外墙消防连廊悬挑脚手架计算书.docx
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外墙消防连廊悬挑脚手架计算书
外墙消防连廊悬挑脚手架施工方案
工程概况
富强花园2#地块由上海良伟置业发展有限公司开发,由上海三益建筑设计有限公司设计,工程位于上海市浦东惠南镇,地址南团公路与迎熏路路口,由上海域邦建设工程有限公司总承包。
本组织设计针对54#楼考虑,建筑面积总计6793.56平米,为16层剪力墙结构,其中在该楼的北面十二层,十五层1/3—1/14轴处有消防连廊,连廊长度20.2米,最小外挑长度为1.4米,最大外挑长度为3.5米。
现针对消防连廊做一个悬挑脚手架方案。
工字钢放置十一层面和十四层面。
具体做法详见图一至图四。
外挑室外楼梯模板支架的计算书
依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等规范编制。
一、参数信息:
1.模板支架参数
横向间距或排距(m):
0.90;纵距(m):
1.50;步距(m):
1.50;
立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):
0.10;模板支架搭设高度(m):
3.00;
采用的钢管(mm):
Φ48×3.5;
扣件连接方式:
双扣件,取扣件抗滑承载力系数:
0.80;
板底支撑连接方式:
钢管支撑;
板底钢管的间隔距离(mm):
300.00;
2.荷载参数
模板与木板自重(kN/m2):
0.350;混凝土与钢筋自重(kN/m3):
25.000;
施工均布荷载标准值(kN/m2):
1.000;
3.楼板参数
钢筋级别:
二级钢HRB335(20MnSi);楼板混凝土强度等级:
C25;
每层标准施工天数:
8;每平米楼板截面的钢筋面积(mm2):
360.000;
楼板的计算宽度(m):
4.00;楼板的计算厚度(mm):
175.00;
楼板的计算长度(m):
4.50;施工平均温度(℃):
15.000;
4.材料参数
面板采用胶合面板,厚度为18mm。
面板弹性模量E(N/mm2):
9500;面板抗弯强度设计值(N/mm2):
13;
板底支撑采用钢管;
托梁材料为:
钢管(双钢管):
Φ48×3.5;
图2楼板支撑架荷载计算单元
二、模板面板计算:
面板为受弯构件,需要验算其抗弯强度和刚度,取单位宽度1m的面板作为计算单元
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=100×1.82/6=54cm3;
I=100×1.83/12=48.6cm4;
模板面板的按照三跨连续梁计算。
面板计算简图
1、荷载计算
(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m):
q1=25×0.175×1+0.35×1=4.725kN/m;
(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN):
q2=1×1=1kN/m;
2、强度计算
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,计算公式如下:
其中:
q=1.2×4.725+1.4×1=7.07kN/m
最大弯矩M=0.1×7.07×0.32=0.064kN·m;
面板最大应力计算值σ=63630/54000=1.178N/mm2;
面板的抗弯强度设计值[f]=13N/mm2;
面板的最大应力计算值为1.178N/mm2小于面板的抗弯强度设计值13N/mm2,满足要求!
3、挠度计算
挠度计算公式为
其中q=4.725kN/m
面板最大挠度计算值v=0.677×4.725×3004/(100×9500×)=0.224mm;
面板最大允许挠度[V]=300/250=1.2mm;
面板的最大挠度计算值0.224mm小于面板的最大允许挠度1.2mm,满足要求!
三、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;
方木楞计算简图
1.荷载的计算:
(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m):
q11=25×0.3×0.175=1.312kN/m;
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q12=0.35×0.3=0.105kN/m;
(3)活荷载为1施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN):
q2=(1+2)×0.3=0.9kN/m;
2.强度验算:
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,计算公式如下:
最大弯矩计算公式如下:
静荷载:
q1=1.2×(q1+q2)=1.2×(1.312+0.105)=1.701kN/m;
活荷载:
q2=1.4×0.9=1.26kN/m;
最大弯距Mmax=(0.1×1.701+0.117×1.26)×1.52=0.714kN.M;
最大支座力N=(1.1×1.701+1.2×1.26)×1.5=5.075kN;
最大应力计算值σ=M/W=0.714×106/5080=140.634N/mm2;
纵向钢管的抗压强度设计值[f]=205.0N/mm2;
纵向钢管的最大应力计算值为140.634N/mm2小于纵向钢管的抗压强度设计值205.0N/mm2,满足要求!
