爬架计算书.docx

爬 架 计 算 书一、总则本设计计算书对于总高在150m以下的高层建筑施工用YF附着式升降脚手架的使用、升降、坠落工况中的架体结构、附着装置、安全装置的结构强度与刚度、抗倾翻稳定性、零部件强度与运动参数作出的力学、运动学计算。本计算书的计算方法与计算结果亦适应于两跨以上的分段升降脚手架，但不合用于单跨的单片升降脚手架。1、计算所采用的楼层相关信息如下序号项 目内 容1层高2.8-4.8m2砼强度取C203墙体厚度200mm4梁截面尺寸200400(最小)2、材料选用值见A(cm2)I(cm4)W(cm3)i(cm)重量(N/m)f48*3.24.5311.64.801.635.6f48*3.54.8912.195.081.5838.4L70*70*79.424438.592.1473.986.38.455116.32.4666.3810.2510125.33.1580.451012.7519839.73.9510014a18.5256480.55.52145.353、各类材料物理性能指标选用值材料种类弹性模量E（N/mm2）抗拉、抗压和抗弯f（N/mm2）抗剪fv（N/mm2）f48*3.52061032051206.3206103205120M36螺杆206103170140M30螺杆206103170140焊缝（角焊缝）1601604、相关计算参数序号类别项目符号取值备注1架体荷载操作面铺板150N/m2扣件13.2N/个2施工活荷载使用状态同时作业3层时2.0kN/m2升降状态按3层荷载计0.5kN/m23风荷载基本风压w00.4kN/m2风压高度变化系数2.83A类，200m风振系数1.0建筑物体型系数1.3挡风系数f0.817钢板立网5、重要技术参数YF附着式升降脚手架的重要技术参数见下表，架体构造见下图 YF附着升降脚手架的设计重要技术参数表项 目量 纲参 数架体架体单元侧面积m2 110,本工程最大94.5机位最大跨度m 7,按7米计算架体最大高度m 18,按15.7米计算本工程实际搭设13.5m架体宽度m0.9步 距m1.80步 数n 10,按8步计算，本工程实际搭设7步提高机具允许使用荷载kN75额定速度m/min 0.11额定行程m4附着装置允许使用荷载kN75合用层高m2.8 4.5安全装置防坠落安全锁下坠距离mm 80允许使用荷载kN 75防倾覆装 置导向距离m 5防倾装置间距m2.8 h 9.0YF附着式升降脚手架单元结构示意图6、架体组成及荷载标准值7米15.7米,序号项 目计算规格及数量荷载标准值1下节主框架13.9m910N2中节主框架13.6m837N3上节主框架13.6m755N4桁架片立杆8121.5=972N1.5水平弦杆1653.4=854N1.0水平弦杆434.2=136N1.5斜腹杆882.8=662N内外联接杆831.5=252N2876N5附着支座数量60型3284=852N852N-不计6液压千斤顶及下连座468+120=588N588N7架体构架部分7米大横杆数量-27738.4=7257N内侧12.6米立杆-412.638.4=1935N外侧14.4米立杆-413.938.4=2135N1.2米小横杆-5*4=201.238.4=921N1.5米小横杆-5*4=201.538.4=1152N6米剪刀撑-8根 8638.4=1843N3米剪刀撑-4根 4338.4=460N1米帮杆-6根 6138.4=230N15933N8脚手板0.972350=6615N3315N9公寓楼17/18楼层高3.7米10立网住宅的15.7796=10500N10500N11直角扣件21513.2=2838N2838N12对接扣件4718.4=865N865N13旋转扣件4814.6=700N700N桁架静荷载合计4+7+8+9+10+11+12+13=3108231082N单机位静荷载最大值合计34172N7、施工活荷载标准值SQK使用工况:结构施工: SQK = (23)0.97 = 37.8kN装修施工: SQK= (32)0.97 = 37.8kN升降工况: SQK= (20.5)0.97 = 6.3kN坠落工况结构施工: SQK= (20.5)0.97 = 6.3kN装修施工: SQK= (30.5)0.97 = 9.45kN水平风荷载标准值Wk=zzsW0基本风压值，为0.40,取W0=0.40KN/m2,升降工况统一取W0=0.25KN/m2每张单片立网的面积为2.421.5=3.63m2,每张立网上共有23400个直径8mm的小孔。