某工程罐体施工脚手架计算书-三脚架杆件校核
某工程罐体施工脚手架计算书
脚手架组成部件和规格
蝴蝶板：焊接于壁板上，悬挂三脚架和中间平台使用，为主要承重部件； 中间平台：使用于每一带壁板上，做为行人通道或中间休息平台； 小斜梯：做为行人通道，为上下罐壁梯子，紧急情况下作为疏散通道；
护栏：配合小斜梯使用，为劳动保护，护栏高度符合相关安全规范要求, 高度1.2米； 三脚架：悬挂于壁板蝴蝶板上，跳板、机具设备的承重支架；
栏杆：每一带壁板的操作平台的劳动保护，护栏高度符合相关安全规范要求，高度1.2米；
立柱：栏杆连接固定件，本体固定在三脚架上，高度1.2米；
钢跳板：铺设在三角架上，每两个三角架之间并列铺设四块，长度3米； 木板：侧面护栏上作为踢脚板用 ，为劳动保护必备。 组件示意图如下： 平台栏杆和护腰
蝴蝶板
一、三脚架杆件校核:
1、荷载计算: 三脚架的基本形状尺寸如下图(1)和(2)所示
(1).三脚架重量: 三脚架采用的材料为等边角钢63×6, 材质为Q235, 自重为5.72㎏/m, 其总重量设为F 1, 则F 1=(1.664+1.4+0.579)×5.72×9.8×1.2=0.25kN,其中1.2为静荷载分项系数. 将三脚架重量简化为均布荷载q 1=0.25/1.4=0.18kN/m
(2).钢跳板重量: 一块钢跳板重量为15㎏, 则总重F 2=4×15×9.8×1.2=0.71kN,简化为均布荷载q 2=0.71/1.4=0.51kN/m.
(3).施工荷载: 包括操作人员、施工机具和原材料重量, 取1.0kN/m2计算, 转化为线荷载 q 3=1.0×2.5×1.4=3.5kN/m,其中1.4为活荷载分项系数.
所以可认为在三脚架平台上作用一均布荷载q=q1+q 2+q 3
=0.18+0.51+3.5=4.19kN/m
钢跳板
2、三脚架受力分析
把各焊接点均简化为铰接点, 则三脚架的受力示意图如下所示
(1) 分析C Ｂ杆, 其受力图简化为如下
:
对整个三脚架分析, 对A 点取矩∑ＭＡ＝０，即F B ×0.9=1.4×4.19×1.4×0.5 求得F B =4.56 kN
∑ＭC ＝０, 则F B ×0.9=FE ×0.9, 求得F E ＝F B ＝4.56 kN，ＦＣy =FE =4.56 kN 则杆ＢＣ所受的压力ＦBC =ＦＣx cos33o +ＦＣy sin33o =6.31 kN 将F E 分解为垂直于BC 杆的力F Ey 和平行于BC 杆的力F Ex ，则F Ey ＝F E cos33o =3.824 kN 可求得BC 杆的最大弯矩Ｍmax =1.469 kN.m,如下图所示．
(2) 分析AC 杆：其示意图简化如下（AC 杆主要是承受弯矩）
分别求出A 、D 、C 三个控制截面的弯矩和剪力，画出AC 杆的弯矩图和剪力图，分别如下：
单位：
单位：
3、截面校核
:
(1) AC 杆：三脚架均采用Q235 L63×6的角钢，截面面积A=7.29cm2，截面惯性矩
I x =27.12cm4，截面抵抗矩W x =15.26cm3，x 轴回转半径i x =1.93cm，容许应力[σ]=205N/mm2, 计算长度L 0=1.4m, 则长细比λx = L 0/Ix =140/1.93=73.等边角钢属于b 类截面, 查得υx ＝0.732．
AC 杆属于拉弯构件，则应满足σ=-N/A+ M max /1.05Wx ≤[σ], 其中Ｎ＝ＦＣx ＝4.56 kN , M max =2.67kN.m
σ=-4.56×103/0.732×7.29×102+2.67×106/1.05×15.26×103 =158.09 N/mm2
(2) BC 杆：BC 杆是压弯构件，其截面特性与AC 杆相同，i x =1.93cm, L 0=1.664m, λx = L 0/Ix =166.4/1.93=86, 查得υx ＝0.648．
σ=N/A+ Mmax /1.05Wx ≤[σ],其中Ｎ＝ＦBC =6.31 kN，M max =1.469 kN.m σ=6.31×103/0.648×7.29×102+1.469×106/1.05×15.26×103
=105.04 N/mm2
(3) DE 杆：DE 杆是属于受拉构件，Ｎ＝F E ＝4.56 kN, An =A=7.29cm2
σ=N/An ≤[σ]
σ=6.31×103/7.29×102=8.65 N/mm2
