悬挑式脚手架工程方案计算书一.docx

悬挑式脚手架工程方案计算书一.docx

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悬挑式脚手架工程方案计算书一

悬挑式脚手架工程方案计算书

一、

编制依据

1、工程施工图纸及现场概况

2、《建筑施工脚手架安全技术统一标准》GB51210-2016

3、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011

4、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011

5、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015

6、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

7、《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

8、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

9、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-2016

10、《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》住建部令第37号

二、工程参数

脚手架安全等级

Ⅰ级

结构重要性系数

1.1

搭设参数

搭设高度

30m

水平杆步距

1.5m

立杆纵距

1.5m

立杆横距

0.9m

连墙件方式

二步二跨

连墙件扣件

双扣件

悬挑水平钢梁

16号工字钢

钢梁外挑长度

1.3m

钢梁锚固长度

3.2m

钢梁与楼板锚固钢筋

φ16圆钢

吊拉钢丝绳

采用14mm钢丝绳！

荷载参数（荷载标准值）

永久荷载

立杆承受结构自重

0.1535kN/m

安全网

0.01kN/m2

脚手板类型

木脚手板,1层

自重标准值

0.35kN/m2

栏杆挡脚板

木脚手板

自重标准值

0.17kN/m2

可变荷载

施工均布活荷载

3kN/m2

同时施工层数

1层

风荷载

地区

山东淄博市张店

基本风压

0.3kN/m2

考虑到钢管锈蚀弯曲等因素，按φ48×2.8钢管计算。

三、横向水平杆（小横杆）验算

横向水平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。

（一）抗弯强度计算

1、作用横向水平杆线荷载标准值：

qk=（QK+QP1）×S=（3+0.35）×1.5=5.03kN/m

2、作用横向水平杆线荷载设计值：

q=1.4×QK×S+1.2×QP1×S=1.4×3×1.5+1.2×0.35×1.5=6.93kN/m

3、计算最大弯矩：

Mmax=

qlb2

=

6.93×0.92

=0.702kN·m

8

8

4、钢管载面模量W=4.25cm3

5、Q235钢抗弯强度设计值，f=205N/mm2

6、计算抗弯强度

Mmax

=

1.1×0.702×106

=181.69N/mm2〈205N/mm2

W

4.25×103

7、结论：

满足要求

（二）变形计算

1、钢材弹性模量E＝2.06×105N/mm2

2、钢管惯性矩I＝10.19cm4

3、容许挠度[ν]=l/150与10mm

4、验算挠度

ν=

5qklb4

=

5×5.03×9004

=2mm〈

900

＝6与10mm

384EI

384×2.06×105×10.19×104

150

5、结论：

满足要求

（三）横向水平杆传给纵向水平杆的集中力计算

小横杆计算外伸长度a1取0.15m，横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值：

F=0.5qlb（1+

a1

）2

=0.5×6.93×0.9（1+

0.15

）2

=4.24kN

lb

0.9

由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力标准值

Fk=0.5qklb（1+

a1

）2

=0.5×5.03×0.9（1+

0.15

）2

=3.08kN

lb

0.9

四、纵向水平杆（大横杆）验算

双排架纵向水平杆按三跨连续梁计算，如下图：

不需要计算抗弯强度和挠度。

五、扣件抗滑承载力验算

水平杆与立杆连接方式采用单扣件，抗滑承载力

=8kN。

纵向水平杆通过扣件传给立杆竖向力设计值

=1.1×4.24=4.66kN〈

=8kN

结论：

扣件抗滑承载力满足要求

六、计算立杆段轴向力设计值N

立杆稳定性计算部位取脚手架底部。

1、脚手架结构自重标准值产生的轴向力

NG1K=Hsgk=30×0.1535=4.61kN

Hs——脚手架高度gk——每米立杆承受的结构自重

2、构配件自重标准值产生的轴向力

NG2K=0.5（lb+a1）la∑Qp1+Qp2la+laHQp3=0.5×（0.9+0.15）×1.5×1×0.35+0.17×1.5×1+1.5×30×0.01=0.98kN

lb——立杆横距；a1——小横杆外伸长度；la——立杆纵距；Qp1——脚手板自重标准值；

Qp2——脚手板挡板自重标准值；Qp3——密目式安全立网自重标准值；

H——脚手架高度；

3、施工荷载标准值产生的轴向力总和

∑NQk=0.5（lb+a1）laQk=0.5×（0.9+0.15）×1.5×3×1=2.36kN

Qk——施工均布荷载标准值；

4、组合风荷载时立杆轴向力设计值N

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.9×1.4∑NQk=1.2×（4.61+0.98）+0.9×1.4×2.36=9.68kN

