毕业设计附着式升降脚手架设计.docx

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毕业设计附着式升降脚手架设计

附着式升降脚手架设计

摘要：

近十多年来，落地式外脚手架、吊篮和外挂脚手架因其耗时、耗工、耗材和安全保障及经济性等多方面原因逐渐在建筑工程施工中淘汰，特别是高层、超高层建筑施工中，取而代之的是悬挑脚手架和附着升降脚手架。

但是悬挑脚手架存在反复搭拆的缺点，而附着升降脚手架却较好的克服了这一缺点。

因此，整体提升脚手架、附壁悬空轨道式自升降脚手架、架段间互提升脚手架的研制和使用目前在国内正蓬勃发展。

关键词：

升降脚手架；防坠；智能控制；安全防护；荷载

一、施工工艺技术

1“附着式”外架简介

该外架的附着支撑结构、防坠、防倾融为一体，原理简单、结构合理、安全可靠；同步智能控制系统具有超载、欠载自动报警和停机功能，能保证外架的同步升降；其结果符合JGJ202-2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》的要求，能够从根本上保证施工安全，降低工人劳动强度，并且提高工作效率。

2附着升降脚手架搭设、运行、拆除工艺流程

2.1附着升降脚手架搭设流程图

脚手架安装工艺流程图

2.2附着升降脚手架上运行流程图

2.3附着升降脚手架下运行流程图

2.4附着升降脚手架拆除流程图

二、附着升降脚手架设计

1荷载计算

架体高度12.7米上）,宽度0.9m，最大跨度6米主框架悬臂高度6m，主跳板4层，立杆间距为1.5m，步距1.8m。

13×7.5=97.5㎡＜110㎡。

1.1永久荷载

架体结构自重G1k=5KN

脚手架体自重G2k=g2kHn=0.1248×13×10=16.224KN

构配件自重G3K=0.35×6.75×4=9.45KN

Gk=G1k+G2k+G3k=5+16.244+9.45=30.694KN

1.2施工荷载

主体施工时3KN/m2和两层作业，装修施工时2KN/m2和三层作业，单层作业面积：

7.5×0.9=6.75m2

Qk=3×6.75×2=40.5KN

1.3风荷载

Wk=0.7μzμsW0

基本风压值，取W0=0.550KN/m2

μs=1.3ψ=1.3×0.089=0.1157

μz按B类地区100m的高层建筑施工考虑，取μz=2.1

Wk=0.7μzμsW0

=0.7×2.1×0.1157×0.55=0.0935KN/m2

2底部桁架的计算

2.1各杆件内力计算

脚手杆自重G1k=g1kH=0.1248×13=1.622KN

脚手板自重G2k=0.35×1.5×0.45=0.236KN

恒载Gk=G1k+G2k=1.622+0.236=1.858KN

活载Qk=3×1.5×0.45×2=4.05KN

桁架上弦节点作用力F=1.2Gk+1.4Qk

=1.2×1.858+1.4×4.05=7.9KN

各杆件内力（见附图）

2.2最不利杆件验算

根据计算结果分析，最不利杆件为：

拉杆N1-3=N9-10=20.625KN

压杆NA-1=NB-10=23.7KN（此杆为竖向主框架竖肢）

N4-6=N6-8=19.885KN

N8-9=15.8KN

除压杆NA-1、NB-10外，其余杆件均采用Φ48×3.5钢管制作

（1）拉杆N1-3,N9-10

λ=l0/i=234/1.58=148<300

σ=N/A=20625/489=42N/mm2

（2）压杆N4-6,N6-8

λ=l0/i=150/1.58=95<150,ф=0.626

σ=N/фA=19885/（0.626×489）=65N/mm2

（3）压杆N8-9

λ=l0/i=180/1.58=114,ф=0.489

σ=N/фA=15800/（0.489×489）=66N/mm2

故满足要求。

3竖向主框架的计算

3.1内力计算

按两跨连续梁考虑

（1）使用工况时，主框架悬臂高度6m（考虑主体施工时最上一层结构模板未拆支座未及时安装，安装后悬臂高度为3.6m）

轴心力设计值N=γ0（1.2Gk+1.4Qk）

=0.9×（1.2×30.694+1.4×40.5）=84.18KN

风荷载产生弯矩

qw=0.85×1.4×0.068×6=0.486KN/m

M=qwl2/2=0.486×62/2=8.748KN.m

（2）升降工况时，考虑施工荷载0.5KN/m2，因大风天气不能升降施工，故不考虑风荷载

N’=0.9×（1.2×30.694+1.4×0.5×6.75×2）=41.65KN

Nk’=0.9×（30.694+0.5×6.75×2）=33.7KN

考虑使用工况和升降工况最不利计算

Mmax=8.748KN.m，Nmax=84.18KN

3.2截面尺寸几何特征

A1=2×8.4=16.8cm2,A2=4.89cm2

A=A1+A2=16.8+4.89=21.69cm2

a1=A2×90/A=4.89×90/21.69=20cm

a2=90-a1=90-20=70cm

I1=2×51=102cm4

I1y=2×[11.9+8.4×（2.5+1.36）2]=274.1cm4

I2=I2y=12.19cm4

i1=2.45cm,i1y=√I1y/A1=√274.1/16.8=4.04cm

i2=i2y=1.58cm

Ix=I1+A1a12+I2+A2a22

=102+16.8×202+12.19+4.89×702=30795cm4

ix=√Ix/A=√30795/21.69=37.68cm

W1x=Ix/（20+3.15）=30795/23.15=1330cm3

W2x=30795/（70+2.4）=425cm3

3.3整体稳定计算

σ=N/（ΦA）+βmM/[（1-ΦN/NE）W1x]