孔面积共计883.14423400=1.18m2则立网的挡风面积=3.63-1.18=2.45 m2挡风系数=2.453.63=0.67(密目安全立网的取值0.8)风荷载体型系数s=1.3=1.30.817=1.06风压高度变化系数z按B类地区150m的高层建筑施工考虑，取z=2.38风振系数z取1Wk=zzsW0=12.381.060.40=0.99KN/m2 (使用工况)Wk=zzsW0=12.381.060.25=0.618KN/m2 (升降工况)沿架体高度方向的风载线荷载为qw1=0.997=6.93KN/m (使用工况) qw2=0.6187=4.33KN/m (升降工况)架体总高度H0 = 16.2(m)时, 跨度7米时，架体的机位静载为 使用工况中： SGK=43.75KN+37.8KN=81.55KN 升降工况中： SGK=43.75KN+6.3KN=50KN 架体的荷载效应组合设计值使用工况中： S=1.234.172KN+1.437.8KN=94KN 使用工况中： S=1.3(1.234.172KN+1.437.8KN)=122KN 升降工况中： SGK=2.0(34.172KN+6.3KN)=80.8KN 二、底部桁架的计算1、各杆件内力计算桁架及其以上部分静荷载Gk=31.1KN施工活荷载标准值Qk=37.8KN桁架上弦单节(1.5米)作用力P5= P2=（1.2Gk+1.4Qk）1.5/(27)= 9.7KN桁架上弦单节(1.0米)作用力P3= P4=（1.2Gk+1.4Qk）/(27)= 6.4KN P1= P6=9.7/2= 4.85KNRa=Rb=(9.72+8.052+4.852)/2=22.6KN 各杆件内力（见附图）2、桁架杆件校核由受力分析图可以看出，则最不利杆件为压杆，出现在两个支座处，为竖向压杆，受力为22.6kN；其二为受拉斜腹杆，受力为23.17kN。杆件N6-7：杆件型号按f483.5钢管计，杆件计算长度L1800mmA489mm2i15.8mm ,xy1800/15.8114,查规范附录A得0.489 压杆稳定性验算如下：单杆整体稳定性验算满足规定杆件二：杆件N6-8杆件型号按f483.5钢管计，杆件计算长度L2343mm,A489mm2抗拉强度：单杆抗拉满足规定三、竖向主框架部分1、计算荷载主框架承受由水平支承桁架传递来的荷载，并加上主框架自重荷载,当架体总高度H0 = 15.7米, 跨度7米时，架体的荷载效应组合设计值：S=122KN (使用工况) 计算主框架独立单元时内外排之间按1:1的比例平均分派。主框架截面示意图主框架是承担架体各种荷载的重要部件,为偏向于安全的简化模式,先计算主框架在风荷载作用下主框架整体稳定,然后将主框架所承担的垂直荷载及风荷载组合到一个主框架单元上进行组合并验算其杆件内力。 主框架立面受力示意图2、验算架体整体稳定计算（受弯悬臂部分）A=16.9+4.89=21.79b=0.9355-0.21=0.7255mI1=250.8cm4=101.6 cm4Iy槽=11.9+(1.36+2.5)2 8.452=137.82=275.6 cm4Iy管=12.18 cm4Iy=275.6+12.18=287.8cm4 Ix=(12.18+72.5524.89)+(101.6+2128.45)=25750+3828=29578 cm4 W1X= cm3 W2X= cm3W1Y= cm3rx= cm