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爬架计算书091130

DM-01型导轨框架式爬架

计算书

一、计算书名词含义

1、竖向主框架：

用于承受脚手架上的荷载并与附着支承装置连接，将荷载

传递到建筑物结构上的焊接及螺栓联接而成的竖向框架。

2、水平支承框架：

支承在两个相邻竖向主框架之间，并将所承受的架体竖

向荷载传递给竖向主框架的空间桁架或框架。

3、附着支承装置：

附着在建筑结构上与脚手架架体连接，在升降、使用过

程中，承受脚手架架体荷载的支承结构。

4、支承跨度：

相邻两竖向主框架轴线之间的水平距离。

5、脚手架高度：

脚手架架体底面至架体顶端，不包括防护栏杆（围挡）高

度的距离。

6、防坠装置：

架体在升降和使用过程中防止脚手架架体坠落的装置。

7、防倾装置：

在升降和使用过程中，防止脚手架架体倾覆的装置。

二、荷载规定和计算系数

1.荷载规定

（1）恒载：

包括搭设架体的钢管和扣件、竖向主框架、水平支承框架、作业层脚手板、安全网、轨道以及固定于架体上的设备等传给附着支承点的全部材料、构配件、器具的自重。

（2）活荷载（施工荷载）：

架体在工作状态下，结构施工时，按两层荷载（每层3ＫN／ｍ2）计算；装修施工时，按三层荷载（每层2ｋN／ｍ2）计算；架体在升降状态下，施工活荷载按每层0.5ｋN／ｍ2计算。

（3）风荷载：

风压标准值按照《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》计算确定。

挡风面积按挡风材料、杆件的实际挡风面积计算。

2.计算系数

（1）结构重要性系数γo取0.9;动力系数γd取1.05

（2）恒载分项系数γG取1.2；活荷载分项系数γQ取1.4

（3）组合风荷载时的荷载组合系数ψ取0.85

（4）荷载变化系数γ1取1.3;γ2取2.0;

（5）竖向主框架和水平支承框架

压杆λ≤150拉杆λ≤300

单一系数法复核时，其安全系数k值

对于强度设计时：

k≥1.5

对于稳定性设计时：

k≥2.0

（6）吊索和绳索的安全系数k≥6.0

三、计算方法与计算依据

1.计算方法

本《计算书》中“竖向主框架”、“水平支承框架”、“附着支承装置”等按照“概率极限状态设计法”进行计算。

按承载极限状态设计的荷载值取设计值；按使用极限设计的承载值取标准值。

防坠装置、吊具、索具按“容许应力设计法”进行设计计算，取强度容许值。

计算荷载的传递过程

架体荷载→水平支承框架→竖向主框架→附着支承装置→建筑结构

有些安全措施是由水平支承框架直接传递给建筑物或者通过竖向主框架直接传递给建筑结构。

2.计算及设计参考规范及手册

《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）、《附着升降脚手架管理暂行规定》、《扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2002）、《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）、《机械设计手册》、《起重机设计手册》。

四、DM-01型导轨框架式爬架结构分类及特点

DM-01型导轨框架式爬架结构包括几大部分组成：

1、架体：

采用扣件式脚手架杆件组装的架体。

2、竖向主框架和水平支承框架：

采用钢管及型钢定型焊接加工螺栓连接的桁架或框架。

3、爬升机构：

包括：

附着支承装置（预埋件、穿墙螺栓、垫板、挂座、销轴、卸荷导向件）、提升底座（包含防坠装置箱体）、防倾及导向装置（导轮组及导轨）、承重装置（限位锁、防坠圆钢、以及附着支承装置）。

4、自身提升设备：

电动葫芦、电控柜、电缆线、同步检测控制系统。

DM-01型导轨框架式爬架突出结构特点：

（1）同一提升点多层多点附墙。

DM-01型导轨框架式爬架采用四套卸荷导向件、四根穿墙螺栓分别附着于四个标准楼层上并连接四层以上长度的导轨组成附着支承装置。

保证了有效的附着并满足建筑结构强度的要求。

（2）有效的防倾与导向特点。

DM-01型导轨框架式爬架每一提升点沿全高度有四套导轮组件环抱导轨。

在使用工况时，竖向主框架体内排上有两套限位锁直接将导轨及架体固定于卸荷导向件上。

（3）灵敏的机械式防坠装置。

DM-01型导轨框架式爬架提升底座上焊接制动框，制动框内安装制动凹轴，防坠圆钢从凹轴间穿过，利用信号装置从葫芦提升钩取得信号，使制动轴上下运动，运用摩擦角自锁原理达到防坠自锁抱紧，起到阻止架体下坠的作用。

