扣件式钢管脚手架计算书.docx
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扣件式钢管脚手架计算书
济南黄河公铁两用桥
扣件式钢管脚手架计算书
1工程概况
济南黄河公铁两用桥施工起讫里程为DK421+910.6~DK423+703.03,线路全长1792.42m,主桥中心里程为DK422+806.82。
济南黄河公铁两用桥由北向南横穿天桥区吉家庄、济阳县谢家村、跨越黄河北大堤、主河槽及黄河南大堤,穿过历城区付家庄。
公铁两用桥合建段铁路孔跨布置为:
(6-32m)预应力混凝土简支梁+122m简支钢桁梁+(7-52m)预应力混凝土简支梁+(128+3*180+128)m刚性悬索加劲连续钢桁梁+(9-32m)预应力混凝土简支梁(该桥为四线桥,货线孔跨布置与客线孔跨布置对应。
石济客专602~607号、610~612号、629~630桥墩和邯济胶济联络线607号、610~611号、607~635号桥墩为单建铁路桥墩,相应的G611、G612左、G627左、G627右、G628、G629、G630号桥墩为单建公路桥墩,单建桥墩墩型均为圆端形实体桥墩。
主桥617~620号桥墩采用三柱式单层框架墩;引桥608~609号桥墩采用两柱式单层框架墩;其他公铁合建段桥墩均采用双层框架墩。
2支架结构与材料
2.1支架结构
脚手架采用扣件式钢管支架,采用两排架形式。
脚手架各种杆件采用外径48mm、壁厚3.5mm的钢管,脚手架内侧立杆距墩身模板70cm,立杆排距1.0m,立杆纵向间距1.5m,横杆步距1.8m,每跨内设一道横杆,立杆、横杆均采用一字扣件对接,在搭设过程中立杆要搭设在横杆的外侧,相邻两根杆件接头要相互错开一步且不小于500mm,各接头中心距主节点的距离不应大于步距的1/3。
立杆搭设要垂直,横杆搭设要水平,立杆搭设垂直度为1/400,全高不大于±50mm,大横杆搭设要水平,全长水平差不大于±20mm,立杆的间距排距偏差不大于±20mm,小横杆外侧伸出架体的长度为150mm,小横杆偏离主节点的距离不应大于150cm,靠墩一侧的外伸长度不应大于200mm。
每隔3.6m设置一道连接件。
脚手架搭设高度应高出墩顶平台120cm。
距地面20cm处设扫地杆。
脚手架应设置接地装置。
支架高度暂按36m高计算。
2.2材料特性
钢管截面几何特性
外径φ,d
壁厚t
截面积A(cm2)
惯性矩I(cm4)
截面模量W(cm3)
回转半径i(cm)
每米长质量(kg/m)
(mm)
48
3.5
4.893
12.187
5.078
1.578
3.841
钢材的强度设计值及弹性模量(N/mm2)
Q235钢抗压、抗压和抗弯强度设计值f
205
弹性模量E
2.06×105
扣件、底座、可调托撑的承载力设计值(kN)
项目
承载力设计值
对接扣件(抗滑)
3.2
直角扣件、旋转扣件(抗滑)
8.0
底座(受压)、可调托撑(受压)
40.0
受压、受拉构件的容许长细比
构件类型
容许长细比[λ]
立杆
双排架
210
横向斜撑、剪刀撑中的压杆
250
拉杆
350
单、双排脚手架立杆承受的每米结构自重标准值gk(kN/m)
步距(m)
脚手架类型
纵距(m)
1.5
1.8
双排架
0.1295
3荷载标准计算
作用于脚手架的荷载可分为永久荷载(恒荷载)与可变荷载(活荷载)。
双排架脚手架永久荷载包含下列内容:
(1)架体结构自重:
包括立杆、纵向水平杆、横桥向水平杆、剪刀撑、扣件的自重;
(2)构、配件自重:
包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。
脚手架可变荷载包括下列内容:
(1)施工荷载:
作业人员层上的人员、器具和材料等的自重;
(2)风荷载。
脚手板自重标准值:
0.35kN/m2
栏杆、挡脚板自重标准值:
0.17kN/m
密目网自重标准值:
0.02kN/m2
立杆每米自重标准值:
0.1295kN/m
构配件取值:
单个直角扣件13.2N/个
单个转角扣件14.6N/个
单个对接扣件18.4N/个
施工均布荷载标准值:
3.0kN/m2
基本风压:
0.6kP/m2
挡风系数及水平风荷载标准值计算
ψ=1.2An/Aw=1.2An/La/h
An=(La+h+0.325Lah)*d
其中,La=1.5m,h=1.8m,d=4.8cm。
代入数据得:
ψ=0.201
水平风荷载标准值:
Wk=ψ*W0=0.201*0.6=0.121kN/m2
4大横杆计算
4.1大横杆荷载计算
脚手板的荷载标准值q1=0.35×1.0/2=0.175kN/m
活荷载标准值q2=3×1.0=1.5(kN/m)