5、不组合风荷载时立杆轴向力设计值N

N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4∑NQk=1.2×（4.61+0.98）+1.4×2.36=10.01kN

6、只组合永久荷载时立杆轴向力标准值

N=NG1K+NG2K=4.61+0.98=5.59kN

七、立杆的稳定性计算

组合风荷载时，由下式计算立杆稳定性

≤f

N——计算立杆段的轴向力设计值；A——立杆的截面面积；

ϕ——轴心受压构件的稳定系数，W——截面模量；f——钢管的抗压强度设计值；

Mw——计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；

Mw=0.9×1.4Mwk=

0.9×1.4

lah2

10

其中，la——立杆纵距；h——步距；

风荷载标准值

=µz·µs·

——基本风压，取山东淄博市张店十年一遇值，

=0.3kN/m2

µz——风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定采用,地面粗糙度类别为地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

脚手架立杆稳定性计算部位选择立杆底部，计算高度取距地面25m,µz取1.31；

µs——脚手架风荷载体型系数,µs=1.3φ=1.3×0.8=1.04，值大于1.0时，取1.0。

风荷载产生的弯曲压应力：

σw=

Mw

=

0.9×1.4×µzµs

lah2

W

10W

σw=

0.9×1.4×1.31×1.0×0.3×1.5×1.52×106

=39.3N/mm2

10×4.25×103

计算长细比λ：

λ=

l0

i

l0——计算长度，l0=kµh；i——截面回转半径；k——计算长度附加系数，其值取1.155；

µ——考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数；立杆横距lb=0.9m，连墙件布置二步二跨，取µ=1.5.

h——步距,1.5m

λ=

kµh

=

1.155×1.5×150.0

=162

i

1.6

根据λ的值，查规范得轴心受压构件的稳定系数ϕ=0.268。

组合风荷载时,立杆的稳定性计算按下式验算：

=

1.1×9.68×103

+1.1×39.3=143.057N/mm2

0.268×398

结论:

满足要求!

不组合风荷载时,立杆的稳定性计算按下式验算:

=

1.1×10.01×103

=103.23N/mm2

0.268×398

结论:

满足要求!

八、连墙件计算

（一）脚手架上水平风荷载标准值ωk

连墙件均匀布置，取脚手架最高处受风荷载最大的连墙件计算，高度按50m，地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

风压高度变化系数µz=1.62

脚手架风荷载体型系数µs=1.3ϕ=1.3×0.8=1.04，取值大于1.0时，取1.0。

基本风压取山东淄博市张店十年一遇值，

=0.3kN/m2

=µzµs

=1.62×1.0×0.3=0.49kN/m2

（二）求连墙件轴向力设计值N

每个连墙件作用面积Aw=2×1.5×2×1.5=9.00m2

N=Nlw+N0=1.4wkAw+3=1.4×0.49×9.00+3=9.17kN

Nlw——风荷载产生的连墙件轴向力设计值；

N0——连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力，双排脚手架N0=3kN；

（三）连墙件稳定计算

连墙杆采用钢管时，杆件两端均采用直角扣件分别连于脚手架及附加墙内外侧的短钢管上，因此连墙杆的计算长度可取脚手架的离墙距离，即lH=0.3m，因此长细比

λ=

lH

=

30.0

=19<[λ]=150

i

1.6

根据λ值，查规范附录表C，

ϕ=0.949,

N

=

9.17×103

=24.28N/mm2<0.85×205=174.25N/mm2

ϕA

0.949×398

满足要求!

。

（四）扣件抗滑承载力计算

连墙件采用双扣件连接,抗滑承载力

取12kN。

=9.17kN<

=12kN

连墙件扣件抗滑承载力满足要求!