3.挠度验算:
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=q11+q12=1.418kN/m
活荷载q2=0.9kN/m
三跨连续梁均布荷载作用下的最大挠度
V=(0.677×1.418+0.990×0.9)×15004/(100×20.6×105×12.19)=3.731mm;
支撑钢管的最大挠度小于1500/150与10mm,满足要求
四、托梁材料计算:
托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
托梁采用:
钢管(双钢管):
Φ48×3.5;
W=10.16cm3;
I=24.38cm4;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=5.075kN;
托梁计算简图
托梁计算弯矩图(kN.m)
托梁计算变形图(mm)
托梁计算剪力图(kN)
最大弯矩Mmax=1.218kN.m;
最大变形Vmax=1.409mm;
最大支座力Qmax=16.578kN;
最大应力σ=.445/10160=119.904N/mm2;
托梁的抗压强度设计值[f]=205N/mm2;
托梁的最大应力计算值119.904N/mm2小于托梁的抗压强度设计值205N/mm2,满足要求!
托梁的最大挠度为1.409mm小于900/150与10mm,满足要求!
五、模板支架立杆荷载标准值(轴力):
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
1.静荷载标准值包括以下内容:
(1)脚手架的自重(kN):
NG1=0.139×3=0.418kN;
(2)模板的自重(kN):
NG2=0.35×1.5×0.9=0.472kN;
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN):
NG3=25×0.175×1.5×0.9=5.906kN;
静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=6.797kN;
2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。
活荷载标准值NQ=(1+2)×0.9×1.5=4.05kN;
3.立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.2NG+1.4NQ=13.826kN;
六、立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式
其中N----立杆的轴心压力设计值(kN):
N=13.826kN;
σ----轴心受压立杆的稳定系数,由长细比Lo/i查表得到;
i----计算立杆的截面回转半径(cm):
i=1.58cm;
A----立杆净截面面积(cm2):
A=4.89cm2;
W----立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3):
W=5.08cm3;
σ--------钢管立杆受压应力计算值(N/mm2);
[f]----钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
L0----计算长度(m);
如果完全参照《扣件式规范》,由下式计算
l0=h+2a
a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.1m;
得到计算结果:
立杆计算长度L0=h+2a=1.5+2×0.1=1.7m;
L0/i=1700/15.8=108;
由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.53;
钢管立杆受压应力计算值;σ=13826.34/(0.53×489)=53.349N/mm2;
立杆稳定性计算σ=53.349N/mm2小于钢管立杆抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
七、连墙件的计算:
连墙件的轴向力设计值应按照下式计算:
Nl=Nlw+N0
风荷载标准值Wk=0.184kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=10.8m2;
按《规范》5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN),N0=5.000kN;
风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN),按照下式计算:
Nlw=1.4×Wk×Aw=2.778kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=7.778kN;
连墙件承载力设计值按下式计算:
Nf=φ·A·[f]
其中φ--轴心受压立杆的稳定系数;
由长细比l0/i=1800/15.8的结果查表得到φ=0.489,l为内排架距离墙的长度;
又:
A=4.89cm2;[f]=205N/mm2;
连墙件轴向承载力设计值为Nf=0.489×4.89×10-4×205×103=49.02kN;
Nl=7.778连墙件采用双扣件与墙体连接。
由以上计算得到Nl=7.778小于双扣件的抗滑力12.8kN,满足要求!
连墙件扣件连接示意图
八、悬挑梁的受力计算:
悬挑脚手架的水平钢梁按照带悬臂的连续梁计算。
悬臂部分受脚手架荷载N的作用,里端B为与楼板的锚固点,A为墙支点。
本方案中,脚手架排距为1050mm,内排脚手架距离墙体1800mm,支拉斜杆的支点距离墙体为2100mm,
水平支撑梁的截面惯性矩I=1130cm4,截面抵抗矩W=141cm3,截面积A=26.1cm2。
受脚手架集中荷载N=1.2×2.897+1.4×4.725=10.092kN;
水平钢梁自重荷载q=1.2×26.1×0.0001×78.5=0.246kN/m;
外挑楼梯结构集中荷载N1=13.826kN
各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为
R[1]=6.874kN;
R[2]=24.756kN;
R[3]=1.783kN;
R[4]=0.945kN。
最大弯矩Mmax=4.735kN.m;
最大应力σ=M/1.05W+N/A=4.735×106/(1.05×)+
0×103/2610=31.982N/mm2;
水平支撑梁的最大应力计算值31.982N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求!
