悬挑架方案.docx
《悬挑架方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《悬挑架方案.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![悬挑架方案.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-4/17/67e4aea6-77b8-42c0-9277-907bafaf007d/67e4aea6-77b8-42c0-9277-907bafaf007d1.gif)
悬挑架方案
高层建筑悬挑式钢管脚手架
设计计算方案示例
1、概述
根据现行脚手架设计规范,当建筑物高度超过50m时,落地搭设的扣件式钢管脚手架就不能满足要求了。
此时,可以用悬挑架分段搭设的办法来解决。
悬挑架的种类一般有:
三角形钢架、斜撑钢管加吊杆、下撑式挑梁钢架、挑梁加吊杆、挑梁等。
各类悬挑架的设计计算分两部分,一部分为架体的设计,第二部分为悬挑架部分的设计。
本文介绍第二部分的设计。
悬挑架的主要构件为钢梁,应按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)进行设计,包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、整体稳定性、挠度和端部锚固连接强度等验算。
钢梁的设计计算步骤和公式如下:
1.1、抗弯强度
式中Mx,My----绕x轴和y轴的弯矩(对于工字形截面,x轴为强轴,y轴为弱轴,单位为N.mm4);
Wnx,Wny----对x轴和y轴的截面抵抗矩(mm3);
∏x,∏y----截面塑性发展系数:
对于工字形截面,∏x=1.05,∏y=1.20;对于箱形截面,∏x=1.05,∏y=1.05;对其他截面可按《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.2.1采用;
f----钢材的抗弯强度设计值(N/mm2)
1.2、抗剪强度
式中V----计算截面沿腹板平面作用的剪力(N);
S----计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩(mm3);
I----毛截面积惯性矩;
tw----腹板厚度;
fv----钢材抗剪强度设计值(N/mm2)。
1.3、腹板边缘局部强度验算
1.3.1、局部承压强度
式中F----集中荷载(N);
⌝----集中荷载增大系数,此处⎭=1.0;
lz----集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度(mm),按下式计算:
lz=a+5hy(a----集中荷载沿梁跨度方向的支承长度,hy----梁顶面至腹板计
算高度上边缘的距离,单位均为mm)。
f----钢材的抗压强度设计值(N/mm2)。
1.3.2、折算应力
在某些情况下,比如在梁的同一部位有较大的弯曲应力⎛剪应力⎜和局部压应力⎛c时,应按最大形状改变能量强度理论计算折算应力⎛eq满足要求。
规范计算公式为:
式中
⎛、⎜、c⎛———为腹板计算高度边缘同一点上同时产生的弯曲正应力、剪应力和局部压应力,按材料力学公式计算。
®1———®1=1.1(⎛、⎛c同号或有一为零时)
®1=1.2(⎛、⎛c异号时)
1.3.3、整体稳定
式中Mx------绕强轴作用的最大弯矩(N.mm);
Wx------按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩(mm3);
Ψb------梁的整体稳定性系数。
按《钢结构设计规范》GB50017-2003附录B确定。
1.3.4、挠度
式中v----挠度
[v]----容许挠度,悬挑受弯杆件,[v]=l/400(按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》JGJ130-2001规定选用)。
2、计算示例
2.1、脚手架搭设参数
