爬架计算书简本旧版 1.docx
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爬架计算书简本旧版1
XHR-01型导轨式爬架
计算书
山西赛福特施工设备有限公司
二零一零年六月
前言
本计算书将反映XHR－01型导轨式爬架系统关键部件的受力状况、强度及稳定性等计算内容。
主要计算根据是建设部《建筑施工附着式升降脚手架管理暂行规定》和《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》。
以支承跨度72米，脚手架高度16.8米的一片架体为基础，进行荷载统计。
不同具体工程XHR－01型导轨式爬架在方案设计时，将遵循不超过本《计算书》中荷载和杆件内力的原则，反之，将重新计算校核。
另外，对于风荷载基本风压的取值，我们将考虑基本上覆盖我国大、中城市，如果超出《计算书》中取值时，我们将针对性的重新计算校核或采取减小风荷载作用的构造措施。
山西赛福特施工设备有限公司
2010年6月
XHR-01型导轨式爬架
计算书
一、相关术语
1、竖向主框架：
用于构造爬架架体，垂直于建筑物外立面，并与附着支承结构相连，主要承受和传递竖向和水平荷载的竖向框架。
2、水平支承桁架：
用于构造爬架架体，主要承受架体竖向荷载，并将竖向载荷传递至竖向主框架和附着支承结构的水平结构。
3、附着支承结构：
直接与工程结构相连，承受并传递脚手架荷载的支承结构。
4、支承跨度：
两相邻竖向主框架中心轴线之间的距离。
5、脚手架高度：
架体最底层杆件轴线至架体最上层横杆（护栏）轴线间的距离。
6、防坠装置：
架体在升降和使用过程中发生意外坠落的制动装置。
7、防倾覆装置：
防止架体在升降和使用过程中发生倾覆的装置。
二、荷载规定和计算系数
1.荷载规定
①恒载：
包括搭设架体的钢管和扣件或碗扣式脚手架、竖向主框架、水平支承桁架、作业层脚手板、安全网、提升机构以及固定于架体上的设备等传给附着支承点的全部材料、构配件、器具的自重。
②活荷载（施工荷载）：
架体在工作状态下，结构施工时，按两层荷载（每层3kN／ｍ2）计算；装修施工时，按三层荷载（每层2kN／ｍ2）计算；架体在升降状态下，施工活荷载按每层0.5kN／ｍ2计算。
③风荷载：
风压标准值按照文献[3]计算确定。
挡风面积按挡风材料、杆件的实际挡风面积计算。
2.计算系数
（1）结构重要性系数γo取0.9
（2）恒载分项系数γG取1.2；活荷载分项系数γQ取1.4
（3）组合风荷载时的荷载组合系数ψ取0.85
（4）荷载变化系数γ1取1.3,γ2取2.0
（5）竖向主框架和水平支承桁架
压杆λ≤150拉杆λ≤300
（6）单一系数法复核时，其安全系数K值
对于强度设计时：
K≥1.5
对于稳定性设计时：
K≥2.0
（7）钢丝绳安全系数
升降系统用S=6.0
斜拉卸荷用S=3.5
三、计算方法
本《计算书》中架体结构和附着支承结构按照“概率极限状态法”进行计算。
承载力设计表达式为：
γ0S≤R
式中：
γ0S—结构重要性系数，取0.9
S—荷载效应
R—结构抗力
按照“概率极限状态法”进行设计时，按承载力极限状态设计的计算荷载取荷载的设计值；按使用极限状态设计的计算荷载取荷载的标准值。
升降动力设备、吊具、索具按“容许应力设计法”进行设计计算，取强度容许值，计算表达式为：
σ≤[σ]
式中：
σ—设计应力
[σ]—容许应力
计算荷载的传递过程
架体荷载→水平支承桁架→竖向主框架→附着支承结构→建筑结构
有些安全措施是由水平支承桁架直接传递给建筑物或者通过竖向主框架直接传递给建筑结构。
四、XHR-01型导轨式爬架结构分类及特点
XHR-01型导轨式爬架结构包括几大部分组成：
1.架体：