（4）同步性检测控制系统。

DM-01型导轨框架式爬架安装有同步性安全预警保护系统，其控制架体升降同步性的关键是控制架体每一提升点的荷载或单个点位升降差，如出现超载或欠载，则发出“声”、“光”报警及切断电源等各种明显信号；由于电动提升机本事同步效果完全满足爬架的安全需要，同步检测控制装置应每提升5-6次对爬架进行检测一次。

（5）竖向主框架和水平支承框架强度可靠。

竖向主框架和水平支承框架均是采用钢管及型钢定型加工、定型安装的工具式桁架系统；竖向主框架与桁架式导轨形成双桁架并联加强体系，框架强度有效加强。

（6）采用桁架式导轨，强度大大加强，导向性能更好。

解决了目前大部分爬架存在的导轨弯曲变形问题。

（7）导轨与架体同步升降，省掉了人工周转导轨的工序，升降时间更短，更好地满足施工进度和安全防护。

五、荷载标准值计算

1、计算用荷载单元模型的确定

选取架体支承跨度为6.0米，脚手架高度按8步双排，上端外加一步单排防护，综合折算高度按16.7米的一片架体为荷载计算单元。

架体内外排立杆中心距为0.75米，步高为1.8米和2.0米，均布立杆柱距为1.5米。

以建筑物标准层层高4.0米的立杆设计为基准。

2、风荷载的计算

计算式：

Wk=0.7μs·μz·Wo

式中:

μz—风压高度变化系数。

按照田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区的B类地面粗糙度采用。

（高度按200米考虑）查《建筑结构荷载规范》表6.2.1μz=2.61

wo—基本风压。

依据《建筑结构荷载规范》中全国基本风压分布图，和为适应北京、广州、上海、天津、西安、重庆、成都、南京、福州、沈阳、杭州、三亚等全国大中城市使用，故选取基本风压为wo=0.80ｋN／ｍ2。

μs—风荷载体型系数。

按照《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》中，背靠建筑物的情况为“敞开框架和开洞墙”附着升降脚手架外排为密目安全网全封闭，故μs=1.3Φ，其中Φ为挡风系数。

Φ=An／AW，式中:

AN─挡风面积，AW─迎风面积

0.5×（1.8＋1.8）×0.048＋1.8×1.8×40%

Φ=──────────────────────=0.426

1.8×1.8

μs=1.3Φ=1.3×0.426=0.55

风荷载标准值:

Wk=0.7μs·μz·Wo=0.7×0.55×2.61×0.80=0.80ｋN／ｍ2

3、脚手板自重计算

底层脚手板采用钢筋脚踏板，每50cm间距铺设50×100×1200木方一条。

架体内排立杆离墙450ｍｍ，脚手板铺设时离墙200ｍｍ，则脚手板宽度为:

750+450-200=1000ｍｍ。

脚手板的自重标准值为0.12ｋN／ｍ2，木方每条重量为0.042ｋN／条,以上操作层采用竹笆，自重标准为0.06KN/ｍ2

①底层脚手板自重：

6.0ｍ×1.0ｍ×0.12ＫN／ｍ2+0.042ｋN／条×14条=1.31ＫN

②一层钢笆脚手板自重：

6.0m×1.0ｍ×0.06ｋN／ｍ2=0.36ｋN

2-9层钢笆自重：

0.36ｋN×8层=2.9ｋN

4、挡脚板自重计算

在脚手板铺设层架体的外排搭设180ｍｍ高、18ｍｍ厚的木板作为挡脚板。

①单层自重：

6.0ｍ×0.18ｍ×0.12ｋN／ｍ2=0.13ｋN

②九层自重：

0.13ｋN×9层=1.17ｋN

5、安装于架体上爬升机构自重计算

包括:

1个提升底座（导轨重量列在竖向主框架重量内）

1×0.22ｋN/个=0.22ｋN

6、安全网自重计算

外排架外侧面、脚手板下面铺设密目式安全网，重量系数为0.01ｋN／ｍ2。

架体上安全网自重：

（16.2ｍ×6.0ｍ＋1.8ｍ×6.0ｍ×3层）×0.01ｋN／ｍ2=1.30ｋN

7、竖向主框架自重计算

参见竖向主框架图纸重量计算:

序号

名称

数量（节）

单重（ｋN）

总重（ｋN）

图号

主框架外立杆下节

0.36

DkJ-09-01-00

主框架外立杆上节

0.25

DkJ-09-01-00

主框架廊道杆

0.078

0.624

DkJ-08-03-00

主框架小横杆

0.03

0.27

DkJ-08-02-00

导轨上下节

1.63

DkJ-04-00-00

合计总重（ｋN）

3.13

8、水平支承框架自重计算

序号

名称

数量

单重（ｋN）

总重（ｋN）

图号

小横杆H80

6根

0.03

0.18

支撑框架

4片

0.60

2.4

螺栓M20×40

22条

0.0015

0.033

螺母M20

22个

0.00068

0.015

合计总重（ｋN）

2.63

9、脚手架架体自重计算

DM-01型导轨框架式爬架架体部分采用钢管扣件脚手架，本《计算书》引用钢管扣件式脚手架来统计架体自重荷载。

架体钢管规格采用Φ48×3.2，重量系数为0.0354ｋN／ｍ。

（1）大横杆自重计算:

按底步支撑框架以上7步架计算统计外排大横杆22根；内排大横杆7根

外排大横杆：

6.0m/根×22根×0.0354ｋN／ｍ=4.067ｋN（包括护栏杆）

内排大横杆：

6.0m/根×7根×0.0354ｋN／ｍ=1.49ｋN

（2）小横杆自重计算:

1.3米/根×3根/层×8层×0.0354ｋN／ｍ=1.10ｋN

（3）立杆自重计算:

外排高度:

17.6米－2.2米=15.4米

内排高度:

15.8－2.2米=13.6米

其中2.2米为水平支承框架立杆平均高度。

（15.4米/根+13.6米/根）×3×0.0354ｋN／ｍ=3.08ｋN

外排立杆自重：

15.4米×3×0.0354ｋN／ｍ=1.64ｋN

内排立杆自重：

13.6米×3×0.0354ｋN／ｍ=1.44ｋN

（4）外排剪刀撑自重计算:

计算长度：

下边L1=6米／cos55°=10.5米；

上边L2=10.5米

钢管自重：

（10.5米＋10.5米）×2根×0.0354ｋN／ｍ=1.47ｋN

（5）扣件自重计算:

扣件自重按0.010ＫN/个计算:

①大横杆用扣件:

90个

外排大横杆扣件：

62个

内排大横杆扣件：

28个

②小横杆用扣件:

2个/根×36根=72个

③立杆用对接扣件:

3个/点×6点=18个

④外侧剪刀撑用扣件:

9个/根×2根＋7个/根×2根=32个

外排扣件自重：

（62+36+9+32）×0.01=1.39ｋN

内排扣件自重：

（28+36+9）×0.01=0.73ｋN

合计自重:

（90+72+18+32）个×0.01ｋN/个=2.12ｋN

以上脚手架自重合计：

13.33ｋN

10、活荷载标准值计算

①使用工况下，结构施工时，按2层作业层3ｋN／ｍ2计算。

6.0米×1.0米×2层×3ｋN／ｍ2=36ｋN

装修施工时，按3层作业层2ｋN／ｍ2计算。

6.0米×1.0米×3层×2ｋN／ｍ2=36ｋN

②升降工况下，施工活荷载:

按照作业层0.5ｋN／ｍ2计算

结构施工时：

6.0米×1.0米×2层×0.5ｋN／ｍ2=6.0ｋN

装修施工时：

6.0米×1.0米×3层×0.5ｋN／ｍ2=9.0ｋN

六、水平支承框架计算

1、结构说明

水平支承框架为组拼式框架，节点连接采用焊接和螺栓连接，上下弦杆、斜腹杆、立杆及短横杆采用Φ48×3.2钢管，螺栓采用M20规格。

水平支承框架两边与提升点处的竖向主框架采用螺栓连接。

2、计算说明

（1）水平支承框架计算其承担的荷载时，不包括竖向主框架自重荷载。

（2）架体荷载通过立杆传递给水平支承框架，再由水平支承框架传递给竖向主框架、导轨、建筑结构。

（3）将提升点处作为水平支承框架的支座进行计算。

（4）架体的全部恒载以及使用工况结构施工时的施工活荷载简化为作用于水平支承框架上弦的节点荷载。

（5）水平支承框架自重、一层脚手板、挡脚板自重和按升降工况装修时的一层施工活荷载简化为作用于水平支承框架下弦的节点荷载。

3、荷载计算

（1）荷载计算方法

①分别计算水平支承框架外框架和内框架的节点荷载。

②每层脚手板的恒载和活荷载作用于外框架和内框架的荷载承受面积的分配，根据一端悬臂梁求支座反力求得：

∑MA=0；∑MB=0

则：

X内=1.02／2／0.75=0.67米；X外=0.33米

外框架节点荷载承受面积的计算宽度：

X外=0.33米

内框架节点荷载承受面积的计算宽度：

X内=0.67米

③按照导轨式爬架使用工况和升降工况考虑内外框架的节点荷载。

④爬架上攀登的施工人员作为活荷载计算。

作用于上弦杆荷载

作用于上弦杆的节点荷载包括：

两层脚手板的施工荷载（3ｋN／ｍ2）和架体的全部恒载。

（不包括水平支承框架自重）

（2）恒载标准值计算

使用工况

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

外框架（ｋN）

内框架ｋN

脚手板九层

330

4.21×──=1.39

1000

670

4.21×──=2.82

1000

1.39

2.82

挡脚板九层

1.17

爬升机构

0．22

安全网

0.45

架体自重

9.12

4.34

9.12

4.34

合计

12.13

7.38

12.13

7.38

节点恒载标准值

3.03

1.85

3.03

1.85

架体自重计算说明：

外框架：

外排大横杆+小横杆分配自重+外排立杆+外排剪刀撑+外排扣件自重

=4.067+1.1/2+1.64+1.47+1.39=9.12ｋN

内框架：

内排大横杆+小横杆分配自重+内排立杆+内排扣件自重

=1.62+1.1/2+1.44+0.73=4.34ｋN

（3）活荷载标准值计算

使用工况

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

施工活荷载

330

36×─=11.88

1000

670

36×─=24.12

1000

330

6×──

1000

=1.98

670

6×──

1000

=4.02

节点活荷载标准值

2.97

6.03

0.5

1.0

作用于下弦杆的荷载包括：

一层脚手板、挡脚板自重以及水平支承框架自重。

（4）恒载标准值计算

使用工况

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

外框架（ｋN）

内框架ｋN

脚手板一层

330

1.27×──=0.42

1000

670

1.27×──=0.85

1000

0.42

0.85

踢脚板一层

0.13

水平支承框架

2.63×──=1.32

1.32

合计

1.87

2.17

1.87

2.17

节点恒载标准值

0.47

0.54

0.47

0.54

（5）活荷载标准值计算

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

施工活荷载

330

3×──=0.99

1000

670

3×──=2.01

1000

节点活荷载标准值

0.25

0.50

（6）节点荷载设计值

作用于上弦杆荷载：

①使用工况外框架

P使外上=γoγd（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×3.03+1.4×2.97）

=7.37（ｋN）

②使用工况内框架

P使内上=γoγd（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×1.85+1.4×6.03）

=10.07（ｋN）

③升降工况外框架

P升外上=γoγd（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×3.03+1.4×0.5）=4.10（ｋN）

