扣件式脚手架设计.doc
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1、扣件式脚手架设计扣件式脚手架设计1 设计说明 1.1设计依据1.1.1设计目的:通过本次课程设计全面系统地掌握建筑施工安全技术的措施、方法和有关技能,提高分析并解决建筑施工安全生产中的实际问题的能力。掌握脚手架的计算和基本参数,并能够对脚手架进行合理的经济比较,熟悉脚手架的安全管理条例。1.1.2设计参考书籍: 建筑施工安全检查评分标准; 建设工程施工现场供用电安全规范; 施工现场临时用电安全技术规范; 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范。1.2现场情况密集的建筑群城市中心(C类地区),交通便利地形平坦,年平均气温6.8度,最低气温为-15度,最高温度为35度,典型的温带大陆性季风气候,四季
2、分明,风力在六级以下。2 工程概况大同市商务文化中心行政办公业务用房、配套用房工程由行政办公业务用房和配套用房工程组成,其中行政办公业务用房建筑面积102249平方米,地上83244平方米(主楼56615.2平方米,裙房26628.8平方米),地下19005平方米;配套用房建筑面积36015平方米,地上20928平方米,地下15087平方米。商务文化中心行政办公业务用房主楼建筑高度43.2米;主楼地上10层,地下1层;一层层高4.3m,2-9层层高4.1m,10层层高4.7m,女儿墙高度1.4m;建筑耐火等级一级;抗震设防烈度6度;屋面防水等级二级,采用高分子防水卷材,防水层耐用年限15年;地
3、下室防水等级为一级。配套用房工程建筑高度23.85米,地上5层,地下1层;建筑耐火等级一级;抗震设防烈度6度;地下一层4.1m,1-4层高为3.5m,5层层高4.35m,女儿墙为1.4m;屋面防水等级二级,采用高分子防水卷材,防水层耐用年限15年;地下室防水等级为一级。3 脚手架工程设计及搭设参数本工程主楼五层以下采用全封闭双排外落地脚手架,六层以上采用全封闭悬挑双排外脚手架,计划在六层楼面设工字钢悬挑并钢丝绳斜拉结构。 脚手架钢管选用483.5;外挑工字钢选型I16,长度约为3.0米;固定工字钢在楼面上用112和116的圆钢,距外墙边0.2米设置112的钢筋套环,距外墙边1.3米设置116的
4、钢筋套环。立杆纵向间距为1.8米,内立杆距外墙0.35米,外立杆距外墙面为1.4米,大横杆间距为1.5米,小横杆长度为1.5米。脚手架与建筑物的连墙拉结在两步三跨内采用拉撑结合的方式(拉筋用110的钢筋,顶撑用483.5 钢管),或者采用483.5 钢管固定在内立杆上。主楼6-9层的悬挑架的高度4.14=16.4m ,加上10层的高度4.7m,及高出屋面的女儿墙高度1.4m,则悬挑架的总高度为(16.4+4.7+1.4)m=22.5m,故按H=22.5m计算悬挑架荷载,并对水平悬挑梁的强度、刚度、稳定。15层的总高度为20.7m,并对立杆稳定性进行计算与验算。配套用房:立杆纵向间距为1.8米,
5、立杆距外墙0.8米,大横杆间距为1.5米,小横杆长度为1.5米。总高度为23.85m,并对立杆稳定性进行计算与验算。 设计原则:扣件式单排架不宜超过24m,扣件式双排架不宜超过50m,且单排架经济合理。4 脚手架的荷载计算与设计 4.1 主楼脚手架设计4. 1.1计算基数: 计算高度H=22.5m,步距h=1.50m,立杆纵距la=1.80m,立杆横距lb=1.05m,内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m. 钢管自重G1=37.70N/m,栏杆、挡脚板自重G2=160.00N/m,安全立网自重G3=3.40N/m2,安全平网自重G4=4.87N/m2,装饰施工活荷载qk
6、=2000.00N/m2,木脚手板自重G5=350.00kN/m2。4.1.2 脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件): 查扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ302001)附表A-1得:架体每米高度一个立杆纵距的自重 gk1=155.2N/m。NG1K =Hgk1=22.5155.2=3492N4.1.3 构配件自重外立杆木脚手板(按三层考虑)NG2K-1 =3lalbG52=31.051.83502 = 992.25N防护栏杆、挡脚板(按三层考虑)NG2K-2 =3laG2=31.8160 =864N安全网(平网按三层考虑)NG2K-3 =HlaG3+3lalbG