采用扣件式或碗扣式脚手架杆件组装的架体。
2.竖向主框架和水平支承桁架：
采用型钢定型焊接加工螺栓连接的桁架或框架。
3.爬升机构：
包括：
附着支承结构（预埋件、穿墙螺栓、垫板、挂板、可调拉杆、销轴、拉杆座、导轨）、提升滑轮组件（包含防坠装置）、防倾及导向装置（导轮组及导轨）、承重装置（限位锁、锁夹、斜拉钢丝绳、绳卡、花篮螺栓以及连墙装置）、提升装置（提升挂座）。
4.自身提升设备：
电动葫芦、电控柜、电缆线。
五、荷载标准值计算
（一）计算用荷载单元模型的确定
选取架体支承跨度为7.2米，脚手架高度16.8米的一片架体为荷载计算单元。
架体内外排立杆中心距为0.9米，步高为1.8米，均布立杆柱距为1.8米。
（二）风荷载计算
计算式:
Wk=0.7μs·μz·Wo
式中:
μz—风压高度变化系数。
按照田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区的B类地面粗糙度采用（高度按200米考虑）。
按文献[5]表6.2.1μz=2.61
wo—基本风压。
依据文献[5]中全国基本风压分布图，和为适应北京、广州、上海、天津、西安、重庆、成都、南京、福州、沈阳等全国大中城市使用，故选取基本风压为wo=0.55kN／ｍ2。
μs—风荷载体型系数。
按照文献[4]，背靠建筑物的情况为“敞开框架和开洞墙”附着升降脚手架外排为密目安全网全封闭，故μs=1.3Φ，其中Φ为挡风系数。
Φ=An／AW，式中:
AN─挡风面积，AW─迎风面积
Φ=
=0.527
μs=1.3Φ=1.3×0.527=0.685
使用工况风荷载标准值:
Wk=0.7μs·μz·Wo=0.7×0.685×2.61×0.55=0.688kN／ｍ2
升降和坠落工况风荷载标准值:
Wk‘=0.7μs·μz·Wo=0.7×0.685×2.61×0.25=0.31kN／ｍ2
（三）脚手板自重计算
脚手板采用50ｍｍ厚的木板，架体内排立杆离墙500ｍｍ，脚手板铺设时离墙200ｍｍ，则脚手板宽度为:
900+500-200=1200ｍｍ。
脚手板的自重标准值为0.35kN／ｍ2。
①单层脚手板自重：
7.2ｍ×1.2ｍ×0.35kN／ｍ2=3.024kN
②三层脚手板自重：
3.024kN×3层=9.072kN
③五层脚手板自重：
3.024kN×5层=15.12kN
（四）挡脚板自重计算
在脚手板铺设层架体的外排搭设180ｍｍ高、50ｍｍ厚的木板作为挡脚板。
①单层自重：
7.2ｍ×0.18ｍ×0.35kN／ｍ2=0.4536kN
②三层自重：
0.4536kN×3层=1.36kN
③五层自重：
0.4536kN×5层=2.268kN
（五）安装于架体上爬升机构自重计算
包括:
1个提升滑轮组件、5个导轮组、2个限位锁、2对锁夹
提升时0.9847kN＋5×0.0718kN＋2×0.1898kN+2×0.027kN=1.777kN
使用时0.9847kN＋5×0.0718kN＋2×0.027kN=1.4kN
（六）安全网自重计算
外排架外侧面、脚手板下面以及吊蓝铺设密目式安全网，重量系数为0.01kN／ｍ2。
①架体上安全网自重：
（16.8ｍ×7.2ｍ＋1.2ｍ×7.2ｍ）×0.003kN／ｍ2
=0.39kN
②提升点下面吊篮用密目式安全网:
吊篮搭设高3.75ｍ，宽0.9ｍ，
长0.9ｍ，三面及底面铺设密目式安全网。
自重：
（0.9ｍ×3×3.75ｍ+0.9ｍ×0.9ｍ）×0.003kN／ｍ2=0.033kN
共计0.423kN。
（七）竖向主框架自重计算
共1个主框架1、3个主框架2和1个主框架3，主框架自重：
0.4736+3×（0.5602+0.069）+0.3432=2.7kN。
附图1水平支承框架
（八）水平支承桁架自重计算