④升降工况内框架

P升内上=γoγd（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×1.85+1.4×1.0）

=3.42（ｋN）

作用于下弦杆荷载：

①使用工况外框架②使用工况内框架

P使外下=γoγdγGGkP使内下=γoγdγGGk

=0.9×1.05×1.2×0.47=0.9×1.05×1.2×0.54

=0.53（ｋN）=0.61（ｋN）

③升降工况外框架

P升外下=γoγd（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×0.47+1.4×0.25）

=0.86（ｋN）

④升降工况内框架

P升内下=γoγd。

（γGGk+γQGQ）

=0.9×1.05×（1.2×0.54+1.4×0.5）

=1.27（ｋN）

汇总：

表一：

节点荷载设计值

使用工况

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

作用于上弦杆

P使外上=7.37

P使内上=10.07

P升外上=4.10

P升内上=3.42

作用于下弦杆

P使外下=0.53

P使内下=0.61

P升外下=0.86

P升内下=1.27

说明：

由上述计算可以看出，使用工况下内框架荷载最大，因此，以下计算选择最不利的使用工况内框架进行验算。

汇总：

表二：

节点荷载标准值

使用工况

升降工况

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

外框架（ｋN）

内框架（ｋN）

恒载

活载

恒载

活载

恒载

活载

恒载

活载

作用于上弦杆

3.05

2.97

1.85

6.03

3.40

0.50

1.77

1.0

作用于下弦杆

0.47

0.54

0.47

0.25

0.54

0.50

4、杆件内力计算

（1）结构尺寸以及上弦杆节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图

p/2=0.5p=1p=1p=1`p/2=0.5

23431500

NAG=（2－0.5）×───=1.95（－）NAC=1.95×───=1.25（+）

18002343

NDG=（1.95×───－1.0）×───=0.65（+）

23431800

1500

NGH=（1.95+0.65）×───=1.66（-）

2343

（2）下弦杆节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图

23431500

NAG=1.5×───=1.95（－）NAC=1.95×───=1.25（+）

18002343

NDG=（1.95×───－1.0）×───=0.65（+）

23431800

1500

NGH=（1.95+0.65）×───=1.66（-）

2343

5、最不利的杆件内力组合

由上述单位荷载内力图可以看出最危险的受压杆件是支座（提升底座）处斜腹杆AG、BI和跨中部位上弦杆GH、HI，因此，只验算此两种杆件的强度及稳定性即可。

由上述内、外框架荷载设计值的比较明显看出，在使用工况下，内框架的节点荷载设计值最大，因此，以下只验算使用工况下的内框架。

（1）AG杆内力组合

设计值：

NAG设=1.95×10.07+1.95×0.61=20.82ｋN

标准值：

NAG标=1.95×（1.85+6.03）+1.95×0.54

=16.42ｋN

（2）GH杆内力组合

设计值：

NGH设=1.66×10.07+1.66×0.61=17.73ｋN

标准值：

NGH标=1.66×（1.85+6.03）+1.95×0.54

=14.1ｋN

6、最不利杆件AG和GH的强度及稳定性验算

（1）材料特性参数

材料选用48钢管:

截面积A=489ｍｍ2，抗弯截面模量Wx=5080ｍｍ3，ix=15.8ｍｍ。

（2）支座处斜腹杆AG的验算

强度：

NAG设20820

σ=───=────=42.23N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

A489

稳定性：

计算长度：

L=（18002+15002）1／2=2343ｍｍ

L2343

λ=──=────=148.3<150

ix15.8

查《钢结构设计规范》附表A.1.1-1稳定系数：

Ψ=0.446

NAG设20820

σ=───=───────=55.24N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

ΨA0.446×845.1

安全系数：

NAG标16420

σ=───=───────=43.56N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

ΨA0.446×845.1

[σS]240

k=───=───=5.5＞2.0合格！

σ43.56

（3）上弦跨中压杆GH验算

强度：

NGH设17730

σ=───=────=36.26N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

A489

稳定性：

计算长度：

L=1500ｍｍ

L1500

λ=──=────=95

ix15.8

查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附表A.1.1-1稳定系数：

Ψ=0.626

NGH设17730

σ=───=───────=57.92N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

ΨA0.626×489

安全系数：

NGH标14100

σ=───=───────=46.06N／ｍｍ2〈f=205N／ｍｍ2

ΨA0.626×489

[σS]240

k=───=───=5.21＞2.0合格！

σ46.06

7、验算杆件AG配用螺栓的抗剪强度

在提升底座处，AG杆配用1条M20螺栓。

水平支承框架配用螺栓均承受剪力，不受轴向力。

螺栓净截面积计算：

A1=π（17.294／2）2=234.9ｍｍ2

A2=π（17.294／2）2=234.9ｍｍ2

螺栓抗剪力计算：

N1=234.9×130=30537N

NAG设=20820N〈N2=30537N

安全系数：

NAG标=16260N

NAG标16420

τ=────=─────=69.9N／ｍｍ2〈fvb=130N／ｍｍ2

234.9234.9

k=1.86>1.5

8、抗挤压计算

AG杆连接钢板挤压强度计算

挤压面上的挤压力设计值：

P=20820N

挤压面

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