4.2强度计算
(1)、最大弯矩:
其中:
l立杆纵距;取l=1.5m
q1脚手板的荷载标准值q1=0.175kN/m
q2活荷载标准值q2=1.5kN/m
经计算得到:
M=(-0.1×1.2×0.175-0.117×1.4×1.5)×1.5^2=-0.60kN.m
(2)、截面应力计算公式如下:
其中W钢管截面抵抗矩W=5.078cm3
M最大弯矩M=-0.60kN.m
经计算得到:
σ=0.60×106÷(5.078×103)=118.2N/mm2
大横杆强度计算值小于钢管抗弯强度设计值205N/mm2,故满足要求
4.3挠度计算
最大挠度:
其中:
l立杆纵距l=1.5m
I截面惯性矩I=12.187cm4
E弹性摸量E=206000N/mm2
q1脚手板的荷载标准值q1=0.175kN/m
q2活荷载标准值q2=1.5kN/m
经计算得到:
V=(0.667*0.175+0.99*1.5)×(1.5×103)^4÷(100×206000×12.187×10000)=3.23mm
最大挠度计算值小于等于l/150=10mm,并且小于10mm,故满足要求
5小横杆的计算
5.1小横杆荷载计算
大横杆自重标准值:
P1=0.03841×1.5=0.058kN
脚手板的荷载标准值:
P2=1×1.5×0.35=0.525kN
静荷载标准值:
P=0.058+0.525=0.583kN
活荷载标准值:
Q=3×1.5×1.0=4.5kN
5.2强度计算
(1)、最大弯矩计算公式如下:
其中:
l立杆的排距l=1.0m
P静荷载标准值P=0.583kN
Q活荷载标准值Q=4.5kN
经计算得到最大弯矩M=(1.2×0.583+1.4×4.5)×1.0÷2=3.50kN.m
(2)、截面应力计算公式如下:
其中W钢管截面抵抗矩W=5.078cm3
M最大弯矩M=3.50kN.m
经计算得到:
σ=3.5×106÷(5.078×103)=68.9N/mm2
大横杆强度计算值小于或等于钢管抗弯强度设计值205N/mm2,故满足要求
5.3挠度计算
其中:
l立杆的排距l=1.0m
I截面惯性矩I=12.187cm4
E弹性摸量E=206000N/mm2
P静荷载标准值P=0.583kN
Q活荷载标准值Q=4.5kN
经计算最大挠度V=23÷648×(0.583+4.5)×103×(1.0×103)^3÷(2.06×105×12.187×104)=7.2mm
最大挠度计算值小于等于l/150=10mm,故满足要求
6扣件的抗滑承载力计算:
横杆的自重标准值P1=0.03841×(1.0+1.5)=0.096kN
脚手板的荷载标准值P2=0.35×1.5×1.0÷2=0.263kN
活荷载标准值Q=3×1.5×1.0÷2=2.25kN
荷载的计算值R=1.2×(0.096+0.263)+1.4×2.25=3.58kN
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:
其中Rc扣件抗滑承载力设计值Rc=8kN
R荷载的计算值R=3.58kN
扣件的抗滑承载力小于扣件抗滑承载力设计值8kN,满足要求!
7立杆计算:
7.1荷载计算:
每米立杆承受的结构自重标准值NG1=0.1295×36=4.662kN
脚手板的自重标准值NG2=0.35×1.5×1.0/2=0.263kN
栏杆与挡脚板自重标准值NG3=0.17×1.5=0.225kN
密目网自重荷载:
NG4=0.02×1.5=0.03kN
静荷载标准值NG=4.662+0.263+0.225+0.03=5.18kN
活荷载标准值NQ=3×1.5×1.0÷2=2.25kN
风荷载标准值Wk=0.121×36×1.5=6.534kN
不组合风荷载时,立杆的轴向压力设计值N=1.2×5.18+1.4×2.25=9.366kN
组合风荷载时,立杆的轴向压力设计值N=1.2×5.18+0.9×1.4×2.25=9.05kN
风荷载标准值产生的立杆段弯矩:
Mwk=0.121×1.5×1.8^2÷10=0.059kN.m
风荷载设计值产生的立杆段弯矩:
Mw=0.9×1.4×0.058=0.073kN.m
构配件自重标准值产生的轴向力:
NG2k=(18.4×6+13.2×20+14.6×9)/1000
=0.5058kN
7.2立杆的稳定性计算:
(1)、立杆的长细比计算:
其中:
lo立杆的计算长度lo=kμh=1×1.8×1.8=3.24m
i立杆的回转半径i=1.578cm
经过计算,立杆的长细比λ=3.12×100÷1.578=205
立杆的长细比小于立杆容许长细比210,满足要求!
