悬挑架方案.docx

1、悬挑架方案高层建筑悬挑式钢管脚手架设计计算方案示例1、概述根据现行脚手架设计规范，当建筑物高度超过50m时，落地搭设的扣件式钢管脚手架就不能满足要求了。此时，可以用悬挑架分段搭设的办法来解决。悬挑架的种类一般有：三角形钢架、斜撑钢管加吊杆、下撑式挑梁钢架、挑梁加吊杆、挑梁等。各类悬挑架的设计计算分两部分，一部分为架体的设计，第二部分为悬挑架部分的设计。本文介绍第二部分的设计。悬挑架的主要构件为钢梁，应按钢结构设计规范（GB50017-2003）进行设计，包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度、整体稳定性、挠度和端部锚固连接强度等验算。钢梁的设计计算步骤和公式如下：1.1、抗弯强度式中 Mx,My

2、-绕x轴和y 轴的弯矩（对于工字形截面，x 轴为强轴，y 轴为弱轴，单位为N.mm4）;Wnx,Wny-对x 轴和y 轴的截面抵抗矩（mm3）;x, y-截面塑性发展系数：对于工字形截面，x=1.05, y=1.20；对于箱形截面，x=1.05, y=1.05；对其他截面可按钢结构设计规范GB50017-2003表5.2.1 采用；f-钢材的抗弯强度设计值（N/mm2）1.2、抗剪强度式中 V-计算截面沿腹板平面作用的剪力（N）;S-计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩（mm3）；I-毛截面积惯性矩；tw-腹板厚度；fv-钢材抗剪强度设计值（N/mm2）。1.3、腹板边缘局部强度验算1.3.

3、1、局部承压强度式中 F-集中荷载（N）；-集中荷载增大系数，此处=1.0；lz-集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度（mm），按下式计算：lz=a+5hy（a-集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，hy-梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离，单位均为mm）。f-钢材的抗压强度设计值（N/mm2）。1.3.2、折算应力在某些情况下，比如在梁的同一部位有较大的弯曲应力剪应力和局部压应力c时，应按最大形状改变能量强度理论计算折算应力eq满足要求。规范计算公式为：式中、c为腹板计算高度边缘同一点上同时产生的弯曲正应力、剪应力和局部压应力，按材料力学公式计算。11=1.1(、c同号或有一为零时)1=1.2

4、（、c异号时）1.3.3、整体稳定式中 Mx-绕强轴作用的最大弯矩（N.mm）；Wx-按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩（mm3）；b-梁的整体稳定性系数。按钢结构设计规范GB50017-2003 附录B 确定。1.3.4、挠度式中 v-挠度v-容许挠度，悬挑受弯杆件，v=l/400（按建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程JGJ130-2001 规定选用）。2、计算示例2.1、脚手架搭设参数例如某高层建筑总高H=88m，标准层高3.0m，在离地面高度为19.6m 处开始，分段搭设悬挑脚手架，分段高度为18m，立杆横距lb=1.05m，内立杆离墙距离0.25m，立杆纵距la=1.5m，步距h=1.8

5、m，每段脚手架10 步，连墙件按二步三跨设置，同时作业层数为1层，活荷载Qk=3.0KN/，竹笆脚手片，每段满铺4 步。脚手架钢管采用483.5mm，悬挑梁采用16 号工字钢，悬挑长度为l=1.40m。2.1.1、483.5 钢管，截面性质如下：截面面积 A=489mm2截面惯性距 I=1.219105mm4截面模量 W=5.08103 mm3弹性模量 E=2.06105N/mm2回转半径 i=15.8mm抗压、抗弯强度设计值f=205N/mm22.1.2、16 号工字钢，截面性质如下：截面面积 A=2611mm2腹板厚度 tw=6mm截面惯性距 Ix=1.127107mm4截面模量 Wx=1

6、.409105 mm3弹性模量 E=2.06105N/mm2回转半径 ix=65.7mm iy=18.9mm半截面面积矩Sx=8.08104 mm3梁自重 q=0.205KN/m抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2抗剪强度设计值fv= 125N/mm22.1.3、其他设计参数基本风压值0=0.45 kN/m2。采用密目式安全立网，全封闭2.2、荷载标准值计算2.2.1、结构自重标准值g1k=0.1248kN/m （按双排脚手架查JGJ130-2001）2.2.2、竹脚手片自重标准值：g2k=0.35kN/m2 （查JGJ130-2001 得到）2.2.3、施工均布活荷载：qk=3 kN/m

7、2 （查JGJ130-2001 得到）2.2.4、风荷载标准值式中 z风压高度变化系数，查建筑结构荷载规范，地面粗糙度类别C类，并用插入法得37.6 米为1.10s脚手架风荷载体型系数，密目式立网的挡风系数计算，目前规范提供的计算依据不足。哈尔滨建筑工程学院研究结果表明：对于网目密度不低于800 目/100cm2 的密目网，挡风面积与迎风面积比值为An/Aw=0.54 （ 含脚手架钢管挡风面积） ， 挡风系数=1.2An/Aw=1.20.54=0.648。式中：An 为挡风面积；Aw 为迎风面积。（引自建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算）因此（JGJ130-2001规范公式）则2.3、内力计算

