工字钢型钢悬挑脚手架计算书.doc2

嘉兴市比德弗生物科技有限公司投资建设的滨江花园工程，位于嘉兴市秀洲区木桥港新村西南角，秀洲大道的东侧，木桥港路的南侧，兴港路的西侧,南侧为河浜。本工程由浙江宏正建筑设计有限公司负责施工图纸设计，核工业金华工程勘察院，大学士工程管理有限公司负责工程监理，正益集团有限责任公司总承包（项目经理：秦根贵、技术负责人：林增斌）。 本工程3#楼为现浇钢筋混凝土框架，地上8层，建筑面积8616㎡ ，建筑高度29.2米；地下一层车库,建筑基础为桩承台筏板基础，建筑面积11359㎡。结构抗震等级为四级，抗震设防烈度6度。考虑到3#楼东面为1#地下室的车道，以及施工工期因素，先根据主体需要采用钢管搭设临时落地式外脚手架进行全封闭施工，等上到三层以后做工字钢悬挑架。。

型钢悬挑扣件式钢管脚手架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)、《建筑施工安全检查评分标准》(JGJ59-2011)、《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91) 以及本工程的施工图纸。

 一、参数信息

1.脚手架参数

双排脚手架搭设高度为 19.2 m，立杆采用单立杆；

搭设尺寸为：立杆的纵距为 1.5m，立杆的横距为1.05m，立杆的步距为1.8 m；

内排架距离墙长度为0.25 m；

大横杆在上，搭接在小横杆上的大横杆根数为 2 根；

采用的钢管类型为 Φ48×3.2； 

横杆与立杆连接方式为单扣件；

连墙件连接方式为单扣件；

2.活荷载参数

施工均布荷载(kN/m2):3.000；脚手架用途:结构脚手架；

同时施工层数:2 层；

3.风荷载参数

本工程地处浙江省嘉兴市秀洲区秀洲大道东侧，基本风压0.45kN/m2；

风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs 为0.214；

4.静荷载参数

每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):0.1248；

脚手板自重标准值(kN/m2):0.300；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.150；

安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:每层；

脚手板类别:竹笆片脚手板；栏杆挡板类别:竹笆片脚手板挡板；

5.水平悬挑支撑梁

悬挑水平钢梁采用16号工字钢，其中建筑物外悬挑段长度1.5m，建筑物内锚固段长度 2.3 m。

锚固压点螺栓直径(mm):20.00；

楼板混凝土标号:C30；

6.拉绳与支杆参数

钢丝绳安全系数为:6.000；

钢丝绳与墙距离为(m):3.300；

悬挑水平钢梁采用钢丝绳与建筑物拉结，最里面面钢丝绳距离建筑物 1.2 m。

 二、大横杆的计算

按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)第5.2.4条规定，大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。将大横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

1.均布荷载值计算

大横杆的自重标准值:P1=0.035kN/m ；

脚手板的自重标准值:P2=0.3×1.05/(2+1)=0.105kN/m ；

活荷载标准值: Q=3×1.05/(2+1)=1.05kN/m；

静荷载的设计值: q1=1.2×0.035+1.2×0.105=0.168kN/m；

活荷载的设计值: q2=1.4×1.05=1.47kN/m；

          图1 大横杆设计荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度)

          图2 大横杆设计荷载组合简图(支座最大弯矩)

2.强度验算

跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。

跨中最大弯距计算公式如下:

    M1max=0.08q1l2 + 0.10q2l2

跨中最大弯距为 M1max=0.08×0.168×1.52+0.10×1.47×1.52 =0.361kN·m；

支座最大弯距计算公式如下:

    M2max=-0.10q1l2 - 0.117q2l2

支座最大弯距为 M2max= -0.10×0.168×1.52-0.117×1.47×1.52 =-0.425kN·m；

选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

σ =Max(0.361×106,0.425×106)/4730=.852N/mm2；

大横杆的最大弯曲应力为 σ=.852N/mm2 小于 大横杆的抗弯强度设计值 [f]=205N/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：