λx=l0x/ix=2×600/37.68=31.8

斜缀条面积A1=4.89cm2

λ0x=√λx2+27A/A1=√31.82+27×21.69/4.89=33.6

查表，得Φ=0.907取βm=1.0

NE=π2EA/λox2=3.142×2.06×105×21.69×102/33.62=1242.7KN

σ=N/（ΦA）+βmM/[（1-ΦN/NE）W1x]

=84.18×103/（0.907×21.69×102）+1.0×8.748×106/[（1-0.907×84.18×103/1242.7×103）×1330×103]=50N/mm2

故满足要求。

3.4单肢验算

N1=M/h+a2N/h=8.748/0.9+0.7×84.18/0.9=75.19KN

N2=-M/h+a1N/h=-8.748/0.9+0.2×84.18/0.9=8.99KN

验算肢1（2[6.3]

λmax=l01/i1min=180/2.45=73.5

查表，得φ=0.758

σ=N1/ΦA1=75.19×103/（0.758×16.8×102）=59N/mm2

验算肢2（Φ48×3.5）

λ=l02/i2=180/1.58=114<λ=150

查表，得φ=0.489

σ=N1/ΦA2=8.99×103/（0.489×4.89×102）=38N/mm2

故满足要求。

4附着支座的计算

使用工况时考虑两个附着支座承受竖向荷载。

P=N/2=84.18/2=42.09KN

升降工况考虑一个附着支座受力，并考虑2.0的动力系数

P’=2.0Nk’=2.0×33.7=67.4KN

4.1三角形支座计算

三角形支座斜撑杆为2[6.3]，水平杆为2[8]

