。
⑷整体稳定验算
根据刚结构设计的规范(GBJ17-88)的规定,轧制普通槽钢受弯要考虑整体稳定问题。
按附录一之
(二),本悬臂梁跨长1.4米折算成简支梁,其跨度为2×1.4=2.8米,按下列公式计算整体稳定系数ψ:
ψ=(570bδ/l1h)235/σs
=[570×70×10.5/(2800×180)]×235/215=0.9086
则悬挑梁弯曲应力为:
σ=Mmax/(Ψ×Wx)
=27.928×106/(0.9086×116.8×103)=210.88N/mm2<f=215N/mm2
∴安全。
⑸刚度验算
ω=N1l3/3EI+N2a2(3l-a)/6EI
N1、N2----作用于水平悬挑梁上的内、外立杆荷载(KN);
E----弹性模量,E=206×103N/mm2。
I----钢材的抗弯强度设计值,Q235钢,取f=215N/mm2。
ω=(15.166×103×14003)/(3×2.06×105×1369.9×104)
+[18.390×103×3502×(3×1400-350)]/(6×2.06×105×1369.9×104)
=5.428mm<L/250=1400/250=5.6mm,满足要求。
⑹[18号槽钢后部锚固钢筋设计
①锚固钢筋的承载力验算
锚固选用2ф16圆钢预埋在二层平板上,吊环承受的拉力为:
N3=Mmax/1.3=27.928/1.3=21.48KN
吊环承受的拉应力为:
σ=N/A=21.48×103/(2×0.785×162)=53.45N/mm2<[σ]=215N/mm2
∴满足要求。
②锚固钢筋的焊缝验算
σ=F/(lWδ)
F----作用于锚固钢筋上的轴心拉力设计值,F=F3=17297N;
lW----焊缝的计算长度,取lW=160-10=150mm。
δ----焊缝的计算厚度,取16mm。
σ=21.48×103/(150×16)=8.95N/mm2<[σ]=160N/mm2
∴满足要求。
⑺由计算结果可知,当挑梁采用[18号槽钢时,其强度、挠度、稳定性均符合要求,为安全计本工程另设置钢丝绳拉索,作为安全储备。
三、立杆稳定性计算
3.1无风荷载时,立杆稳定性计算:
N/(∮A)≤f
N——计算立杆最大垂直力设计值,取N=N2=18.390kN;
∮——轴心受压构件的稳定系数,根据长细比λ查(JGJ130—2001)附录C表C取值;
根据第5.3.3条规定:
立杆计算长度l0=kμh=1.155×1.5×180=312cm
长细比:
λ=l0/i(钢管回转半径)=312/1.58=197.5,
查附录C,∮=0.185
A——立杆的截面面积,查本规范附录B表B采用:
A=489mm2
立杆稳定性计算:
N/(∮A)=18390/(0.185×489)=203.28N/mm23.2在风荷载作用下,立杆稳定性计算:
N/(∮A)+MW/W≤f
MW——由风荷载设计值产生的弯矩,按本规范(5.3.4)式计算;
W——钢管立杆的截面模量,查附录B表B:
W=5.08cm3;
⑴由风荷载产生的弯矩计算
①水平风荷载标准值
ωk=0.7μzμsω0
μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》(GBJ9):
B类地区,脚手架高38m,查表得:
μz=1.495;
μs——脚手架风荷载体型系数,按本规范4.2.4规定采用:
查表得:
敞开式脚手架的挡风面积为1.8×1.5×0.089=0.2403m2
密目网的挡风系数取0.5,则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后,
脚手架综合挡风面积为:
(1.8×1.5-0.2403)×0.5+0.2403=1.47015m2
其综合挡风系数为∮=1.47015/(1.8×1.5)=0.5455
查规范表4.2.4,背靠开洞墙、满挂密目网的脚手架风载体型系数为1.3∮,
即:
μs=1.3×0.5455=0.7092;
ω0——基本风压。
根据《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定:
ω0=0.45。
ωk=0.7×0.45×1.495×0.7092=0.334KN/m
②由风荷载产生的弯矩计算
MW=0.85×1.4×ωklah2/10=0.85×1.4×0.334×1.5×1.82/10
=0.1932KN.m
⑵立杆稳定性计算
N/(∮A)+MW/W=18390/(0.185×489)+0.1932×106/(5.08×103)
=241.31kN/mm2>f=215kN/mm2,不满足要求。
结论:
经计算,架体稳定性不能满足要求,不能直接将脚手架搭设到顶,应采取卸荷措施。
本工程拟在9层平面设置钢丝绳斜拉并钢管斜撑卸荷结构,卸荷高度:
4×3.0+1.35+1.0=14.35m。
因此,架体稳定性计算时最大垂直力设计值取:
N=15.023KN(9层以下荷载)。
N/(∮A)+MW/W=15023/(0.185×489)+0.1932×106/(5.08×103)
=204.09kN/mm2四、连墙件计算
连墙构造对外脚手架的安全至关重要,必须引起高度重视,确保架体稳固。