九、悬挑梁计算-悬挑长度1.3m

悬挑梁外伸端承受上部脚手架立杆传递的集中荷载N作用，N=10.01kN；

悬挑梁采用16号工字钢，截面惯性矩I=1130.0cm4，截面模量（抵抗矩）W=141.0cm3，截面积A=26.1cm2；

悬挑长度l1=1.3m，锚固长度l=3m，内立杆距支座A的距离l3=0.3m，外立杆距支座A的距离l2=1.2m；

悬挑梁按照单跨外伸梁计算，支座B为悬挑梁与楼板的内锚固点，支座A为建筑物梁板外边缘支承点，钢丝绳不参与悬挑梁受力计算。

悬挑梁计算简图

悬挑梁自重荷载q＝1.2×26.1×10-4×78.5=0.246kN/m；

支座反力计算公式

支座弯矩计算公式

=-10（1.2+0.3）-（

）=-15.223kN.m

C点最大挠度计算公式

其中k=l1/l=1.3/3=0.433，kl=l3/l=0.3/3=0.1，k2=l2/l=1.2/3=0.4

经计算，支座反力RA=25.783kN，支座反力RB=-4.705kN，最大弯矩Mmax=-15.223kN.m

（一）悬挑梁抗弯强度计算

Mmax

=

1.1×15.223×106

=113.106<205N/mm2

1.05×W

1.05×141.0×103

结论：

悬挑梁抗弯强度满足要求!

（二）悬挑梁挠度计算

计算悬挑梁挠度时，集中荷载采用永久荷载的标准组合N=5.59kN，计算最大挠度Vmax=6.368mm，容许挠度1300×2/250=10.4mm。

Vmax＝6.368mm<　10.4mm。

结论：

悬挑梁挠度计算满足要求!

一十、悬挑梁的整体稳定性计算

水平钢梁采用：

16号工字钢

（一）求均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数ϕb

根据《钢结构设计规范》，ϕb＝2.0

当ϕb>0.6的时，根据《钢结构设计规范》

ϕb=1.07－

0.282

=0.929

ϕb

最终取ϕb＝0.929

（二）整体稳定验算

根据《钢结构设计规范》，整体稳定验算应按下式计算：

σ=

1.1×15.223×106

=127.837<205N/mm2

0.929×141.0×103

M－绕强轴作用的最大弯矩，W－梁截面模量

结论：

满足要求!

一十一、悬挑梁钢丝绳计算

（一）钢丝绳的轴力计算

将钢丝绳作为悬挑支撑结构的受力构件，其计算简图如下：

计算简图（kN）

弯矩图（kN.m）

剪力图（kN）

经计算,从左到右各支座力分别为：

Ra=12.041kN，Rb=8.925kN，Rc=0.111kN

钢丝绳的轴力按下式计算：

sina=

=2.9/3.14=0.924

Ru=

RA

=

12.041

=13.031KN

sina

0.924

（二）选择钢丝绳

钢丝绳破断拉力不得小于其所受轴力×安全系数，取安全系数为8，

则设计钢丝绳最小破断拉力=13.031×8=104.2KN

依据规范《GB/T20118-2006一般用途钢丝绳》，钢丝绳选择6×37,公称抗拉强度1570Mpa。

钢丝绳直径应不小于15mm,其破断拉力为：

104.2KN，设计采用钢丝绳直径16mm,破断拉力133KN，满足设计要求。

（三）钢丝绳的拉环强度计算

钢丝绳的轴力RU作为拉环的拉力N，为13.031KN。

钢丝绳拉环的强度计算公式为

=

49N/mm2<65N/mm2

其中，ft为吊环钢筋抗拉强度，按照《混凝土结构设计规范GB50010-2010》9.7.6条规定，吊环应采用HPB300级钢筋制作，在构件的自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算的钢筋应力不应大于65N/mm2。

钢丝绳拉环最小直径:

d=

N×4

=

13031.000×4

=13mm

2πft

2×3.1415×65

钢丝绳拉环最小直径为13mm,按构造要求直径不低于20mm。

一十二、悬挑梁与建筑结构锚固计算

悬挑梁与楼板锚固作法如下图：

将型钢悬挑梁锚固在主体结构上的U形钢筋拉环或螺栓使用HPB300级钢筋，其直径16mm，强度应按下式计算：

Nm---型钢悬挑梁锚固段压点U形钢筋拉环或螺栓拉力设计值Nm=4.705kN；

ft---U形钢筋拉环或螺栓抗拉强度设计值，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定取ft=50N/mm2，采用2个（对）U形钢筋拉环或螺栓锚固连接时，其承载能力应乘以0.85的折减系数；

At---U形钢筋拉环净截面面积或螺栓的有效截面面积（mm2），按JGJ130规范规定采用2个（对）U形钢筋拉环或螺栓，一个钢筋拉环或一对螺栓按两个截面计算，At=4πd2/4=804.35mm2；

σ=

Nm

＝

4705

=6.88

At

804.35×0.85

强度验算满足要求!