（1）斜撑杆N=P，/sinα=67.4/sin450=95.318KN

λ=l0/i=56/2.45=23,Φ=0.938

σ=N/ΦA=95.318/（0.938×1680）=60N/mm2

（2）水平杆N’=Ncosα=95.318×cos450=67.4KN（受拉）

σ=N/A，=67400/（2×1024.8）=33N/mm2

4.2钢梁斜拉支座计算

钢梁为2[8，最长为900mm，斜拉杆为两根Φ22圆钢（Q235）制作的花篮螺栓,水平角度为680。

（1）钢梁N=P’/tgα=67.4/tg680=27.23KN

λ=l0/i=90/3.15=28，Φ=0.906

σ=N/ΦA=27230/（0.906×2049.6）=15N/mm2

（2）单根拉杆承受拉力N=P,/2sinα=67.4/（2×sin680）=36.35KN

Ntb=πde2/4ftb.=3.14×202/（4×170）=53.38KN>N=36.35KN

故满足要求

5主要连接件的计算

5.1穿墙螺栓的计算（M30）

Nv=Tsinα=37.016×sin720=35.204KN

Nt=Tcosα=37.016×cos720=11.439KN

Nc=T=37.016KN

Nvb=nvπd2/4fvb=1×3.14×302/4×130=91.845KN>Nv=35.204KN

Ntb=πde2/4ftb=3.14×27.52/4×170=100.921KN>Nt=11.439KN

Ncb=dΣtfcb=30×10×305=91.5KN>Nc=37.016KN

√（Nt/Ntb）2+（Nv/Nvb）2=√（11.439/100.921）2+（35.204/91.845）2=0.40<1

故满足要求。

5.2导向轮的计算

附着支座承受最大水平拉力（考虑最不利反风向荷载）

R=（qwl2/2+Na1）/3=（0.486×92/2+84.18×0.2）/3=36.519KN

每个支座4个导向轮，每个导向轮轴（Ф25）承受剪力

V=36.519/4=9.13KN

τ=V/A=9130/（3.14×252/4）=19N/mm2

故满足要求。

5.3承重顶撑的计算（M30调节螺栓）

安全考虑一个顶撑承受整个架体竖向荷载（正常使用时是两个顶撑受力），顶撑与主框架承重杆最大角度720

顶撑杆承受轴压力N，=N/sinα=84.18/sin720=88.51KN

Ntb=πde2/4ftb=3.14×27.52/4×170=100.921KN>N，=88.51KN

故满足要求。

6阳台验算

6.1计算依据

根据该类架体的搭设标准及具体施工工程的层高要求，选择跨度最大的架体单元做为验算对象。

但计算跨度Lmax与架体高度H的乘积（Lmax×H）应≤110m2。

如果本段架体满足强度及刚度要求，整个架体即可满足使用。

6.2计算参数及单元架体材料数量

本计算书使用于标准层层高≤3.6m，Lmax≤7.2m的单元架体，本计算书是针对本工程的具体要求取最大值做为计算参数。

具体参数

架体高度H：

8×1.8=14.4m，防护拦杆：

1.8m。

立杆间距：

1.8m。

小横担管间距：

0.9m。

计算跨度Lmax：

7.5m。

Lmax×H=7.5×14.4=108m2＜110m2，满足要求。

钢管规格：

φ48×3.5，单位重量：

3.84kg/m=38.4N/m。

单元架体使用钢管材料

立杆：

12.6×10+5×1.8=135m。

小横杆：

1.3×9×8=93.6m。

大横杆：

7.2×33=237.6m。

桁架斜腹杆：

2.8×16=44.8m。

大剪刀撑：

14.9×2=29.8m。

扣件：

450个,单位重量：

1.5kg/个=15N/个。

6.3静态荷载（G静）

钢管重：

540.8×38.4=20766.7N

扣件重：

450×15=6750N

竹笆重：

（0.9×7.2×8+0.5×7.2×3）×7.5×10=4698N

承重主架重：

3000N/台

安全网重：

16×8.1×0.5×10=648N

恒载合计：

35860N

加静载荷计算系数1.2，计算值为43032N。

6.4施工活荷载

按三个工作层计算，根据规定取2000N/m2

G活=2000×（0.8×7.2×3）=34560N

加施工载荷计算系数1.4，计算值为48384N。

6.5升降作业时无施工荷载。

6.6静止时有施工荷载

由承重底座与承重桁架共同受力

G总=G静+G活=91416N

6.7因每台机位有4根拉杆及穿墙螺栓受力，所以架体在预埋点的自重计算值

G=G总/4=91416÷4=22.85kN

6.8挑梁计算倾覆点至墙外边缘的距离xo计算公式：

当l1≥2.2hb时（弹性挑梁），计算倾覆点至墙外边缘的距离为

xo＝0.3hb

并且xo≤0.13l1。

当l1＜2.2hb时（刚性挑梁），计算倾覆点至墙外边缘的距离为

xo＝0.13l1

式中，l1——挑梁埋人墙体的长度；

xo——计算倾覆点至墙外边缘的距离；

　　　hb——混凝土挑梁的截面高度。

·挑梁抗倾覆荷载

取起有利作用永久荷载分项系数0.8，挑梁抗倾覆力矩设计值：

Mr＝0.8Gr（l2－xo）

式中，Gr——挑梁的抗倾覆荷载

l2——Gr作用点至墙外边缘的距离

抗倾覆验算：

（1）计算倾覆点：

挑梁埋入墙体长度l1＝2000mm>2.2hb＝2.2×370＝8140mm，

则：

倾覆点距墙边距离xo＝0.3hb＝0.3×400＝110mm

（2）计算倾覆力矩：

倾覆力矩由阳台上荷载F1k、g1k、p1k、挑梁自重产生.和架体在预埋点的自重。

Mov＝1.35×[（4＋22.85）×（1.80＋0.11）＋（10＋2.1）×（1.8＋0.11）2/2]＋1.0×6×（1.80＋0.1）2/2

＝1.35×75.73＋1.0×10.83

＝113.07kN·m

（3）计算抗倾覆力矩

Mr＝0.8Gr（l2－xo）

＝0.8×[（12＋2.1）×（2.0―0.110）2/2

＋5.24×2×3×（1―0.110）＋5.24×2×（3―2）

×（1＋2―0.110）＋5.24×22/2×（2/3＋2―0.110）

＋22.8·sin45°×（2.0-0.110）]

＝140.72kN·m

（4）抗倾覆验算

由

（2）、（3）计算结果可知Mr>Mov，阳台梁抗倾覆安全

阳台梁抗弯验算

取最大阳台做验算对象，尺寸为5.1m×1.8m，设计承载力为2.5kN/m2，静载系数为1.4，一个阳台按两个机位计算，升降时由两层阳台同时受力（四条螺栓），使用状态由四层阳台同时受力，所以只需验算升降状态时受弯情况：

1．升降式的受弯情况

W1=（35.86×1.2/4）×1.8=19.36kN·m

2.设计允许的受弯情况

W=（5.4×1.8）×2.5×1.4×1.8/2=28.917kN·m

比较得知W>W1，阳台梁受力安全。

参考文献

[1]《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》　建建〔2000〕230号

[2]《建筑结构荷载规范》　（GB5009-2001）

[3]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》　（GB50018-2002）

[4]《钢结构设计规范》　（GB50017-2003）

[5]《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）

[6]《建筑施工附着升降脚手架管理暂行规定》建建〔2000〕230号

[7]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）

[8]《建筑施工高处作业安全技术规程》（JGJ80-91）

[9]《建筑安装工人安全技术操作规程》

[10]《建筑现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）