悬挑架计算书.doc

4#楼工字钢悬挑脚手架计算书参照5#楼的批注

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》(JGJ130-2001)、《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》(JGJ59-99)、《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 11 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1m，立杆的步距为1.5 m；
内排架距离墙长度为0.40 m；
小横杆在上，搭接在大横杆上的小横杆根数为 2 根；
采用的钢管类型为 Φ48×3.5；
横杆与立杆连接方式为单扣件；取扣件抗滑承载力系数 1.00；
连墙件布置取两步三跨，竖向间距 3 m，水平间距4.5 m，采用扣件连接；
连墙件连接方式为双扣件；
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
本工程地处辽宁沈阳市，查荷载规范基本风压为0.550kN/m2，风荷载高度变化系数μz为1.000，风荷载体型系数μs为1.128；
计算中考虑风荷载作用；
4.静荷载参数
每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):0.1394；
脚手板自重标准值(kN/m2):0.350；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.140；
安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:3 层；
脚手板类别:木脚手板；栏杆挡板类别:栏杆、木脚手板挡板；
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 2.5 m。
与楼板连接的螺栓直径(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):2.400；
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 1.4 m。
二、小横杆的计算
小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。
按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。
1.均布荷载值计算
小横杆的自重标准值: P1= 0.038 kN/m ；
脚手板的荷载标准值: P2= 0.35×1.5/3=0.175 kN/m ；
活荷载标准值: Q=3×1.5/3=1.5 kN/m；
荷载的计算值: q=1.2×0.038+1.2×0.175+1.4×1.5 = 2.356 kN/m；

小横杆计算简图
2.强度计算
最大弯矩考虑为简支梁均布荷载作用下的弯矩，
计算公式如下:

最大弯矩 Mqmax =2.356×12/8 = 0.295 kN.m；
最大应力计算值 σ = Mqmax/W =57.974 N/mm2；
小横杆的最大弯曲应力 σ =57.974 N/mm2 小于 小横杆的抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2，满足要求！
3.挠度计算:
最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度
荷载标准值q=0.038+0.175+1.5 = 1.713 kN/m ；

最大挠度 ν = 5.0×1.713×10004/(384×2.06×105×121900)=0.888 mm；
小横杆的最大挠度 0.888 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 1000 / 150=6.667 与10 mm，满足要求！
三、大横杆的计算:
大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，小横杆在大横杆的上面。
1.荷载值计算
小横杆的自重标准值: P1= 0.038×1=0.038 kN；
脚手板的荷载标准值: P2= 0.35×1×1.5/3=0.175 kN；
活荷载标准值: Q= 3×1×1.5/3=1.5 kN；
荷载的设计值: P=(1.2×0.038+1.2×0.175+1.4×1.5)/2=1.178 kN；

大横杆计算简图
2.强度验算
最大弯矩考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的弯矩和。

均布荷载最大弯矩计算:M1max=0.08×0.038×1.5×1.5=0.007 kN.m；
集中荷载最大弯矩计算公式如下:

集中荷载最大弯矩计算:M2max=0.267×1.178×1.5= 0.472 kN.m；
M = M1max + M2max = 0.007+0.472=0.479 kN.m
最大应力计算值 σ = 0.479×106/5080=94.236 N/mm2；
大横杆的最大应力计算值 σ = 94.236 N/mm2 小于 大横杆的抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2，满足要求！
3.挠度验算
最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与小横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和,单位:mm；
均布荷载最大挠度计算公式如下:

大横杆自重均布荷载引起的最大挠度：
νmax= 0.677×0.038×15004 /(100×2.06×105×121900) = 0.052 mm；
集中荷载最大挠度计算公式如下:

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度：
小横杆传递荷载 P=（0.038+0.175+1.5）/2=0.857kN
ν= 1.883×0.857×15003/ ( 100 ×2.06×105×121900) = 2.168 mm；
最大挠度和：ν= νmax + νpmax = 0.052+2.168=2.221 mm；
大横杆的最大挠度 2.221 mm 小于 大横杆的最大容许挠度 1500 / 150=10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，按照扣件抗滑承载力系数1.00，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(规范5.2.5):
R ≤ Rc
其中 Rc -- 扣件抗滑承载力设计值,取8.00 kN；
R -- 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；
小横杆的自重标准值: P1 = 0.038×1×2/2=0.038 kN；
大横杆的自重标准值: P2 = 0.038×1.5=0.058 kN；
脚手板的自重标准值: P3 = 0.35×1×1.5/2=0.262 kN；
活荷载标准值: Q = 3×1×1.5 /2 = 2.25 kN；
荷载的设计值: R=1.2×(0.038+0.058+0.262)+1.4×2.25=3.58 kN；
R < 8.00 kN，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0.1394kN/m
NG1 = [0.1394+(1.00×2/2)×0.038/1.50]×11.00 = 1.815kN；
(2)脚手板的自重标准值；采用木脚手板，标准值为0.35kN/m2
NG2= 0.35×3×1.5×(1+0.4)/2 = 1.102 kN；
(3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用栏杆、木脚手板挡板，标准值为0.14kN/m
NG3 = 0.14×3×1.5/2 = 0.315 kN；
(4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网；0.005 kN/m2
NG4 = 0.005×1.5×11 = 0.082 kN；
经计算得到，静荷载标准值
NG =NG1+NG2+NG3+NG4 = 3.315 kN；
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= 3×1×1.5×2/2 = 4.5 kN；
风荷载标准值按照以下公式计算

其中 Wo -- 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：
Wo = 0.55 kN/m2；
Uz -- 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：Uz= 1 ；
Us -- 风荷载体型系数：取值为1.128；
经计算得到，风荷载标准值
Wk = 0.7 ×0.55×1×1.128 = 0.434 kN/m2；
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N = 1.2NG+1.4NQ= 1.2×3.315+ 1.4×4.5= 10.278 kN；
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 = 1.2×3.315+ 0.85×1.4×4.5= 9.333 kN；
风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 为
Mw = 0.85 ×1.4WkLah2/10 =0.850 ×1.4×0.434×1.5×
1.52/10 = 0.174 kN.m；
六、立杆的稳定性计算:
不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算公式为：

立杆的轴向压力设计值 ：N = 10.278 kN；
计算立杆的截面回转半径 ：i = 1.58 cm；
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得 ：k = 1.155 ；当验算杆件长细比时，取块1.0；
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得 ：μ = 1.5 ；
计算长度 ,由公式 lo = k×μ×h 确定 ：l0 = 2.599 m；
长细比 Lo/i = 164 ；
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比 lo/i 的计算结果查表得到 ：φ= 0.262 ；
立杆净截面面积 ： A = 4.89 cm2；
立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 5.08 cm3；
钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；
σ = 10278/(0.262×489)=80.223 N/mm2；
立杆稳定性计算 σ = 80.223 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

立杆的轴心压力设计值 ：N = 9.333 kN；
计算立杆的截面回转半径 ：i = 1.58 cm；
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得 ： k = 1.155 ；
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得 ：μ = 1.5 ；
计算长度 ,由公式 l0 = kuh 确定：l0 = 2.599 m；
长细比: L0/i = 164 ；
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= 0.262
立杆净截面面积 ： A = 4.89 cm2；
立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 5.08 cm3；
钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；
σ = 9333/(0.262×489)+174417.705/5080 = 107.181 N/mm2；
立杆稳定性计算 σ = 107.181 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/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
风荷载标准值 Wk = 0.434 kN/m2；
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw = 13.5 m2；
按《规范》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= 5.000 kN；
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 = 8.208 kN；
连墙件的轴向力设计值 Nl = Nlw + N0= 13.208 kN；
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 = 400/15.8的结果查表得到 φ=0.933，l为内排架距离墙的长度；
又： A = 4.89 cm2；[f]=205 N/mm2；
连墙件轴向承载力设计值为 Nf = 0.933×4.89×10-4×205×103 = 93.529 kN；
Nl = 13.208 < Nf = 93.529,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 = 13.208小于双扣件的抗滑力 16 kN，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1000mm，内排脚手架距离墙体400mm，支拉斜杆的支点距离墙体为 1400mm，
水平支撑梁的截面惯性矩I = 1130 cm4，截面抵抗矩W = 141 cm3，截面积A = 26.1 cm2。
受脚手架集中荷载 N=1.2×3.315 +1.4×4.5 = 10.278 kN；
水平钢梁自重荷载 q=1.2×26.1×0.0001×78.5 = 0.246 kN/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：
R[1] = 12.666 kN；
R[2] = 8.986 kN；
R[3] = -0.112 kN。
最大弯矩 Mmax= 2.239 kN.m；
最大应力 σ =M/1.05W+N/A= 2.239×106 /( 1.05 ×141000 )+
10.278×103 / 2610 = 19.058 N/mm2；
水平支撑梁的最大应力计算值 19.058 N/mm2 小于 水平支撑梁的抗压强度设计值 215 N/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