在整个三角架操作平台中，蝴蝶板与罐壁的焊接是最主要的受力部位，焊缝的受力状况是拉应力与剪应力的复合应力，其受力情况如图所示：
（9）焊缝长度
（10）焊脚尺寸
（11）焊缝受力分析
由上图(6)可知，N x =Fcx =4.56kN, 由上图(7)可知N y =6.38kN
焊缝长度在水平方向为60mm ，垂直方向为20mm, 焊缝高度取8.5mm 。
σf = Nx /∑h e l w τf = Ny /∑h e l w
上式中σf 为焊缝所受拉应力； τf 为焊缝所受剪应力；
h e 为焊缝高度，h e =8.5mm； l w 为焊缝长度。
∑h e l w =(20+60)×2×8.5=1360mm2 σf = Nx /∑h e l w =4560/1360=3.35N/mm2 τf = Ny /∑h e l w =6380/1360=4.69N/mm2
因为焊缝所受的应力为复合应力，所以应满足下式：
f 2+3τf 2≤1.1f t w
上式中1.1f t w 为焊缝抗拉强度设计值, 由《钢结构设计规范》查得1.1f t w =140 N/mm2
σf 2+3τf 2 3.352+3×4.692 =8.78N/mm2
1.1f t w =1.1×140=154 N/mm2
σf 2+3τf 2≤1.1f t w
满足要求，校核通过．
5、挂钩与三脚架AC 杆焊接处强度校核:
三脚架AC 杆与挂钩的焊接采用满焊, 其焊脚高度与蝴蝶板的焊脚高度相同, 均为8.5mm, 受力状况也与蝴蝶板相同, 即N x =Fcx =4.56kN, Ny =6.38kN,焊缝长度见下图.
h e =8.5mm, ∑h e l w =63×8.5×2=1071mm. σf = Nx /∑h e l w =4560/1071=4.26N/mm2
τf = Ny /∑h e l w =6380/1071=5.96N/mm2
因为焊缝所受的应力为复合应力，所以应满足下式： σf 2+3τf 2≤1.1f t w
f 2+3τf 2 4.26+3×5.96 =11.17N/mm2≤1.1f t w =154 N/mm2 满足要求，校核通过．
以上校核计算是假设各焊接点为铰接的情况下进行的，但从上面的计算可知B 、C 、D 和E 点处所受的剪力和拉力均小于A 点的剪力和拉力，只要保证这四点处的焊缝长度不小于A 点处的焊缝长度，在A 点强度满足的情况下，这四点的焊缝强度是满足要求的，所以没有一一进行校核。
二、斜钢梯强度校核
（13）
1 荷载计算:
取单块斜钢板计算, 则作用在钢板上的荷载有栏杆扶手重量F 1、斜钢板和踏板重量F 2和施工人员重量F 3, 将上述荷载简化为均布荷载作用在斜钢板上.
(1) 扶手栏杆均采用32×3的圆钢, 其自重1.38㎏/m, 1.2为静荷载分项系数, F 1=(0.969×3+3.958+3.007)×1.38×1.2=16.348㎏, q1=16.348×9.8/3.6=0. 045kN/m
(2) 钢板的材质是Q235, 尺寸是3500×200×10, 踏板共有9块, 尺寸为800×200×4, 板材自重为0.007566g/mm3, 则F 2=0.007566×(3500×200×10+0.5×9×800×200×4) ×1.2=89.70㎏,q 2=89.70×9.8/3.6=0.201kN/m
(3) 施工人员的动荷载；取1.0 kN /m计算，则q 3=0.5×1.0×0.8×1.4=0.56 kN/m
总的均布q= q 1+q2+q3=0.045+0.201+0.56=0.806 kN/m，将q 分解为垂直于钢梯的分力q y 和平行于钢梯的分力q x , 则q y =q×cos33o =0.806×cos33o =0.676 kN/m
2 受力分析
分析斜钢梯的受力，可简化为如下图。
(14) (15)
均布荷载作用下跨中的弯矩最大，即M max =ql2/8=0.676×3.62/8=2.43 kN.m. 3 截面强度校核
钢梯所采用的材料为2500×200×10的钢板，截面惯性矩I x =203×1/12=666.7cm4
, 截面抵抗矩W x =Ix /10=666.7/10=66.67cm3, 截面面积A=20×1=20cm2, x轴回转半径i x I x /A=
计算长度L 0=3.6m,长细比λ= L0/ix =3600/5.77×10=62，查得υx ＝0.797，钢板抗弯强度设计值f=215N/mm2，其中υx 为整体稳定性系数。 斜钢梯主要承受的是弯矩, 验算其稳定性则应满足M max /υx W x ≤f, 即