序号
名称
数量（根）
单重（kN）
总重（kN）
1
横杆H180
14
0.112
1.568
2
滑轮组件横杆
2
0.101
0.202
3
斜杆X180
6
0.154
0.924
4
滑轮组件斜杆
2
0.137
0.274
5
中间框架
3套
0.331
0.993
6
螺栓M20×40
80条
0.0015
0.12
7
螺母M20
80个
0.00068
0.0544
合计总重（kN）
4.1364
（九）脚手架架体自重计算
XHR-01型导轨式爬架架体部分采用钢管扣件脚手架，本《计算书》引用钢管扣件式脚手架来统计架体自重荷载。
架体钢管规格采用Φ48×3.5，重量系数为0.0384kN／ｍ，直角扣件0.0132kN/个，旋转扣件0.0146kN/个，对接扣件0.0184kN/个。
大横杆自重计算:
23道，外排15道，内排8道，对接扣件23个，直角扣件92个
7.2m/根×23根×0.0384kN／ｍ+23×0.0184kN+92×0.0132kN=7.99kN（包括防护栏杆）
2.小横杆自重计算:
脚手板层小横按1.4米/根计算，其余按1.2米/根计算。
1.4米的24根，1.2米的18根，直角扣件68个。
（1.2m/根×18根+1.4m/根×24根）×0.0384kN／ｍ+68×0.0132kN=3.02kN
附图2立面图
1.立杆自重计算:
立杆总长80.8米，对接扣件17个。
80.8m×0.0384kN／ｍ+17×0.0184kN/个=3.42kN
4.剪刀撑自重计算:
外排16根6米管，42个旋转扣件；内排8根6米管，2根3米管，旋转扣件34个。
（6m/根×24根+3m/根×2根）×0.0384kN／ｍ+76×0.0146kN=6.87kN
附图3吊篮
5.吊篮钢管自重计算:
1.2米小横杆14根，4米大横杆4根，直角扣件28个。
（1.2米/根×14根+4米/根×4根）×0.0384kN／ｍ+28×0.0132kN=1.63kN
以上脚手架自重合计22.93kN。
（十一）活荷载标准值计算
1.使用工况下，结构施工时，按2层作业层3kN／ｍ2计算。
7.2米×0.9米×2层×3kN／ｍ2=38.88kN
2.升降工况下，施工活荷载:
按照作业层0.5kN／ｍ2计算
结构施工时：
7.2米×0.9米×2层×0.5kN／ｍ2=6.48kN
装修施工时：
7.2米×0.9米×3层×0.5kN／ｍ2=9.72kN
六、斜拉钢丝绳验算
斜拉钢丝绳采用Φ15.5、6×19的圆股钢丝绳，国标号GB1102-74。
按照《附着式升降脚手架设计和使用管理办法》的规定，吊具、索具的安全系数=3.5。
验算公式：
Fmax×S≤FP，FP=φF0
FP─钢丝绳破断拉力N
φ─钢丝绳破断拉力换算系数0.85
F0≥
F0─钢丝绳破断拉力总和N
Fmax─钢丝绳最大静拉力N
S─钢丝绳的安全系数S=3.5
（一）斜拉钢丝绳受力分析
在使用工况下共安装4根斜拉钢丝绳，其中，架体上边内外排立杆各安装一根，架体最下边内外排各安装一根。
斜拉钢丝绳用花篮螺栓预紧，考虑四根钢丝绳绷紧度一致，验算斜拉钢丝绳时选择架体底部的两根斜拉钢丝绳进行计算。
偏于安全地独立验算斜拉钢丝绳。
（二）荷载计算
1.恒载标准值：
三层脚手板+三层挡脚板+爬升机构+安全网+竖向主框架+水平支承桁架+脚手架架体
=42.02kN
2．施工活荷载标准值：
使用工况下活荷载标准值38.88kN
附图5斜拉钢丝绳
附图13斜拉钢丝绳
3．荷载标准值
P标=GK+GQ=42.02+38.88=80.9kN
3.斜拉钢丝绳最大静拉力（Fmax）计算
α=arctg500／3600=7.9°
β=arctg1400／3600=21.25°
Fmax=F=
=