其中φb -- 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：

φb = 570 ×9.9×88× 235 /( 1400×160×235) = 2.22
由于φb大于0.6，查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B，得到 φb值为0.943。
经过计算得到最大应力 σ = 2.239×106 /( 0.943×141000 )= 16.84 N/mm2；
水平钢梁的稳定性计算 σ = 16.84 小于 [f] = 215 N/mm2 ,满足要求!
十、拉绳的受力计算:
水平钢梁的轴力RAH和拉钢绳的轴力RUi按照下面计算

其中RUicosθi为钢绳的 拉力对水平杆产生的轴压力。
各支点的支撑力 RCi=RUisinθi
按照以上公式计算得到由左至右各钢绳拉力分别为：
RU1=14.664 kN；
十一、拉绳的强度计算:
钢丝拉绳(支杆)的内力计算：
钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU均取最大值进行计算，为
RU=14.664 kN
选择6×19钢丝绳,钢丝绳公称抗拉强度1700MPa，直径14mm。

其中[Fg]-- 钢丝绳的容许拉力(kN)；
Fg -- 钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN)，查表得Fg＝123KN；
α -- 钢丝绳之间的荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61钢丝绳分别取0.85、0.82和0.8。α＝0.85；
K -- 钢丝绳使用安全系数。K＝6。
得到：[Fg]=17.425KN>Ru＝14.664KN。
经计算，选此型号钢丝绳能够满足要求。
钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环强度计算
钢丝拉绳(斜拉杆)的轴力RU的最大值进行计算作为拉环的拉力N，为
N=RU=14.664kN
钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环的强度计算公式为

其中 [f] 为拉环受力的单肢抗剪强度，取[f] = 50N/mm2；
所需要的钢丝拉绳(斜拉杆)的拉环最小直径 D=(14664×4/3.142×50) 1/2 =20mm；
十二、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钢筋拉环，拉环强度计算如下：
水平钢梁与楼板压点的拉环受力 R=0.112 kN；
水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为:

其中 [f] 为拉环钢筋抗拉强度，按照《混凝土结构设计规范》10.9.8条[f] = 50N/mm2；
所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径 D=[111.933×4/(3.142×50×2)]1/2 =1.194 mm；
水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上锚固长度。
2.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：
锚固深度计算公式:

其中 N -- 锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向拉力，N = 0.112kN；
d -- 楼板螺栓的直径，d = 20mm；
[fb] -- 楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，计算中取1.43N/mm2；
[f]-- 钢材强度设计值,取215N/mm2；
h -- 楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到 h 要大于
111.933/(3.142×20×1.43)=1.246mm。
螺栓所能承受的最大拉力 F=1/4×3.14×202×215×10-3=67.51kN
螺栓的轴向拉力N=0.112kN 小于螺栓所能承受的最大拉力 F=67.51kN，满足要求！
3.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:

其中 N -- 锚固力，即作用于楼板螺栓的轴向压力，N = 8.986kN；
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；
经过计算得到公式右边等于138.51 kN，大于锚固力 N=8.99 kN ，楼板混凝土局部承压计算满足要求!