例如某高层建筑总高H=88m,标准层高3.0m,在离地面高度为19.6m处开始,分段搭设悬挑脚手架,分段高度为18m,立杆横距lb=1.05m,内立杆离墙距离0.25m,立杆纵距la=1.5m,步距h=1.8m,每段脚手架10步,连墙件按二步三跨设置,同时作业层数为1层,
活荷载Qk=3.0KN/㎡,竹笆脚手片,每段满铺4步。
脚手架钢管采用Φ48×3.5mm,悬挑梁采用16号工字钢,悬挑长度为l=1.40m。
2.1.1、φ48×3.5钢管,截面性质如下:
截面面积A=489mm2
截面惯性距I=1.219×105mm4
截面模量W=5.08×103mm3
弹性模量E=2.06×105N/mm2
回转半径i=15.8mm
抗压、抗弯强度设计值f=205N/mm2
2.1.2、16号工字钢,截面性质如下:
截面面积A=2611mm2
腹板厚度tw=6mm
截面惯性距Ix=1.127×107mm4
截面模量Wx=1.409×105mm3
弹性模量E=2.06×105N/mm2
回转半径ix=65.7mmiy=18.9mm
半截面面积矩Sx=8.08×104mm3
梁自重q=0.205KN/m
抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2
抗剪强度设计值fv=125N/mm2
2.1.3、其他设计参数
基本风压值ω0=0.45kN/m2。
采用密目式安全立网,全封闭
2.2、荷载标准值计算
2.2.1、结构自重标准值
g1k=0.1248kN/m(按双排脚手架查JGJ130-2001)
2.2.2、竹脚手片自重标准值:
g2k=0.35kN/m2(查JGJ130-2001得到)
2.2.3、施工均布活荷载:
qk=3kN/m2(查JGJ130-2001得到)
2.2.4、风荷载标准值
式中μz——风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》,地面粗糙度类别C类,并用插入法得37.6米为1.10
μs——脚手架风荷载体型系数,密目式立网的挡风系数计算,目前规范提供的计算依据不足。
哈尔滨建筑工程学院研究结果表明:
对于网目密度不低于800目/100cm2的密目网,挡风面积与迎风面积比值为An/Aw=0.54(含脚手架钢管挡风面积),挡风系数Ψ=1.2An/Aw=1.2×0.54=0.648。
式中:
An为挡风面积;Aw为迎风面积。
(引自《建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算》)
因此
(JGJ130-2001规范公式)
则
2.3、内力计算
纵向水平杆、横向水平杆、立杆、连墙杆的强度、变形、稳定性验算根据《落地式扣件钢管脚手架设计规范》进行,具体计算见。
现就悬挑梁的验算过程详述如下:
2.3.1、计算简图
简化为悬臂梁结构,如图所示:
2.3.2、内力计算
1)每根立杆轴向力设计值N按规范公式计算:
式中:
NG1k———为脚手架结构自重标准值产生的轴向力
NG2k———为构配件自重标准值产生的轴向力(包括竹脚手片、栏杆与挡脚板、安
全网),分别计算如下:
竹脚手片自重标准值:
0.35×1.5×1.3×4/2=1.365kN(全高满铺4层)
栏杆与木挡脚板自重标准值:
0.14×1.5×10/2=1.05KN(共10层)
安全网自重标准值:
0.01×1.5×18/2=0.135KN(取立网自重0.01KN/m2)
所以
NG2K=1.365+1.05+0.135=2.550KN
∑NQk———为施工荷载标准值产生的轴向力总和,作业层数n1=1
∑NQk=1×3.0×1.05×1.5/2=2.363KN
从而可得每根立杆轴向力设计值N
N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4∑NQk=1.2(2.246+2.55)+1.4×2.363=9.063KN
2)钢梁自重
q=1.2×0.205=0.246KN/m
3)内力计算
Qmax=9.063×2+0.246×1.4=18.47KN
Mmax=9.063×1.4+9.063×0.35+0.246×1.42/2=16.101KN.m
2.4、钢梁截面验算
1)抗弯强度
σ=161.01/1.05×1.409=108.8≤f=215N/m2
满足要求。
2)抗剪强度