=21040N（单根斜拉钢丝绳）
4.钢丝绳验算
=
=86635N说明：
3.5倍的实际钢丝绳静拉力小于所选Φ15.5、6×19的圆股钢丝绳的钢破断拉力总和，国标号GB1102-74。
5.花篮螺栓抗拉验算
抗拉验算：
σ=
=
=163N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
七、提升挂座的计算
提升挂座是在升降工况下使用的构件，它环抱安装于导轨上，四个Φ20的销轴插入导轨的孔中，导轨后面挂座门限位。
在架体升降时，提升挂座承受架体的竖向全部荷载，并将荷载传递于导轨，此时包括架体的恒载和作业层0.5kN／ｍ2的施工活荷载。
1、荷载计算：
恒载标准值：
三层脚手板+三层挡脚板+爬升机构+安全网+竖向主框架+水平支承桁架+脚手架架体
=42.4kN
施工活荷载标准值：
升降工况下活荷载标准值9.72kN
荷载总值
P设=γoγ2（γGGK+γQGQ）
=0.9×2.0×（1.2×42.4+1.4×9.72）
=116.08kN
附图6提升挂座
3.销轴抗剪及抗挤压验算
抗剪：
选用荷载值较大者进行验算
σ=
=
=92.42N／ｍｍ2〈fv=125N／ｍｍ2
挤压验算：
挤压面计算面积：
A=4×d×l=4×20×7=560ｍｍ2
式中：
销轴直径Φ20；工作挤压面厚度：
5.5ｍｍ
挤压强度：
σ=
=
=207N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
4.焊缝强度验算
提升挂座承受竖向剪力的焊缝为2道角焊缝，焊缝高度8ｍｍ，长度400ｍｍ，且竖向力平行于焊缝长度方向。
验算式：
式中：
τf：
沿焊缝方向的剪应力
he：
角焊缝有效厚度
τf=
≤ffw0.7hf=0.7×8=5.6
lw：
角焊缝计算长度
每条焊缝实际长度减10ｍｍ
ffw：
角焊缝强度设计值
τf=
=
=35.43N／ｍｍ2≤ffw=160N／ｍｍ2
5.提升挂座分肢梁抗弯验算
提升挂座分肢梁悬挂提升钢丝绳和提升电动葫芦。
提升钢丝绳通过下端提升滑轮组件的动滑轮，根据倍率关系单肢梁承担P设／2=58040N
分肢梁材料Q235A；直径Φ50；按照固端悬臂梁计算。
A-A截面弯矩计算长度：
L=（516-16-340）／4=40ｍｍ
B-B焊缝截面弯矩计算长度：
L=（516-124-16-40）／2=148ｍｍ
分肢梁抗弯截面模量：
A-A截面
W1=
=
=13753ｍｍ3
附图7提升钢丝绳
分肢梁抗弯截面模量：
B-B截面（以长方形截面计算）
W2=
=
=106667ｍｍ3
最大弯矩：
M1=
×L=58040×40=2321600N．ｍｍ
M2=
×L=58040×148=8589920N．ｍｍ
抗弯验算：
σ1=
=
=169N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
σ2=
=
=80.53N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2
八、提升钢丝绳的验算
提升钢丝绳采用Φ19.5、6×37的圆股钢丝绳，国标号GB1102-74。
按照《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》，在升降系统中使用的吊具、索具的安全系数取6.0。
验算公式：
Fmax×S≤FPFP=φF0FP─钢丝绳破断拉力N
φ─钢丝绳破断拉力换算系数0.94
F0≥
F0─钢丝绳破断拉力总和N
Fmax─钢丝绳最大静拉力N
S─钢丝绳的安全系数S≥6.0
1.提升钢丝绳受力分析
架体升降工况下使用提升钢丝绳，其一端悬挂在提升挂座的一分肢梁上，另一端绕过提升滑轮组件动滑轮悬挂于提升葫芦下吊钩上。