7、4/2=22.51.83.4+31.81.054.87/2=151.51N纵向横杆(搁置脚手板用,按三层考虑)NG2K-4=3lbG1/2=(31.0537.7/2)N=59.38N合计NG2K=(992.25+864+151.51+59.38)N=2067.14N内立杆木脚手板(按三层考虑)NG2K-1 =3lalbG5/2+3lalcG5 =(31.051.8350/2+30.351.8350)N=1653.75N纵向横杆(搁置脚手板用,按三层考虑)NG2K-2 =3lbG1/2+3lcG1=(31.0537.7/2+30.3537.7)N=98.97N合计NG2K = (1653.75+
8、98.97)N=1752.72N4.1.4 施工均布活荷载(按装饰阶段2层同时施工考虑)(1) 外立杆 NQK 外 =2lalbqk/2 =21.81.052000/2=3780N(2) 内立杆 NQK 内 =2lalbqk/2 + 2lalcqk=(3780+21.80.352000)N=6300NNG2K-3 =HlaG3103+3lalbG4103/2=22.51.80.0034103+31.81.050.00487103/2=151.51N4.1.5 垂直荷载组合(不考虑风荷载)外立杆N1=1.2(NG1K + NG2K)+1.4NQK 外=1.2(3492+2067.14)N+1.4
9、3780=11962.97N内立杆N2=1.2(NG1K + NG2K)+1.4NQK 内=1.2(3492+1752.72)N+1.46300=15113.66N4.1.6水平悬挑梁设计本工程水平悬挑型钢梁采用I16,长3.0m,在六层楼面上预埋112、116的圆钢对工字钢进行背焊固定。根据钢结构设计规范(GB50017-2002)规定进行下列计算与验算,计算模型:按照悬挑梁进行计算,验算悬挑梁时,不考虑钢丝绳的承载力,只作为附加安全保险。I16截面特性Wx=141103mm3,惯性距I=1130104mm4自重q=205.13N/m,弹性模量E=206103N/mm2;翼缘宽度b=88mm
10、,翼缘平均厚度=9.9mm,高度h=160mm最大弯矩Mmax=N1ld+N2lc+qh2/2=11962.971.4+15113.660.35+205.131.52/2 =22268.71Nm强度验算= Mmax /(xWx)x-截面发展系数,对I形截面,查表得:x=1.05; Wx-对x 轴的净截面抵抗矩,查表得:Wx=185103mm3;f -型钢的抗弯强度设计值,Q235 钢,取f=205N/mm2。=22268.71103/(1.05185103)N/mm2=114.63N/mm2f=205N/mm2,安全。整体稳定验算根据刚结构设计的规范(GBJ17-88)的规定,轧制普通槽钢受弯
11、要考虑整体稳定问题。按附录一之(二),本悬臂梁跨长1.4米折算成简支梁,其跨度为21.4=2.8米,按下列公式计算整体稳定系数:=(570b/l1h)235/s= 570889.9/(2800160) 235/215 =1.21则悬挑梁弯曲应力为:= Mmax /(Wx)=22268.71103/(1.21141103)=130.52N/mm2f=205N/mm2,安全。刚度验算= N1(lb+lc)3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)3-lc/(lb+lc+100)/6EI+q(lb+lc+100)4/8EIN1、N2-作用于水平悬挑梁上的内、外立杆荷载(KN);E-弹性模量,E=2
12、06103N/mm2;I-钢材的抗弯强度设计值,Q235 钢,取f= 215N/mm2。=N1(lb+lc)3/3EI+N2lc2(lb+lc+100)3-lc/(lb+lc+100)/6EI+q(lb+lc+100)4/8EI=11962.9714003/32.061051130104+15113.66350215002.77/62.061051130104+0.2051315004/82.061051130104=(4.7+0.55+0.06)mm=5.25mm L/250=5.6mm,满足要求。 I16后部锚固钢筋设计锚固钢筋的承载力验算锚固选用116圆钢预埋在平板上,吊环承受的拉力为:
