大跨度空间钢管桁架操作平台Word文件下载.docx
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方案一:
从一层搭设满堂脚手架操作平台,至19.26m;
方案二:
以工字钢为主龙骨,横跨15.6m@1000,φ48×
3.5钢管@1000为次龙骨,搭设操作平台;
方案三:
以钢管桁架结构为主梁,横跨15.6m@1000,φ48×
3.5钢管@1000为次梁,搭设操作平台。
经分析,方案一需搭设落地式扣件钢管脚手架,工程量大,施工周期长,且影响下层正常营业;
方案二则以工字钢为主龙骨,由于跨度达15.6m,造成跨中弯曲应力、挠度值偏大,经计算显示,需选用50a(δmax=72N/mm2<
[δ]=215N/mm2,Vmax=0.036m<
[V]=l/400=0.039m)及以上型号工字钢才能满足强度及刚度要求,但由于50a工字钢自重大(936.54N/m),造成安拆困难,造价偏高;
方案三与方案一比较,工程量小,周期短,且不影响下层正常营业。
方案三与方案二比较,具有自重轻(584N/m),安拆方便,造价低的特点,特别适宜大跨度结构。
而钢管桁架结构,根据受力特性和杆件布置不同,又可分为平面钢管桁架结构和空间钢管桁架结构。
平面钢管桁架结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内,结构平面外刚度较差,侧向稳定性难以保证,且难以满足强度及刚度要求,而空间钢管桁架结构,稳定性好,强度及刚度大。
综合以上因素,我们决定采用空间钢管桁架结构搭设操作平台。
二、平台的力学计算
1、计算模型的确定
初设桁架桁高0.7m,桁宽0.3m,节间长度两端1.3m,
其余1m,跨度15.6m(如图3所示),上、下弦杆选用φ108×
3.5钢管,腹杆选用φ48×
3.5钢管。
桁架中距1m,上铺φ48×
3.5钢管,中距1m,满铺50mm厚脚手板(如图1所示)。
φ48×
3.5钢管@1000为次梁,承受构件自重、脚手板自重及施工荷载,为简化,不考虑次梁的连续性,取一跨按简支梁作为计算单元,取宽度为次梁间距1000mm的负荷载带作为荷载计算单元,按均布线荷载传递给次梁;
空间管桁架结构@1000mm为主梁,承受构件自重、次梁传递的集中荷载,次梁传递给主梁的荷载面积为1000mm×
1000mm,将次梁传来的集中荷载及构件自重简化为作用在节点上的集中荷载,将两端支座一端简化为固定铰支座,另一端简化为可动铰支座。
由于空间管桁架结构由两片桁架组成,为计算简便,取其中一片为验算对象,上述荷载相应减为一半。
图3:
空间管桁架立面、平面图
2、次梁验算
已知:
50厚木板自重400N/㎡,φ48×
3.5钢管自重
38.4N/m,抗弯截面模量W=5080mm3,截面惯性矩I=121900mm4,弹性模量E=206000N/mm2,施工荷载2000N/㎡。
图4:
次梁计算简图
(1)荷载计算
线恒载标准值:
400N/㎡×
1m+38.4N/m=438.4N/m
线活载标准值:
2000N/m2×
1m=2000N/m
线荷载设计值:
1.2×
438.4N/m+1.4×
2000N/m=3326.08N/m
式中:
1.2为恒载分项系数;
1.4为活载分项系数
(2)验算弯曲强度
最大正应力发生在跨中弯矩最大的截面上
Mmax=1/8ql2=1/8×
3326.08N/m×
(1m)2
=415.76N·
m
δmax=Mmax/W=415.76N·
m/5080mm3
=81.8N/mm2<
[δ]=215N/mm2
弯曲强度满足要求
其中:
[δ]=215N/mm2为钢管许用应力值
(3)验算抗弯刚度
梁的最大挠度在跨中
Vmax=5ql4/384EI
=5×
(1m)4/384×
206000N/mm2×
121900mm4=1.7mm<
[V]=l/150=6.7mm
抗弯刚度满足要求
其中:
[V]=l/150=6.7mm为钢管允许挠度值
3、主梁验算
φ108×
3.5钢管自重90.2N/m,截面积A=1148mm2,截面惯性矩I=1569436mm4,弹性模量E=206000N/mm2。
图5:
主梁计算简图(KN)
桁架自重(折算为集中荷载):
4×
1m×
90.2N/m+(2×
0.7m+2×
1.2m+2×
1m)×
38.4N/m=584N
a、19-30各节点由次梁传来恒载标准值:
400N/m2×
1m+38.4N/m×
1m=438.4N
19-30各节点由次梁传来活载标准值:
1m=2000N
19-30各节点集中荷载设计值:
(438.4N+584N)+1.4×
2000N=4026.88N
单片桁架19-30各节点集中荷载设计值:
4026.88N/2=2013.44N
b、18、31节点由次梁传来恒载标准值:
1.15m×
1m=498.4N
18、31节点由次梁传来活载标准值:
1m=2300N
18、31节点集中荷载设计值:
(498.4N+584N)+1.4×
2300N=4518.88N
单片桁架18、31节点集中荷载设计值:
4518.88N/2=2259.44N
c、17、32节点由次梁传来恒载标准值:
0.65m×
1m=298.4N
17、32节点由次梁传来活载标准值:
1m=1300N
17、32节点集中荷载设计值:
(298.4N+584N)+1.4×
1300N=2878.88N
单片桁架17、32节点集中荷载设计值:
2878.88N/2=1439.44N
(2)强度及刚度验算
本计算过程采用由清华大学土木系研究开发的结构
力学求解器进行辅助计算。
a、各杆件轴力计算结果,如图6所示
图6:
桁架杆件轴力图(KN)
由图可知:
δmax=FN/A=86560N/1148mm2=75N/mm2<
[δ]=215
N/mm2
强度满足要求。
b、杆件最大位移发生在跨中部位(单元8),如图7所示
图7:
位移计算结果(m)
由图可知:
Vmax=0.029m<
l/400=0.039m
刚度满足要求
通过以上分析、计算可知,采用空间钢管桁架结构搭设平台,能够满足强度、刚度及稳定性要求。
三、空间管桁架平台搭设
1、在中庭上部钢结构施工前,原中庭屋面上满铺压型钢板防护,中庭四周设置1.5m高安全防护栏杆,上挂安全密目网,根部20cm设置木踢脚板。
2、待19.26m处钢梁施工完毕,在1/3轴至5轴之间安置钢管桁架,中距1m,与L505、GL501焊接牢固,桁架下挂安全平网,上铺φ48×
3.5脚手钢管@1000,与桁架焊接牢固,提高整体稳定性,满铺50mm厚木脚手板。
3、桁架预处理:
为减小平台使用过程中桁架的下挠变形,需适当使桁架上、下弦杆起拱约10-20mm,以抵消一部分竖向位移,使挠度变形最小化。
四、施工效果
空间管桁架提前加工、焊接组装,实际现场仅用两天时间便完成全部搭设任务。
经实际检测,桁架杆件变形符合规范要求。
完全能够满足施工及安全要求,取得了良好的效果。