根据动滑轮与钢丝绳的倍率关系单边提升钢丝绳分担一半的竖向荷载。
2.提升钢丝绳最大静拉力（Fmax）计算
Fmax=
（GK+GQ）=0.5×（42.4+9.72）
=26.06kN
3.钢丝绳验算
=
=166340N说明：
6倍的实际钢丝绳静拉力小于所选Φ19.5、
6×37的圆股钢丝绳的钢破断拉力总和，国标号GB1102-74。
九、附着支承结构计算
㈠结构说明
附着支承结构由五根导轨、五对可调拉杆、五块挂板、10根穿墙螺栓、10个拉杆座等构成，分别安装于五个标准楼层。
㈡计算说明
使用工况时，附着支承结构有四对可调拉杆附着点同时作用；升降工况时，附着支承结构有五对可调拉杆附着点同时起作用。
按照《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》，分别计算使用和升降工况的承载力，取数值较大值与附着支承结构的构件设计值进行校验。
在提升和下降工况下，提升挂座支承全部架体荷载，提升挂座依靠销轴固定在导轨上，可看作全部荷载由两个附墙点承担。
在使用工况下，架体荷载由限位锁和斜拉钢丝绳承担，可看作全部荷载由四个附墙点承担。
在计算穿墙螺栓时，可看作斜拉钢丝绳独立承载，两个附墙点四根穿墙螺栓承担载荷。
㈢荷载计算
1.荷载标准值计算
使用工况：
恒载GK=42.02kN活荷载GQ=38.88kN
升降工况：
恒载GK=42.4kN活荷载GQ=9.72kN
2.荷载设计值计算
P设使=γoγ1（γGGK+γQGQ）
=0.9×1.3×（1.2×42.02+1.4×38.88）
=122.55kN
P设升=γoγ2（γGGK+γQGQ）
=0.9×2.0×（1.2×42.4+1.4×9.72）
=116kN
显然对于可调拉杆、拉杆座、销轴、导轨的验算来说，升降工况下比使用工况下的承载力更大。
对于穿墙螺栓、垫板、结构的验算，要分别考虑升降和使用两种工况。
㈤可调拉杆验算
选取一处附着支承结构分析，α角选取60°，荷载选用升降工况设计值。
F=P设升/2=116/2=58kN
F1=F×cos30°=58×cos30°=50.23kN
1.调节螺杆验算
①螺纹牙强度验算
调节螺杆螺纹采用梯形外螺纹Tr38×6，螺纹承受轴向剪力。
螺纹抗剪强度：
τ=
=
=13.2N／ｍｍ2〈fv=125N／ｍｍ2
附图8附着支承装置
附图9可调拉杆
式中：
KZ─荷载不均匀系数d／p=38／6=6.33<9，KZ=5p／d=0.79
d1─螺纹小径32
b─螺纹牙根部宽度b=0.65，p=3.9
Z─螺纹圈数7
h─螺纹牙工作高度
②螺杆抗拉计算
σ=
=
=62.49N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
2.支杆强度计算
支杆采用Φ51×4的无缝钢管；截面积A=590ｍｍ2；按Ⅱ型可调拉杆，计算长度l=1150ｍｍ；i=16.68ｍｍ；λ=68.9〈150；
σ=
=
=85.14N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
㈥拉杆座螺栓抗剪计算
一组附着支承结构为4个拉杆座，共有8条M20连接螺栓；
d1=17.294ｍｍ；净截面积A=235ｍｍ2；
τ=
=
=61.7N／ｍｍ2〈fvb=130N／ｍｍ2
㈦可调拉杆销轴抗剪计算
销轴材料：
Q235A；直径：
Φ20
截面积A=314ｍｍ2
τ=
=
=53.44N／ｍｍ2fv=125N／ｍｍ2
㈧穿墙螺栓的验算
P设使=γoγ1（γGGK+γQGQ）
=0.9×1.3×（1.2×42.02+1.4×38.88）
=122.55kN
P设升=γoγ2（γGGK+γQGQ）