τ=18.47×8.08/1.127×6≤fv=125N/m2
3)腹板边缘强度验算
i、局部承压强度
在集中荷载或支座处,腹板边缘的局部压应力可能会超过钢材抗压强度,因此应进行验算。
对悬臂梁验算支座处局部承压强度。
设支座长度a=30mm(有算例取30mm),hy=9.9+8.0=17.9mm(查工字钢截面特性表可
得),则lz=a+5hy=30+5×17.9=119.5mm,查规范得Ψ=1,则:
σc=1×18470/6×119.5=25.76≤f=215N/M2
ii、折算应力得
σ=1.6101/1.127×(80-17.9)=88.7N/mm2
τ=18.47×6.63/(1.127×6)=18.11N/mm2
σc=1×18470/6×119.5=25.76N/mm2
σeq=85.03N/mm2≤β1f=1.1×215=236.5N/mm2
满足要求。
注意:
从上面的计算结果来看,对悬臂梁情况,折算应力比局部压应力要大得多。
因此,腹板边缘局部强度验算,应验算折算应力满足要求,而不是局部承压强度的验算。
4)整体稳定性
i、先计算整体稳定系数Ψb
按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B.4进行计算。
梁的自重荷载很小,跨内有两个集中荷载作用,但自由端的集中荷载对量的整体稳定性起主要作用。
由于
式中⎩———为两整体稳定计算参数
l1———为梁的受压翼缘自有长度
b1———为梁的受压翼缘宽度
t1———为梁的受压翼缘厚度
h———梁高
代入数据,得
⎩=1.40×0.0099/(0.088×0.160)=0.984
因此,查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录B.4,得
Ψb=0.21+0.67⎩=0.21+0.67×0.984=0.870
式中的各个符号的含义见规范,其数值计算如下:
⎣y=l1/iy=1400/18.9=74.074
A=2611mm2
h=160mm
t1=9.9mm
çb=0fy=235N/mm2
代入上式,得
⌝b=2.93
⎺⌝b=1.07-(0.282/⌝b)=0.947
ii、则整体稳定验算
=16101/(0.974×140.9)=117.3≤f=215N/m2
2.4.2、挠度
悬臂梁的挠度可以从有关静力计算手册中查到。
集中力作用下挠度:
均布荷载作用下挠度:
所以
V=9063×3502/(2.06×1.127×1012)×(31400-350)+9063×3502/(2.06×1.127×1012)×(31400-1400)+0.246×14004/(8×2.06×1.127×1012)=3.231mm=≤[v]=1400/400=3.5mm。
满足要求。
2.5、钢梁埋入设计
钢梁一端悬挑,另一端为了取得梁的平衡,要进行平衡措施设计。
一般实用上采用两
种方法解决,一是埋入钢筋混凝土墙或柱(如图所示),二是采用悬挑梁后端部分穿入预
埋楼板的钢筋环内(如图所示)。
采用埋入法,一般埋入长度为500mm,沿挑梁垂直方向穿2根25圆钢作锚筋,锚筋的作用是承担水平方向的作用力(如风荷载)。
许多悬挑外架的作法是:
型钢用16号槽钢,每4层一挑,挑梁头部用钢丝索向上斜拉,这时钢丝索的拉力在水平方向的分力,就需要圆钢锚筋来承担,锚筋抗剪,根数要计算确定。
抗剪能力的计算只能是近似的,实践和计算表明,2根25圆钢锚筋在钢丝索斜拉情况下安全度也是足够的。
采用悬挑梁后端穿入预埋楼板的钢筋环内的作法,要验算钢筋环的强度。
计算简图如下图
所示,根据梁的平衡可以求出梁传给钢筋环垂直作用力R。
为简便起见,忽略R`,对O取矩,则
R=[9.036×(1.05+0.35)+0.246×1.5×1.5/2]/1.3=9.944KN
钢筋环的水平锚固段埋于楼板的下皮钢筋之下,以便可靠锚固。
假定锚固不会失效,钢筋环的破坏形式要么被拉断要么被剪断,钢筋的抗强度大于抗剪强度,因此,只要验算抗剪强度。
剪切面的剪应力为τ=9944/(3.14×7×7)=64.6N/mm2f=125N/mm2
抗剪强度满足要求。
实际施工时,每根钢梁预埋3个钢筋环,末端2个,间距一般为250mm左右,以能够在钢梁与钢筋环之间楔入木楔子为准。