(2)、立杆的稳定性计算
不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
其中:
A立杆净截面面积;取A=4.89cm2
N不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值;取N=9.366kN
φ轴心受压立杆的稳定系数,由长细比λ的结果查表得到φ=0.172
不考虑风荷载时立杆的稳定性σ=9.366×103÷0.172÷489=111.4N/mm2
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
其中:
A立杆净截面面积;取A=4.89cm2
W立杆净截面模量(抵抗矩);取W=5.078cm3
N考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值;取N=9.05kN
Mw计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩;取Mw=0.073kN.m
φ轴心受压立杆的稳定系数,由长细比λ的结果查表得到φ=0.172
考虑风荷载时立杆的稳定性σ=9050/(0.172×489)+7.3×104÷5078
=122.0N/mm2
不考虑风荷载时,立杆应力111.4N/mm2小于允许应力205N/mm2,满足要求
考虑风荷载时,立杆应力122.0N/mm2小于允许应力205N/mm2,满足要求
7.3最大搭设高度的计算
不组合风荷载最大搭设高度:
组合风荷载最大搭设高度:
其中:
A立杆净截面面积A=4.89cm2
W钢管截面抵抗矩W=5.078cm3
f钢管立杆抗压强度设计值f=205N/mm2
gk每米立杆承受的结构自重标准值gk=0.1295kN/m
NQK活荷载标准值NQK=2.25kN
Mwk计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩Mwk=0.073kN.m
NG2K构配件自重标准值产生的轴向力NG2K=0.5058kN
φ轴心受压杆件稳定系数φ=0.172
经计算,不组合风荷载最大搭设高度:
Hs=(0.172×489×205÷1000-(1.2×0.5058+1.4×2.25))÷(1.2×0.1295)=86.8m
组合风荷载最大搭设高度:
Hs=(0.172×489×205÷1000-(1.2×0.5058+0.9×1.4×(2.25+0.073×0.172×489÷5.078÷10000)))÷(1.2×0.1295)=88.8m
最大搭设高度应该取上式中的较小值Hs=86.8m
由于搭设高度Hs大于等于26m,所以按下式调整:
经计算得到脚手架高度限值为[H]=86.8m
调整后的高度不宜超过50m,故:
脚手架最大高度应为50m。
8连接件的计算
(1)、风荷载产生的连墙件轴向力设计值按照下式计算:
其中:
wk风荷载基本风压值,wk=0.121kN/m2
Aw单个连接件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积:
Aw=1.5×3×1.8×3=16.2m2
经计算得到:
风荷载产生的连墙件轴向力设计值Nlw=1.4×0.121×16.2=2.7kN
(2)、连接件的轴向力计算值应按照下式计算:
其中No连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力;取N0=5kN
Nlw风荷载产生的连墙件轴向力设计值Nlw=2.7kN
经计算得到:
连墙件轴向力计算值Nl=2.7+5=7.7kN
(3)、连接件轴向力设计值
其中:
φ轴心受压立杆的稳定系数,由长细比λ查表得到φ=0.573
A立杆净截面面积A=4.89cm2
[f]钢管的强度设计值[f]=205N/mm2
经过计算得到Nf=0.573×(4.89×100)×205÷1000=57.44kN
长细比λ计算:
其中:
l计算长度l=1.6m
i钢管回转半径i=1.58cm
经过计算,立杆的长细比λ=1.6×100÷1.58=102
计算结果:
连接件轴向力计算值小于连接件的轴向力设计值;满足要求
连接件轴向力计算值小于扣件抗滑承载力,满足要求
9立杆的地基承载力计算
1、立杆基础底面的平均压力
其中:
N上部结构传至基础顶面的轴向力设计值N=9.366kN
A基础底面面,取钢管直接搭设在承台基面A=4.89cm2
经计算得到立杆的地基承载力P=9366÷489=19.2N/mm2
计算结果:
立杆基础底面的平均压力小于承台混凝土抗压强度设计值40N/mm2;满足要求