=0.9×2.0×（1.2×42.4+1.4×9.72）
=116kN
在使用工况下，可看作斜拉钢丝绳独立承载。
由四根穿墙螺栓承担载荷：
α=arctg500／3600=7.9°
β=arctg1400／3600=21.25°
P=P设使／2=122550/2=61275N
材料Q235A；规格Φ24；小径净截面积A=314ｍｍ2
F设=
=
=31872N（单根斜拉钢丝绳）
P拉=F设×（sinα+sinβ）=15932N
抗剪验算：
τ=
=
=97.58N／ｍｍ2〈fv=125N／ｍｍ2
抗拉验算：
σ=
=
=25.37N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
在升降工况下，要考虑提升钢丝绳偏心承载，由四根穿墙螺栓承担载荷：
提升时，提升钢丝绳的拉力对架体产生附加扭矩，其大小可由下式得到：
α1=arctg9700／128.5=89.24°
α2=arctg495／8400=3.37°
T=116000×
×COS（α1-α2）=70296N.m
上下导轮组产生抵抗扭矩，与T大小相等方向相反。
则计算上导轮组的对导轨的抵抗力为N=T/L=70296/8.7=8080N
提升钢丝绳对导轨的横向拉力N1=P设升×
=1537N
抗剪验算：
τ=
=
=92.36N／ｍｍ2〈fv=125N／ｍｍ2
抗拉验算：
σ=
=
=7.66N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
（九）对砼体挤压力的核算：
提升工况时要求混凝土等级最低为C10，可只考虑上导轮组对导轨进而间接对砼体的抵抗力为：
对混凝土的横向挤压力为
σ1=
=
=0.404N／ｍｍ2〈10N／ｍｍ2
对混凝土的纵向挤压力为
σ2=
=
=1.61N／ｍｍ2〈10N／ｍｍ2
十、导轨计算
导轨处于使用工况时，架体荷载由限位锁、斜拉钢丝绳等构造措施承担，且斜拉钢丝绳将荷载直接传递给建筑结构，因此，使用工况导轨承受荷载小；导轨处于升降工况时，架体荷载全部由导轨承担，因此，此状态导轨受力不利。
此状态的荷载包括架体恒载和作业层（装修施工时）0.5kN／ｍ2的施工荷载。
主要核算在提升状态下，导轮组在导轨上产生的抵抗力，其大小N导=8080N。
两拉杆之间的间距为2.8米。
并且考虑风荷载的影响N风=Wk‘×A=0.31×7.2×16.8=37.5KN。
对于下两导轮组间距L1为705mm，两层拉杆的间距L为2.8m，则每一导轮组受到的抵抗力为N=8080/2+37500/5=11540N。
因此，导轨受到的最大弯矩为
M=N（L/2-L1/2）=11540×（1.4-0.705/2）=12088N．ｍ
抗弯强度计算：
导轨采用12号轻型槽钢
附图10导轨示意图
σ=
=
=209N／ｍｍ2〈f=215N／ｍｍ2
十二、导轮组计算
1.销轴抗剪验算
导轮组销轴材料采用Q235A；直径Φ16；截面积A=200.96ｍｍ2
导轮组是沿导轨导向及防止架体外倾的构件，在架体提升时，导轮组承受水平力，因此，导轮组的销轴要承受剪切应力。
导轮组共安装4个销轴且仅为2个销轴同时承受水平力。
在使用工况导轮组所受最大水平力为F2=8080/2+550×7.2×16.8=20684N
τ=
=
=51.46N／ｍｍ2
附图11导轮组
2.焊缝计算
τf=
=
=49.25N／ｍｍ2式中：
τf：
沿焊缝方向的剪应力
he：
角焊缝有效厚度
0.7hf=0.7×5=3.5ｍｍ
lw：
角焊缝计算长度30ｍｍ
ffw：
角焊缝强度设计值
参考文献
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