九、悬挑梁的整体稳定性计算:
水平钢梁采用16号工字钢,计算公式如下
其中φb--均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数,按照下式计算:
φb=570×9.9×88×235/(3300×160×235)=0.94
由于φb大于0.6,查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B,得到φb值为0.77。
经过计算得到最大应力σ=2.237×106/(0.77×)=20.601N/mm2;
水平钢梁的稳定性计算σ=20.601小于[f]=215N/mm2,满足要求!
十、支杆的受力计算:
水平钢梁的轴力RAH和支杆的轴力RDi按照下面计算
其中RDicosαi为支杆的顶力对水平杆产生的轴拉力。
各支点的支撑力RCi=RDisinαi
按照以上公式计算得到由左至右各支杆力分别为:
RD1=5.806kN。
RD2=23.171kN。
十一、支杆的强度计算:
支杆的内力计算:
斜压支杆的轴力RD我们均取最大值进行计算,为
RD=23.171kN
下面压杆以100×6mm钢管计算,斜压杆的容许压力按照下式计算:
其中N--受压斜杆的轴心压力设计值,N=23.171kN;
φ--轴心受压斜杆的稳定系数,由长细比l/i查表得到φ=0.381;
i--计算受压斜杆的截面回转半径,i=3.33cm;
l--受最大压力斜杆计算长度,l=4.46m;
A--受压斜杆净截面面积,A=17.719cm2;
σ--受压斜杆受压应力计算值,经计算得到结果是34.324N/mm2;
[f]--受压斜杆抗压强度设计值,f=215N/mm2;
受压斜杆的稳定性计算σ<[f],满足要求!
斜撑支杆的焊缝计算:
斜撑支杆采用焊接方式与墙体预埋件连接,对接焊缝强度计算公式如下
其中N为斜撑支杆的轴向力,N=23.171kN;
lw为斜撑支杆件的周长,取314.159mm;
t为斜撑支杆焊缝的厚度,t=6mm;
ft或fc为对接焊缝的抗拉或抗压强度,取185N/mm2;
经过计算得到焊缝最大应力=23171.48/(314.159×6)=12.293N/mm2。
对接焊缝的最大应力12.293N/mm2小于185N/mm2,满足要求!
十二、锚固段与楼板连接的计算:
1.水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环,拉环强度计算如下:
水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=0.116kN;
水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为:
其中[f]为拉环钢筋抗拉强度,按照《混凝土结构设计规范》10.9.8条[f]=50N/mm2;
所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径D=[116.002×4/(3.142×50×2)]1/2=1.215mm;
水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面,并要保证两侧30cm以上搭接长度。
2.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,螺栓粘结力锚固强度计算如下:
锚固深度计算公式:
其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向拉力,N=0.116kN;
d--楼板螺栓的直径,d=16mm;
[fb]--楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度,计算中取1.43N/mm2;
[f]--钢材强度设计值,取215N/mm2;
h--楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度,经过计算得到h要大于
116.002/(3.142×16×1.43)=1.614mm。
螺栓所能承受的最大拉力F=1/4×3.14×162×215×10-3=43.21kN
螺栓的轴向拉力N=0.116kN小于螺栓所能承受的最大拉力F=43.206kN,满足要求!
3.水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,混凝土局部承压计算如下:
混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式:
其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向压力,N=1.199kN;
d--楼板螺栓的直径,d=16mm;
b--楼板内的螺栓锚板边长,b=5×d=80mm;
fcc--混凝土的局部挤压强度设计值,计算中取0.95fc=14.3N/mm2;
经过计算得到公式右边等于88.64kN,大于锚固力N=1.20kN,楼板混凝土局部承压计算满足要求!