8、纵向水平杆、横向水平杆、立杆、连墙杆的强度、变形、稳定性验算根据落地式扣件钢管脚手架设计规范进行，具体计算见。现就悬挑梁的验算过程详述如下：2.3.1、计算简图简化为悬臂梁结构，如图所示：2.3.2、内力计算1）每根立杆轴向力设计值N按规范公式计算：式中：NG1k为脚手架结构自重标准值产生的轴向力NG2k为构配件自重标准值产生的轴向力(包括竹脚手片、栏杆与挡脚板、安全网)，分别计算如下：竹脚手片自重标准值：0.351.51.34/2=1.365 kN（全高满铺4 层）栏杆与木挡脚板自重标准值：0.141.510/2=1.05 KN（共10 层）安全网自重标准值：0.011.518/2=0.13

9、5KN（取立网自重0.01KN/m2）所以NG2K=1.365+1.05+0.135=2.550KNNQk为施工荷载标准值产生的轴向力总和，作业层数n1=1NQk=13.01.051.5/2=2.363KN从而可得每根立杆轴向力设计值NN= 1.2(NG1k+NG2k)+1.4NQk=1.2(2.246+2.55)+1.42.363=9.063 KN2）钢梁自重q=1.20.205=0.246 KN/m3）内力计算Qmax=9.0632+0.2461.4=18.47KNMmax=9.0631.4+9.0630.35+0.2461.42/2=16.101KN.m2.4、钢梁截面验算1）抗弯强度=

10、161.01/1.051.409=108.8f=215N/m2满足要求。2）抗剪强度=18.478.08/1.1276fv=125N/m23）腹板边缘强度验算i、局部承压强度在集中荷载或支座处，腹板边缘的局部压应力可能会超过钢材抗压强度，因此应进行验算。对悬臂梁验算支座处局部承压强度。设支座长度a=30mm（有算例取30mm），hy=9.9+8.0=17.9mm(查工字钢截面特性表可得)，则lz=a+5 hy=30+517.9=119.5mm，查规范得=1，则：c=118470/6119.5=25.76f=215N/M2ii、折算应力得=1.6101/1.127（80-17.9）=88.7N/

11、mm2=18.476.63/（1.1276）=18.11 N/mm2c=118470/6119.5=25.76 N/mm2eq=85.03 N/mm21f=1.1215=236.5 N/mm2满足要求。注意：从上面的计算结果来看，对悬臂梁情况，折算应力比局部压应力要大得多。因此，腹板边缘局部强度验算，应验算折算应力满足要求，而不是局部承压强度的验算。4）整体稳定性i、先计算整体稳定系数b按钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B.4 进行计算。梁的自重荷载很小，跨内有两个集中荷载作用，但自由端的集中荷载对量的整体稳定性起主要作用。由于式中 为两整体稳定计算参数l1为梁的受压翼缘自有长度

12、b1为梁的受压翼缘宽度t1为梁的受压翼缘厚度h梁高代入数据，得=1.400.0099/（0.0880.160）=0.984因此，查钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B.4，得b=0.21+0.67=0.21+0.670.984=0.870式中的各个符号的含义见规范，其数值计算如下：y=l1/iy=1400/18.9=74.074 A=2611mm2h=160mm t1=9.9mmb=0 fy=235N/mm2代入上式，得b=2.93b=1.07-（0.282/b）=0.947ii、则整体稳定验算=16101/（0.974140.9）=117.3f=215N/m22.4.2、挠度悬臂

13、梁的挠度可以从有关静力计算手册中查到。集中力作用下挠度：均布荷载作用下挠度：所以V=90633502/（2.061.1271012）（31400-350）+90633502/（2.061.1271012）（31400-1400）+0.24614004/（82.061.1271012）=3.231mm=v=1400/400=3.5mm。满足要求。2.5、钢梁埋入设计钢梁一端悬挑，另一端为了取得梁的平衡，要进行平衡措施设计。一般实用上采用两种方法解决，一是埋入钢筋混凝土墙或柱（如图所示），二是采用悬挑梁后端部分穿入预埋楼板的钢筋环内（如图所示）。采用埋入法，一般埋入长度为500mm，沿挑梁垂直方向

14、穿2 根25 圆钢作锚筋，锚筋的作用是承担水平方向的作用力（如风荷载）。许多悬挑外架的作法是：型钢用16 号槽钢，每4 层一挑，挑梁头部用钢丝索向上斜拉，这时钢丝索的拉力在水平方向的分力，就需要圆钢锚筋来承担，锚筋抗剪，根数要计算确定。抗剪能力的计算只能是近似的，实践和计算表明，2 根25 圆钢锚筋在钢丝索斜拉情况下安全度也是足够的。采用悬挑梁后端穿入预埋楼板的钢筋环内的作法，要验算钢筋环的强度。计算简图如下图所示，根据梁的平衡可以求出梁传给钢筋环垂直作用力R。为简便起见，忽略R，对O取矩，则R=9.036（1.05+0.35）+0.2461.51.5/2/1.3=9.944KN钢筋环的水平锚固段埋于楼板的下皮钢筋之下，以便可靠锚固。假定锚固不会失效，钢筋环的破坏形式要么被拉断要么被剪断，钢筋的抗强度大于抗剪强度，因此，只要验算抗剪强度。剪切面的剪应力为=9944/（3.1477）=64.6N/mm2 f=125N/mm2抗剪强度满足要求。实际施工时，每根钢梁预埋3 个钢筋环，末端2 个，间距一般为250mm左右，以能够在钢梁与钢筋环之间楔入木楔子为准。