ry= cm 按弹性工作阶段计算时x=y=1.0 等效弯矩系数=1.0 压杆的柔度-长细比x= =32.6 压杆的柔度-长细比y= =91 桁架允许长细比=150 双肢缀条结构的换算长细比 0x=35查表得轴心受压构件稳定系数=0.903 M1X=6.9363=125KN.m ( 弯矩最大处在架体悬臂端的根部)实腹式整体架体弯矩作用平面内的稳定验算 主框架架体强度验算满足规定3、主框架单元验算因使用工况下主框架荷载最大,所以取使用工况下的一个进行计算，所有荷载简化为由一个框架单元承受，因主框架是由多个单元构成，单个单元能满足承载规定期，多个单元组合承载能力也能满足承载规定。受力分析简图如左图所示：根据本计算书计算得S=122KN (使用工况) 计算主框架独立单元时内外排之间按1:1的比例平均分派(外排多扶手杆,内排多操作层的悬挑杆)。S外=S内=122KN2=61KN沿架体高度方向的风载线荷载为qw1=6.93KN/m (使用工况)p=6.93KN/m1.8=12.5KN按JGJ202规范4.1.7规定，考虑附加荷载不均匀系数gQ=1.3后：P=12.51.41.3=22.75kN承载验算节点1： ， ， （压）， 节点3： ， （拉）； ， ， （压）压杆校核：杆件型号按f483.5钢管计，杆件计算长度L900mmA489mm2i15.8mmxy900/15.857 l=150查规范附录A得 0.829 满足规定拉杆校核：满足规定四、架体验算1、立杆:外排立杆最大受力为P2=9.7kN，因此只须验算受力最大的外立杆稳定性。钢管参数同上j0.489考虑附加安全系数g1=1.43后：N=1.439.7=13.87kN压杆稳定性验算如下：立杆稳定性验算满足规定2、架体水平杆:架体水平杆按使用工况最大的单层活荷载标准值进行计算,取使用工况下的结构施工,同时作业层数为2层,每层活荷载为3.0KN/m2。单跨内的均布荷载标准值:大横杆38.4N;小横杆38.41.5/(21.5)=19.2N;脚手板3500.9/2=157N .Gk=38.4+19.2+157=214.6N Qk=30000.45=1350N单跨内的均布荷载设计值q=1.2Gk+1.4Qk=1.2214.6+1.41350=2147.5N/mM=1/8 qL2=1/82147.5/100015002=0.6106Nmm则水平杆截面应力如下：满足规定 简支均布荷载水平杆跨中挠度如下：工程力学P397 满足规定五、附墙支座及固定螺栓验算 由前计算结果知，各工况中附着支座的计算荷载如下：（1）使用工况： G = 122KN（2）升降工况： G升=80.8KN只验算使用工况1、三角形支座验算此种支座用6.3槽钢制成，预应力螺纹钢筋作穿墙螺栓，每个支座在F位置上安装两根螺栓,每端各用一个厚螺母固定压紧，F2处螺栓承受剪力。螺栓符合GB/T202352023标准，选用公称直径25mm,基园250.4mm,截面面积为522.2mm2螺纹钢筋，屈服强度810;抗拉强度1020螺栓。-G0.415+Rx0.423=0Ry=G=122KN2F2Rx=0 F2=61KN验算最不利工况：F2处穿墙螺栓的同时承受拉剪力，因此对此螺栓进行验算Nv= Ry =122KNNt= F2=61KNNc= F2=61KNNvb=nvd2/4fvb=13.14252/48100.6=238KNNv=122KNNtb=de2/4ftb=3.14252/41020=500KNNt=61KNNcb=dtfcb=2512550=165KNNc=61KN1故此种螺栓满足规定2、梁式三角形水平支座此种支座用水平两8槽钢制成，预应力螺纹钢筋作穿墙螺栓，每个支座在F位置上安装两根螺栓,每端各用一个厚螺母固定压紧，F1、F2处螺栓承受剪力、拉力。螺栓符合GB/T202352023标准，选用公称直径25mm,基园250.4mm,截面面积为522.2mm2螺纹钢筋，屈服强度810;抗拉强度1020螺栓。