连墙拉筋用Ф6.5钢筋拉到剪力墙上,顶撑用Ф48×3.5钢管,水平距离4.5m,竖向距离为3.6米,具体布置详后附图3。
4.1作用于脚手架上的水平风荷载标准值:
ωk=0.334KN(同脚手架稳定计算数值)
由风荷载产生的连墙件轴向力设计值:
N1w=1.4ωkAw=1.4×0.334×3.6×4.5=7.575KN
连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0,对双排脚手架取5.0KN
连墙件轴向力设计值Nl=N1w+N0=7.575+5=12.575KN
2Ф6拉筋的承载力:
N=2[fy]s=2×210×3.14×3.252=13.93KN>N1w=12.575KN
所以连墙件拉筋用2Ф6筋满足要求。
4.2连墙设置的注意事项:
①确保杆件的连接可靠,扣件必须拧紧,垫木必须夹持稳固,避免脱出。
②装设连杆时应保持立杆的垂直度要求,避免拉杆时产生变形。
③连墙构造中的连墙杆或拉筋应垂直于墙面设置,并呈水平位置或稍可向脚手架一端倾斜,但不允许向上翘起。
五、斜拉钢丝绳并钢管斜撑卸荷计算
5.1构造设计及措施
⑴钢丝绳吊点水平间距以2个立杆纵距为准,即1.5×2=3.0m。
⑵为减少斜拉引起的水平力,避免立杆与小横杆连接扣件发生滑移,而引起立杆向内侧弯曲变形,应使斜拉钢丝绳与水平短横杆的交角α尽量大,一般tanα≥2.5-4.5为宜。
本工程钢丝绳张拉高度3.6m,吊点距墙面1.4m,tanα=3.6/1.4=2.571。
⑶斜拉钢丝绳用手动葫辘拉紧后再固定,做到所有钢丝绳拉紧程度基本相同,避免钢丝绳受力不均匀。
⑷吊点必须在立杆与大横杆、小横杆的交点处,钢丝绳必须由大横杆底部兜紧。
⑸在吊点下方及内立杆与小横杆节点下附加斜撑杆,与钢丝绳共同受力。
⑹每个斜拉点设水平杆支撑在建筑物水平梁上,抵消斜拉钢丝绳水平方向拉力,防止脚手架水平方向变形。
5.2荷载的取值与组合
5.2.1计算基数:
计算高度H=14.35m步距h=1.8m
立杆纵距la=1.5m立杆横距lb=1.05m
查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ30—2001):
钢管自重G1=0.0384KN/m挡脚板自重G2=0.0132KN/m
安全网自重G3=0.01KN/m外立杆至墙距lc=1.40m
施工荷载qk=3KN/m2内立杆至墙距lc=0.35m
5.2.2脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件);
查查《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ30—2001)附表A-1得:
架体每米高度一个立杆纵距的自重gk1=0.1284KN/m
NG1K=H×gk1=14.35×0.1284=1.843KN
5.2.3构配件自重(包括脚手板、防护栏杆、挡脚板、密目网等)
⑴外立杆
①竹笆板,按2步设一层计,共四层,单位荷重按0.14kN/m2计;
NG2K-1=(4×la×lb×0.14)/2×103
=(4×1.05×1.5×0.14)/2×103=441N
②栏杆、挡脚板(按4层计)查表4.2.1-2
NG2K-2=(2×4×la×G1+4×G2)×103
=(2×4×1.5×0.0384+4×0.0132)×103=513.6N
③安全网
NG2K-3=H×la×G3×103=14.35×1.5×0.01×103=215.25N
④合计
NG2K=441+513.6+215.25=1169.85N
⑵内立杆
①竹笆板
NG2K-1=(4×la×lb×0.14)/2×103+(4×la×lc×0.14)/2×103
=(4×1.05×1.5×0.14+4×0.35×1.5×0.14)/2×103
=588N
②纵向横杆(搁置悬挑部分的竹笆板用)
NG2K-2=4×la×G1=4×1.5×0.0384×103=230.4N
③合计
NG2K=588+230.4=818.4N
5.2.4施工荷载
外立杆NQK外=2×la×lb×qk/2=2×1.5×1.05×3/2=4.725kN
内立杆NQK内=2×la×lb×qk/2+2×la×lc×qk
=4.725+0.3×1.5×2×3=7.425kN
5.2.5垂直荷载组合
⑴外立杆
N1=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK外
=1.2×(1.843+1.1699)+1.4×4.725=10.230kN
⑵内立杆
N2=1.2×(NG1K+NG2K)+1.4×NQK内
=1.2×(1.843+0.8184)+1.4×7.425=13.589kN
5.3卸荷结构计算
5.3.1计算模型
计算时按脚手架外立杆卸荷点以上的荷载由钢丝绳承担,内立杆卸荷点以上的荷载由内斜撑钢管承担,不考虑外斜撑钢管的作用(作为安全储备)。
小横杆支承于砼墙柱上及加上连墙件的拉结,脚手架基本无侧向位移,小横杆支座可按可动铰支座考虑。
如下图所示:
5.3.2钢丝绳的承载力验算
⑴钢丝绳的计算拉力
tanα=3.6/1.4=2.571α=68.746°sinα=0.932
∑MC=0PXsinα1.05-N11.05=0