一十三、转角悬挑梁计算

转角处悬挑梁的悬挑长度l1=

（lb+lc）+0.1=

×（0.9+0.3）+0.1=1.80m

式中：

lb---立杆横距（m）；lc---立内杆距墙距离（m）；0.1---外立杆距悬挑梁端头距离

锚固长度l=1.25l1=1.25×1.80=2.25m

内立杆距支座A的距离l3=

lc=

×0.3=0.42m

外立杆距支座A的距离l2=

（lb+lc）=1.70m；

悬挑梁外伸端承受上部脚手架立杆或联梁传递的集中荷载N作用。

根据上面的计算，非转角处立杆轴向力N=10.01kN，受荷面积A=la×lb/2=1.5×0.9/2=0.68m2

转角悬挑梁外立杆位置处的集中荷载受荷面积A1=lb/2×lb/2=0.20m2

转角悬挑梁外立杆位置处的集中荷载N1=A1/A×N=0.20/0.68（面积比例）×10.01=2.94kN

转角悬挑梁内立杆位置处的集中荷载受荷面积A2=（la+lb/2）×lb/2=0.88m2（此处内立杆分担面积应该为A2=（la+lb）/2×lb/2=0.54m2）

转角悬挑梁内立杆位置处的集中荷载N2=A2/A×N=0.88/0.68×10.01=12.95kN

注：

上述计算方法实际是立杆集中荷载向面荷载的转换，立杆集中荷载N=10KN时,脚手架立杆常规纵向间距la=1.5m，横向间距lb=0.9m，因此面荷载计算式为q=N/（la×lb/2）=10÷（1.5×0.9÷2）=14.81KN/㎡,所以转角悬挑梁外立杆位置处集中荷载N1=q/A1=14.81×0.20=2.96KN,转角悬挑梁内立杆位置处的集中荷载N2=qA2=14.81×0.54=8KN。

悬挑梁采用16号工字钢，截面惯性矩I=1130.0cm4，截面模量（抵抗矩）W=141.0cm3，截面积A=26.1cm2；

悬挑梁自重荷载q＝1.2×26.1×10-4×78.5=0.246kN/m；

悬挑梁按照单跨外伸梁计算，支座B为悬挑梁与楼板的内锚固点，支座A为建筑物梁板外边缘支承点，钢丝绳不参与悬挑梁受力计算。

悬挑梁计算简图

支座反力计算公式

支座弯矩计算公式

C点最大挠度计算公式

其中k=l1/l=1.80/2.25=0.8，kl=l3/l=0.42/2.25=0.187，k2=l2/l=1.70/2.25=0.756

经计算，支座反力RA=21.431kN，支座反力RB=-4.545kN，最大弯矩Mmax=10.836kN.m

（一）悬挑梁抗弯强度计算

Mmax

=

1.1×10.836×106

=80.511<205N/mm2

1.05×W

1.05×141.0×103

结论：

悬挑梁抗弯强度满足要求!

（二）悬挑梁挠度计算

计算悬挑梁挠度时，集中荷载采用永久荷载的标准组合N=5.59kN，N1=1.64kN，N2=7.23kN，计算最大挠度Vmax=5.369mm，容许挠度1800×2/250=14.4mm。

Vmax＝5.369mm<　14.4mm。

结论：

悬挑梁挠度计算满足要求!

（三）悬挑梁与建筑结构锚固计算

型钢悬挑梁锚固段压点U形钢筋拉环或螺栓拉力设计值Nm=4.545kN，采用两道锚固，锚固钢筋或螺栓直径16mm，截面积At=804.35mm2。

U形钢筋拉环或螺栓强度计算如下：

σ=

Nm

＝

4545

=6.65

At

804.35×0.85

强度验算满足要求!