13、N3= Mmax /1.3 =22268.71/1.3 =17129.78N吊环承受的拉应力为:= N/A =17129.78/3.1482=85.24N/mm2=205 N/mm2,满足要求。锚固钢筋的焊缝验算 = F/(lW)F-作用于锚固钢筋上的轴心拉力设计值,F=N3=17155.63N;lW-焊缝的计算长度,取lW=40-10=30mm;-焊缝的计算厚度,取8mm。=17129.78/308=71.37N/mm2=160N/mm2,满足要求。综上所述,当挑梁采用I16时,其强度、挠度、稳定性均符合要求。4.1.7立杆稳定性计算 1. 无风荷载时,立杆稳定性计算:N/(A)fN 计算立
14、杆最大垂直力设计值,取N=N2=15113.66N;轴心受压构件的稳定系数,根据长细比查(JGJ1302001)附录C 表C 取值,根据第5.3.3 条规定:立杆计算长度 l0=kh=1.1551.5150=260cm,长细比= l0/i(钢管回转半径)= 260/1.59=163.52,查附录C,=0.2635,A立杆的截面面积,查本规范附录B表B采用:A=506mm2。立杆稳定性计算:N/(A)=15113.66/(0.2635506)=113.35N/mm2f=205N/mm2,安全。2在风荷载作用下,立杆稳定性计算:N/(A)+MW/WfMW由风荷载设计值产生的弯矩,按本规范(5.3.
15、4)式计算;W 钢管立杆的截面模量,查附录B 表B:W=5.26cm3;由风荷载产生的弯矩计算水平风荷载标准值k=zs0z风压高度变化系数,查建筑结构荷载规范(GBJ9):C类地区,脚手架最高处43.2m,查表得:z=1.168;s脚手架风荷载体型系数,按本规范4.2.4 规定采用,查表得:敞开式脚手架的挡风面积为1.51.80.09 =0.243m2,密目网的挡风系数取0.8,则在脚手架外立杆里侧满挂密目网后,脚手架综合挡风面积为:(1.51.8-0.243)0.8+0.243=2.21m2其综合挡风系数为=2.21/(1.51.8)=0.82根据规范查表4.2.4,背靠开洞墙、满挂密目网的
16、脚手架风载体型系数为1.3,即:s =1.30.82=1.066;0基本风压。根据建筑结构荷载规范(GBJ9)规定:0=0.45k=1.1681.0660.45=0.56KN/m2由风荷载产生的弯矩计算MW = 0.91.4k la h2/10 = 0.91.40.521.81.52/10=0.27KN.m立杆稳定性计算N/(A)+MW/W =113.35+0.27106/(5.26103)=164.68N/mm2f=205 N/mm2,安全。4.1.8连墙件计算连墙构造对外脚手架的安全至关重要,必须引起高度重视,确保架体稳固。连墙拉筋用110钢筋拉到剪力墙上,顶撑用483.5 钢管,水平距离
17、5.4m,竖向距离为3m。由风荷载产生的连墙件轴向力设计值:N1w=1.4k Aw=1.40.5635.4=12.7KN连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力N0,对双排脚手架取5.0KN,连墙件轴向力设计值 Nl=N1w+N0=12.7+3=15.7KN110拉筋的承载力:N=fys=2103.1452=16.485KNN1w=15.70KN,所以连墙件拉筋用110筋满足要求。根据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范可知,一个直角或旋转扣件的抗滑设计值为8.00KN。由此可见,在两步三跨内采用483.5 钢管固定在内立杆上,同时每个结点需要两个直角或旋转扣件同时工作(也就是每个结点的抗滑力
18、满足16.00 KN)。4.1.9五层以下脚手架的荷载计算与设计 1计算基数:一层4.3m,2-5层是4.14=16.4m,总高度H=20.7m。计算高度H=20.7 m,步距h=1.5m,立杆纵距la=1.8m,立杆横距lb=1.05m,内立杆至墙距 lc=0.35m,外立杆至墙距ld=1.40m.钢管自重G1=37.70N/m,栏杆、挡脚板自重G2=160N/m,安全立网自重G3=3.40N/m2,安全平网自重G4=4.87N/m2,装饰施工活荷载qk=2000.00N/m2,木脚手板自重G5=350.00kN/m2。脚手架结构自重(包括立杆、纵、横水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件):查扣件
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