PX=10.230×1.05/(1.05×0.932)
=10.976KN
⑵钢丝绳自身的极限承载力
采用ф16(6×19)的钢丝绳,按下式求出其理论承载力:
P理=α·Pg/K
α----考虑钢丝绳受力不均匀的钢丝破断拉力换算系数,查表4-4-13得:
α=0.85;
K----钢丝绳使用安全系数,查表4-4-24得:
K=8;
Pg----钢丝绳破断拉力总和,查表4-4-14得:
Pg=125.0KN。
P理=0.85×125.0/8=13.281KN>PX=10.976KN
满足要求。
5.3.3内斜撑钢管的承载力计算
⑴斜撑钢管的计算拉力
∑Y=0Pnsinα2-N2=0
Pn=13.589/sin75.965°=14.007KN
⑵斜撑钢管的承载力验算
ф48×3.5的钢管截面参数:
截面积A=489mm2;回转半径i=15.8mm;自重38.4N/m
①强度验算:
σ=Pn/A=14.007×103/489=28.6N/mm2<f=215N/mm2
∴满足要求。
②刚度验算:
λ=l0/i=(2500/sin75.965°)/15.8=163.1<[λ]=200(一般支撑)
∴满足要求。
5.4结论
∵钢丝绳、斜撑钢管的强度、刚度均满足规范规定要求。
∴卸荷结构满足要求,脚手架安全。
六、悬挑式扣件钢管脚手架卸料平台计算
高支撑架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)。
支撑高度在4米以上的模板支架被称为扣件式钢管高支撑架,对于高支撑架的计算规范存在重要疏漏,使计算极容易出现不能完全确保安全的计算结果。
卸料平台搭设尺寸为:
立杆的纵距b=1.00米,立杆的横距l=1.00米,立杆的步距h=1.00米。
图平台支撑架立面简图
图平台支撑架立杆稳定性荷载计算单元
采用的钢管类型为
48×3.5。
6.1基本计算参数[同上]
6.2纵向支撑钢管的计算
纵向钢管按照均布荷载下连续梁计算,截面力学参数为截面抵抗矩W=5.08cm3;截面惯性矩I=12.19cm4;
纵向钢管计算简图
6.2.1.荷载的计算:
(1)脚手板与栏杆自重(kN/m):
q11=0.150+0.300×1.000=0.450kN/m
(2)堆放材料的自重线荷载(kN/m):
q12=5.000×0.300=1.500kN/m
(3)活荷载为施工荷载标准值(kN/m):
经计算得到,活荷载标准值q2=1.000×0.300=0.300kN/m
6.2.2.抗弯强度计算
最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩。
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,最大弯矩计算公式如下:
最大支座力计算公式如下:
静荷载q1=1.2×0.450+1.2×1.500=2.340kN/m
活荷载q2=1.4×0.300=0.420kN/m
最大弯矩Mmax=(0.10×2.340+0.117×0.420)×1.0002=0.283kN.m
最大支座力N=(1.1×2.340+1.2×0.42)×1.00=3.078kN
抗弯计算强度f=0.283×106/5080.0=55.74N/mm2
纵向钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
6.2.3.挠度计算
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:
静荷载q1=0.450+1.500=1.950kN/m
活荷载q2=0.300kN/m
三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度
V=(0.677×1.950+0.990×0.300)×1000.04/(100×2.06×105×121900)=0.644mm
纵向钢管的最大挠度小于1000/150与10mm,满足要求!
6.3横向支撑钢管计算
横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=3.08kN
支撑钢管计算简图
支撑钢管弯矩图(kN.m)
支撑钢管变形图(mm)
支撑钢管剪力图(kN)
经过连续梁的计算得到
最大弯矩Mmax=1.036kN.m
最大变形vmax=2.65mm
最大支座力Qmax=11.193kN
抗弯计算强度f=1.04×106/5080.0=203.95N/mm2
支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!
支撑钢管的最大挠度小于1000.0/150与10mm,满足要求!
6.4扣件抗滑移的计算
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(规范5.2.5):
R≤Rc
其中Rc——扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN;
R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力