    νmax=(0.677q1l4 + 0.990q2l4)/100EI

其中：静荷载标准值: q1= P1+P2=0.035+0.105=0.14kN/m；

     活荷载标准值: q2= Q =1.05kN/m；

     最大挠度计算值为：ν=0.677×0.14×15004/(100×2.06×105×113600)+0.990×1.05×15004/(100×2.06×105×113600)=2.454 mm；

大横杆的最大挠度 2.454 mm 小于 大横杆的最大容许挠度 1500/150 mm与10 mm，满足要求！

 三、小横杆的计算

根据JGJ130-2001第5.2.4条规定，小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。用大横杆支座的最大反力计算值作为小横杆集中荷载，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。

1.荷载值计算

大横杆的自重标准值：p1= 0.035×1.5=0.053kN；

脚手板的自重标准值：P2=0.3×1.05×1.5/(2+1)=0.158kN；

活荷载标准值：Q=3×1.05×1.5/(2+1) =1.575kN；

集中荷载的设计值: P=1.2×(0.053+0.158)+1.4 ×1.575=2.458kN；

                      小横杆计算简图

2.强度验算

最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和；

均布荷载最大弯矩计算公式如下:

Mqmax=ql2/8

Mqmax=1.2×0.035×1.052/8=0.006kN·m；

集中荷载最大弯矩计算公式如下:

Mpmax=Pl/3

Mpmax=2.458×1.05/3=0.86kN·m ；

最大弯矩 M=Mqmax + Mpmax=0.866kN·m；

最大应力计算值 σ=M / W=0.866×106/4730=183.099N/mm2 ；

小横杆的最大弯曲应力 σ =183.099N/mm2 小于 小横杆的抗弯强度设计值 205N/mm2，满足要求！

3.挠度验算

最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和；

小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:

νqmax=5ql4/384EI

νqmax=5×0.035×10504/(384×2.06×105×113600)=0.024 mm ；

大横杆传递荷载 P=p1 + p2 + Q=0.053+0.158+1.575=1.786kN；

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下:

νpmax=Pl(3l2 - 4l2/9)/72EI

νpmax=1785.6×1050×(3×10502-4×10502/9 ) /(72×2.06×105×113600)=3.135 mm；

最大挠度和 ν=νqmax + νpmax=0.024+3.135=3.159 mm；

小横杆的最大挠度为 3.159 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 1050/150=7与10 mm,满足要求！

 四、扣件抗滑力的计算

按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5):

                         R ≤ Rc    

其中 Rc -- 扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN；

R -- 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

大横杆的自重标准值: P1=0.035×1.5×2/2=0.053kN；

小横杆的自重标准值: P2=0.035×1.05/2=0.019kN；

脚手板的自重标准值: P3=0.3×1.05×1.5/2=0.236kN；

活荷载标准值: Q=3×1.05×1.5 /2=2.362kN；

荷载的设计值: R=1.2×(0.053+0.019+0.236)+1.4×2.362=3.677kN；

R < 8.00kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求！  

 五、脚手架立杆荷载的计算

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容：

(1)每米立杆承受的结构自重标准值，为0.1248kN/m

  NG1=[0.1248+(1.50×2/2)×0.035/1.80]×19.2=2.956kN；

(2)脚手板的自重标准值；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3kN/m2

  NG2= 0.3×4×1.5×(1.05+0.25)/2=1.17kN；

(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15kN/m

  NG3=0.15×4×1.5/2=0.45kN；

(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网:0.005kN/m2

  NG4=0.005×1.5×19.2=0.144kN；

经计算得到，静荷载标准值

  NG=NG1+NG2+NG3+NG4=4.72kN；

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。经计算得到，活荷载标准值

  NQ=3×1.05×1.5×2/2=4.725kN；

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

  N=1.2 NG+0.85×1.4NQ=1.2×4.72+ 0.85×1.4×4.725= 11.287kN；

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

  N'=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.72+1.4×4.725=12.025kN；

六、立杆的稳定性计算

风荷载标准值按照以下公式计算 

Wk=0.7μz·μs·ω0

其中 ω0 -- 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：ω0=0.45kN/m2；

    μz -- 风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：μz= 0.74；

    μs -- 风荷载体型系数：取值为0.214；

经计算得到，风荷载标准值为:

   Wk=0.7 ×0.45×0.74×0.214=0.05kN/m2；

风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 为:

   Mw=0.85 ×1.4WkLah2/10=0.85 ×1.4×0.05×1.5×1.82/10=0.029kN·m；

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/(φA) + MW/W ≤ [f]

立杆的轴心压力设计值 ：N=11.033kN；

不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/(φA)≤ [f]

立杆的轴心压力设计值 ：N=N'= 12.025kN；

计算立杆的截面回转半径 ：i=1.59 cm；

计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得 ： k=1.155 ；

计算长度系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得 ：μ=1.5 ；

计算长度 ,由公式 l0=kuh 确定：l0=3.118 m；

长细比: L0/i=196 ；

轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比 lo/i 的结果查表得到 ：φ= 0.188

立杆净截面面积 ： A=4.5 cm2；

立杆净截面模量(抵抗矩) ：W=4.73 cm3；

钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205N/mm2；

考虑风荷载时

σ=11032.506/(0.188×450)+28849.566/4730=136.507N/mm2；

立杆稳定性计算 σ=136.507N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [f]=205N/mm2，满足要求！

不考虑风荷载时

σ=12024.756/(0.188×450)=142.137N/mm2；

立杆稳定性计算 σ=142.137N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [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

连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz＝0.92，μs＝0.214，ω0＝0.45，

Wk=0.7μz·μs·ω0=0.7 ×0.92×0.214×0.45=0.062kN/m2；

每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw=10.8 m2；

按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)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=0.938kN；

连墙件的轴向力设计值 Nl=Nlw + N0= 5.938kN；

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 l/i=250/15.9的结果查表得到 φ=0.958，l为内排架距离墙的长度；

    A=4.5 cm2；[f]=205N/mm2；

连墙件轴向承载力设计值为 Nf=0.958×4.5×10-4×205×103=88.376kN；

Nl=5.938 < Nf=88.376,连墙件的设计计算满足要求！

连墙件采用双扣件与墙体连接。

由以上计算得到 Nl=5.938小于双扣件的抗滑力 12kN，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250mm，支拉斜杆的支点距离墙体为 1200mm，

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=1.2×4.72 +1.4×4.725=12.025kN；

水平钢梁自重荷载 q=1.2×26.1×0.0001×78.5=0.246kN/m；

                        悬挑脚手架示意图

                        悬挑脚手架计算简图

经过连续梁的计算得到

                        悬挑脚手架支撑梁剪力图(kN)

                        悬挑脚手架支撑梁弯矩图(kN·m)

                        悬挑脚手架支撑梁变形图(mm)

各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为：

R2=15.221kN；

R3=9.761kN；

R4=0.003kN。

最大弯矩Mmax=1.4kN·m；

最大应力σ=M/1.05W+N/A=1.4×106/( 1.05 ×141000)+ 5.535×103/2610=13.223N/mm2；

水平支撑梁的最大应力计算值13.223N/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

    σ=M/φbWx ≤ [f]

其中φb -- 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：

查表《钢结构设计规范》(GB50017-2003)得，φb=1.3

由于φb大于0.6，根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B，得到 φb值为0.85。

经过计算得到最大应力 σ=1.4×106 /( 0.85×141000 )= 13.665N/mm2；

水平钢梁的稳定性计算 σ=13.665 小于 [f]=215N/mm2 ,满足要求！

十、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螺栓，螺栓粘结力锚固强度计算如下

螺栓未受拉力，无须计算，节点按构造做法即可。

2.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:

N ≤ (b2-πd2/4)fcc

其中 N -- 锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向压力，N=9.761kN；

     d -- 楼板螺栓的直径，d=20mm；

     b -- 楼板内的螺栓锚板边长，b=5×d=100mm；

     fcc -- 混凝土的局部挤压强度设计值，计算中取0.95fc=14.3N/mm2；

(b2-πd2/4)fcc=(1002-3.142×202/4)×14.3/1000=138.508kN>N=9.761kN

经过计算得到公式右边等于138.51kN，大于锚固力N=9.76kN，楼板混凝土局部承压计算满足要求！