一十四、转角联梁的计算

转角联梁采用16号工字钢，按集中荷载作用下的简支梁计算，立杆传递的集中荷载N=10.01kN，在最不利情况下的计算简图如下:

Mmax=P×la×lb/（la+lb）=10.01×1.5×0.9/（1.5+0.9）=5.631kN·m

σ=

Mmax

=

1.1×5.631×106

=

43.930N/mm2<205N/mm2

W

141.0×103

结论:

转角联梁抗弯强度满足要求!

挠度计算

νmax=

=0.63mm<

2400

＝16mm

150

结论:

转角联梁挠度验算满足要求!

一十五、加长悬挑梁计算

悬挑梁采用16号工字钢，截面惯性矩I=1130.0cm4，截面模量（抵抗矩）W=141.0cm3，截面积A=26.1cm2。

以钢丝绳吊点作为悬挑梁支座计算。

立杆横距0.9m，内立杆距离建筑物1.4m上部脚手架立杆传递的集中荷载设计值N=10.01kN；

悬挑梁自重荷载q=1.2×26.1×0.0001×78.5=0.246kN/m；

计算简图（kN）

悬挑梁弯矩图（kN·m）

悬挑梁剪力图（kN）

经过计算得到，从左到右各支座力分别为：

Ra=15.64kN;Rb=5.91kN;Rc=0kN;

最大弯矩Mmax=4.943kN·m；最大变形Vmax=0.81mm,在第1跨.

（一）抗弯强度计算：

悬挑梁的抗弯强度设计值f=205N/mm2；

钢丝绳上下吊点的垂直距离为2.9m，悬挑梁轴向力N=15.64×2.3/2.9=12.40kN；

悬挑梁的弯曲应力按下式计算：

Mmax

＋

N

=

1.1×4.943×106

＋

12.40×103

=41.48<205N/mm2

γxW

A

1.05×141.0×103

26.1×102

其中γx--截面塑性发展系数，取1.05；

结论：

满足要求!

（二）悬挑梁与建筑结构锚固计算

型钢悬挑梁锚固段压点U形钢筋拉环或螺栓拉力设计值Nm=9.458kN，采用两道锚固，锚固钢筋或螺栓直径16mm，截面积At=804.35mm2。

U形钢筋拉环或螺栓强度计算如下：

σ=

Nm

＝

9458

=13.83

At

804.35×0.85

强度验算满足要求!

十六、加长悬挑梁的整体稳定性计算

水平钢梁采用：

16号工字钢

（一）求均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数ϕb

根据《钢结构设计规范》，ϕb＝1.79

当ϕb>0.6的时候，根据《钢结构设计规范》

ϕb=1.07－

0.282

=0.912

ϕb

最终取ϕb＝0.912

（二）整体稳定验算

根据《钢结构设计规范》，整体稳定验算应按下式计算：

σ=

1.1×4.943×106

=42.283<205N/mm2

0.912×141.0×103

M－绕强轴作用的最大弯矩，W－梁截面模量

结论：

满足要求!

十七、加长悬挑梁钢丝绳计算

（一）钢丝绳的轴力计算

sina=

=2.9/3.70=0.784

钢丝绳的轴力按下式计算：

Ru=

RA

=

15.640

=19.949KN

sina

0.784

（二）选择钢丝绳

钢丝绳破断拉力不得小于其所受轴力×安全系数，取安全系数为8，钢丝绳最小破断拉力=19.949×8=159.6KN。

依据规范《GB/T20118-2006一般用途钢丝绳》，钢丝绳选择6×37,公称抗拉强度1570Mpa。

钢丝绳直径应不小于19mm,其破断拉力为：

167.2KN。

（三）钢丝绳的拉环强度计算

钢丝绳的轴力RU作为拉环的拉力，N=19.949KN。

钢丝绳拉环的强度计算公式为

其中，ft为吊环钢筋抗拉强度，按照《混凝土结构设计规范GB50010-2010》9.7.6条规定，吊环应采用HPB235级钢筋制作，在构件的自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算的钢筋应力不应大于50N/mm2。

钢丝绳拉环最小直径:

d=

N×4

=

19949×4

=16mm

2πft

2×3.1415×50

钢丝绳拉环最小直径为16mm，按规范要求直径不低于20mm。