-G0.35+Rx0.27=02Ry=G=122KN2F1Rx=0 F1=79KN验算最不利工况：F处穿墙螺栓的同时承受拉剪力，因此对此螺栓进行验算Nv= Ry =122KN/2=61 KNNt= F1=79KNNc= F1=79KNNvb=nvd2/4fvb=13.14252/48100.6=238KNNv=61KNNtb=de2/4ftb=3.14252/41020=500KNNt=79KNNcb=dtfcb=2512550=165KNNc=79KN1故此种螺栓满足规定支座焊缝：水平槽钢与水平槽钢、竖向槽钢与下水平槽钢的焊缝长度：L水平=554+758=820mm; L竖=408+504=520mm承受上述水平荷载时，支座焊缝的应力为：承受上述垂直荷载时，支座焊缝的应力为：水平双8#槽钢的力学示意图如下:水平槽钢为2根8查表得： Wx=25.3cm2, Iz整个截面对X轴的抗弯模量危险截面弯矩：M=79103N(130-35)mm=7505103N.mm最大正应力 此支座的强度满足规定。3、梯形支座验算(3) 有外挑板处剪力墙支座此种支座用两根用45# 、36圆钢材料制成的 M36螺栓安装，拉结附墙支座后，用螺母固定压紧。F2处螺栓承受剪力, 螺栓应力s=335 MPa，此支座斜撑杆为26.3，水平杆为26.3查表得： A=8.451 cm2, Iz=50.8cm4，碳素结构钢的P=100,=304MPa，b=1.12 MPa，s=235 MPa，-G1.6+Rx0.95=0Ry=G=122KN2F2Rx=0 F2=102.75KN斜撑杆N= G/cos=122/cos450=172.5KN(受压) 支座长细比为: =100 此时支座按强度问题计算。=N/A=172500/(2845.1)=102N/mm2f=235N/mm2水平杆N=Ncos=172.5cos450=122KN(受拉)=N/A，=122023/(2845.1)=72.2N/mm2Nv=122KNNtb=de2/4ftb=3.1431.672/4335=264KNNt=102.75KNNcb=dtfcb=3612335=145KNNc=102.75KN1故螺栓满足规定4、拉杆式支座验算(3) 拉杆式支座此种支座后端固定在圈梁上，前端用二根24的拉杆园钢安装成“八”字形拉杆固定在上层圈梁上，受力如上图所示： G2.3=F(2.3-0.18)Sin50Nx=Cos50=111kNNy=Sin50=132.4kNRy=NyG=132.4122=10.4KNRx=Nx=111KN危险截面弯矩：M=122103N180mm=22106N.mm拉杆支座截面尺寸如下图所示:采用二根10#槽钢组焊而成。查表得单根槽钢的惯性矩为Iz=198cm4；Iy=25.6cm4；Wz=39.7 cm3；Wy=7.8 cm3。A=12.748 cm2整个截面对Y、Z轴的惯性矩为：I1=4（I1a2A）=4(4083/12542408）=373cm4I2=2Iz=2198=396 cm4I总=I1+ I2=373+396=769 cm4Iy总=2（Iya2A）=2（25.612.7484.522）=572 cm4抗弯模量危险截面弯矩：M=22106N.mm最大正应力 此支座的抗弯强度满足规定。校核此支座的稳定性：从以上计算可看出：Iz总Iy总,所以稳定性校核Z轴方向。查表得：碳素结构钢的P=100,=304MPa，b=1.12 MPa，s=235 MPa， （ 支座长细比为: 此时支座按强度问题计算。拉杆圆钢面积A=3.14242/4=452.16mm2。单杆拉力： NF/2=172.8/286.4KN单杆拉应力 花蓝螺栓计算： 三根加强圆钢直径：A=3.141623/4=602.88mm2452mm2故不再验算。耳板计算耳板尺寸如图7-1所示A拉 =(80-40) 16=640mm2A剪 =40216=1280mm2 耳板结构简图因下耳板抗拉面积及抗剪面积均小于其它耳板的面积，故选取该耳板进行校核。焊缝验算 所有强度构件的焊缝高度均必须达成6mm 下耳板与螺杆： L=0.7(75-10) 64=1092(mm)2上耳板与螺杆: L=0.7(75-10) 64=1092(mm)2旋转螺母与加强圆钢: L=0.7(40-10) 66=756(mm)2根据焊缝长度决定验算旋转螺母与加强圆钢的焊接处整体焊接强度合格拉杆连接圆销材料45#，调质解决 s=450 Mpa b =700 MPa圆销的结构如图所示：抗弯模量危险截面弯矩：M=864000.518=7.78105N.m 圆销受力结构图最大正应力联接销抗弯强度合格该支座满足使用规定5、阳台板式支座(4) 阳台板式支座假设EI=2线刚度i544转动刚度s16 1612 12分派系数u 01 0.570.43 0固端弯矩MF 36.640 00 0放松1 0-36.64 -18.32放松25.22 10.447.88 0放松3-5.22 -2.61放松40.75 1.491.12放松5-0.75 -0.38放松6 0.220.16杆端弯矩 0 36.64 -36.64 -9.169.16 0支座截面示意图抗弯模量危险截面弯矩：M=36.6106N.mm最大正应力由以上计算结果知，此四种支座满足使用规定。六、提高部分的计算 架体提高点的计算： 架体提高点外由二根6.3号槽钢组焊而成，具体结构尺寸下图所示： 受力示意图 提高点结构简图 弯矩图 由该计算书的前面章节知：F=80.8KN；6.3号槽钢的截面积为A=845.1mm2，将这二根槽钢作为一简支梁来分析，作其受力图。根据受力图可知，该梁的弯矩最大点在C点，并且弯矩发生了突变，所以取C点作为校核点，作弯矩图。mc=Fa=80.8KN1030.15m=12120N.m支座反力：,此弯距大于左侧，按右侧进行验算双槽钢的抗弯模量W=16.3cm32=32.6 cm3最大正应力架体提高点的抗弯强度合格七、防倾导轮部分的计算 在计算导轮装置强度时，以架体处在最不利情况，即架体在导轮轴上产生的最大偏心力以及风荷载所有承受于导轮轴时的水平力，几种力的组合作用。导轮处结构示意图：风荷载在导轮轴上的水平分力：沿架体高度方向的风载线荷载为0.997=6.93KN/m Gf=Fa=6.9315.7m/2=54.4KN （架体在任何状态下都有二组导轮）架体在提高时或固定期的作用点与架体重心不重合，两者距离为0.45+0.1=0.55m,由此可附加产生一个向外倾翻的弯矩，该偏心弯矩： NP1=0.5580.8KN/5.6m=7.93KN (提高工况-三支座提高) NP2=0.55122KN/2.8m=24KN (使用工况-中支座固定，下支座已拆除)导轮验算按最大值54.4KN验算：导轮轴的抗剪面积：A=43.1417.292/4=938.7mm2导轮轴的抗剪应力：剪应力 导轮装置强度合格八、千斤顶与架体联接螺栓的计算千斤顶底座用四个M20螺栓与架体联接,其抗拉强度：底座螺栓强度合格九、固定圆钢验算 材料45#，调质解决 s=450 Mpa b =700 MPa圆钢面积A=3.14322/4=803.84mm2。F=G/2=122KN/2=61KN。剪应力。抗弯模量危险截面弯矩：M=6100025=1.52106N.m最大正应力十、防坠验算防坠落安全装置是依靠锁紧受力板和表面带齿的滚柱与导轨表面接触,运用锥度原理进行防坠锁紧。锁紧与启动依靠机位处是否有承载力来控制，在施工或升降工况中，液压提高机具受载将滚柱拉到滚柱的正常位置，滚柱与导轨间有间隙，脚手架受监护。锁紧阶段：脚手架发生坠落，液压机具承力节杆的荷载从有到无，滚柱在重力作用下进入锁紧受力板和导轨之间的锥形空间，滚柱在自身滚动的前提下向下方运动，滚柱表面的尖齿在水平方向渐咬入导轨及受力板的表面，在垂直方向上与脚手架及滚柱共同向下移动，随着架体从自由落体到架体停止运动，滚柱上尖齿在导轨面和受力板面越咬越深，锁紧也越来越可靠。 此时脚手架架体重量由导轮上四组滚轮、防坠落安全装置底部的四根受力销来承担。的强度与稳定性。y具体防坠器结构及受力分析如图所示。以滚柱为受力体防坠受力板由四根直径20的销子与支座固定,滚柱传递到受力板底部固定销上的水平分力为:固定销的抗剪面积：A=43.1417.292/4=938.7mm2固定销的抗剪应力：剪应力 防坠装置强度合格十一、建筑结构的砼强度验算1、防倾支座处高层建筑的混凝土强度等级为C25，根据圆管全钢架的施工工艺，最上一个防倾支座在圆管全钢架所覆盖4层半楼层的倒数第三层，此时模板刚刚拆除，该层混凝土的龄期此时为2天，按平均温度10计算，此层的混凝土强度已达成标准值的19%，fcu,k=3019%=5.7 N/mm2（抗压），ft= fcu,k/10=0.57 N/mm2 (轴心抗拉强度设计值)因防倾支座重要是承受架体的水平荷载，在使用工况下由3个支座6根穿墙螺栓共同承担水平力；在升降工况最不利情况下由2个支座4根穿墙螺栓承担，且增长一个提高偏心力所产生的水平分力。根据以上分析混凝土具体承受的冲切承载力可按下列公式计算：风荷载作用在单根螺栓上的的水平力为： 使用工况 Gf=Fa/6=(0.99KN/m27m15.7m)/6=18.1KN升降工况 Gf=(0.618KN/m27m15.7m)/6=11.3 KN 偏心提高所产生的单根螺栓上的水平分力NP=（0.45+0.1）80.8KN/6=7.4KN水平力(单根螺栓)总和： 使用工况 N=18.1KN升降工况 N=11.3+7.4=18.7KN (按此工况验算)剪力墙支座,墙厚200mm,h0=20035=165mm。N 0.6ftUmh0 根据下图尺寸得-距局部荷载集中反力作用面积周边h0/2处的周长：Um=4(120+165/2)=810mmN=18.7103N 0.6ftUmh0=0.60.57810165=45.7103N故防倾剪力墙砼强度满足规定2、承重支座处穿墙螺栓孔处混凝土受压状况下图所示，根据规范规定其承载能力应符合下式规定： Nv1.35blfcbd 根据圆管全钢架的施工工艺，承重支座在圆管全钢架所覆盖4层半楼层的倒数第二层，由2根穿墙螺栓固定，按每层施工最快5天计算，此时该层的龄期至少已有10天，按平均温度10计算，此层的混凝土强度已达成标准值的58%，fcu,k=3058%=17.4 N/mm2fc=0.8812fcu,k =0.880.76117.4=11.64 N/mm2Nv/2=122103N/2=61103N1.35blfcbd=1.350.391.7311.6420030=63.6103N 故承重剪力墙砼强度满足规定3、阳台支座板厚120mm,h0=12020=100mm。砼强度等级C15级。N 0.6ftUmh0局部荷载设计值F=18.32KN，（单个螺栓的最大值）砼轴心抗拉强度设计值：ft=0.91N/mm2 根据下图尺寸得-距局部荷载集中反力作用面积周边h0/2处的周长：Um=4(120+100)=880mmF=18.32103N 0.6ftUmh0=0.60.91880100=48103N故楼板砼强度满足规定十二、爬架搭设平台的受力计算本项目爬架用搭设平台采用落地外满架，平台满架底部地面夯实并加设木跳板，每层与结构采用钢管拉结，拉结距离不超过6米，爬架组装并搭设2步后进行附着卸荷，平台的强度规定为3kN/项 目尺寸规定脚手板面水平度控制10-30mm台内缘离墙300mm平台外侧搭设单排防护高度1500mm平台架宽度12001500mm爬架安装平台搭设本项目在第1层搭设安装平台，平台操作面位于2层底板下返200mm。平台离墙距离不大于300mm，平台宽度12001500mm.（详见机位平面布置图）。爬架操作平台双排脚手架承力验算。（1）该平台脚手架采用扣件、钢管48*3.0搭设，立杆纵距1.5m，横距1.0 m，步高1.5m，连墙为三步两跨，即Lv=1.5*3=4.5m,为保证安全，计算时按照6m进行计算，LH=2*1.5=3.0 m,根据本工程地区，风荷载按=300N/m2计。地面粗糙系数按B类考虑。（2）荷载脚手架钢管自重产生的立柱轴向力NGK1步