M max /υx W x =2.43×106/0.797×66.67×103=45.73 N/mm2
所以钢斜梯整体稳定性满足要求，校核通过。
三、钢梯平台三脚架校核
钢梯平台的三脚架与操作平台的三脚架类似，只是尺寸和荷载形式发生了变化，而且在AB 之间加了一道竖杆，增强了三脚架的稳定性。其形状如图（17）所示。 1 荷载计算：所有的荷载均简化为均布荷载，假设在三脚架端部1.4m 处的荷载与操作平台三脚架的荷载相等，即q 1=4.19 kN/m。在三脚架尖部8.5m 处受的荷载主要有有钢梯传来的荷载q 3和施工人员的荷载q 4，其中q 4取1.0kN/m计算；从上面钢梯的校核计算可知，钢梯传给平台的荷载F=0.806×3.6×cos33o =2.43kN,则q 3=F/0.85=2.43/0.85=2.86kN/m。
（17）
2 结构受力分析
为了方便计算，忽略中间支撑杆DE 的作用，简化为上图（16）所示的受力图，这是一个静定结构，受力计算比较简单，在这省略了计算过程，直接给出计算结果。 AC 杆的弯矩于和剪力图如下所示：
剪力图
弯矩图
通过计算可得：F Ay =8.296kN, FAx =6.57 kN, Mmax =2.42 kN.m
F B =6.57 kN, 杆BC 的内力F BC = FB cos30o =6.57×cos30o =5.69 kN(受压)
杆AB 的内力F AB =3.796 kN（受拉）
3 截面校核
(1) AC杆：三脚架均采用Q235 L63×6的角钢，截面面积A=7.29cm2，截面惯性矩I x =27.12cm4，截面抵抗矩W x =15.26cm3，x 轴回转半径i x =1.93cm，容许应力[σ]=205N/mm2, 计算长度L 0=2.25m, 则长细比λx = L0/Ix =225/1.93=117.等边角钢属于b 类截面, 查得υx ＝0.453．
AC 杆属于拉弯构件，则应满足σ=-N/υx A+ Mmax /1.05Wx ≤[σ], 其中Ｎ＝ＦAx ＝6.57 kN , M max =2.42kN.m
σ=-6.57×103/0.453×7.29×102+2.42×106/1.05×15.26×103
=131.14N/mm2
满足要求，校核通过．
(2) BC 杆：BC 杆是受压构件，其截面特性与AC 杆相同，i x =1.93cm, L 0=2.598m, λx =
L 0/Ix =2.598/1.93=135, 查得υx ＝0.365．
σ=N/Aυx ≤[σ],其中Ｎ＝ＦBC =5.69kN
σ=5.69×103/0.365×7.29×102=21.38N/mm2
满足要求，校核通过．
(3) AB 杆：AB 杆是属于受拉构件，Ｎ＝F AB ＝3.796 kN, An =A=7.29cm2
σ=N/An ≤[σ]
σ=3.796×103/7.29×102=5.21 N/mm2
满足要求，校核通过．
4 蝴蝶板焊缝强度校核计算:
与操作平台三脚架类似，假设焊缝的受力状况是拉应力与剪应力的复合应力，其焊缝长度与焊缝高度均与操作平台相等，见图（9）、（10）和（11）。
N x =FAx =6.57kN, N y =FAy =4.50kN
焊缝长度在水平方向为60mm ，垂直方向为20mm, 焊缝高度取8.5mm 。
σf = Nx /∑h e l w τf = Ny /∑h e l w
上式中σf 为焊缝所受拉应力；
τf 为焊缝所受剪应力；
h e 为焊缝高度，h e =8.5mm；
l w 为焊缝长度。
∑h e l w =(20+60)×2×8.5=1360mm2
σf = Nx /∑h e l w =6570/1360=5.96N/mm2
τf = Ny /∑h e l w =4500/1360=3.31N/mm2 因为焊缝所受的应力为复合应力，所以应满足下式： f 2+3τf 2≤1.1f t w
上式中1.1f t w 为焊缝抗拉强度设计值, 由《钢结构设计规范》查得1.1f t w =140 N/mm2
σf 2+3τf 2 5.962+3×3.312 =8.27N/mm2
1.1f t w =1.1×140=154 N/mm2
σf 2+3τf 2≤1.1f t w
满足要求，校核通过．
5 挂钩与三脚架AC 杆焊接处强度校核:
三脚架AC 杆与挂钩的焊接采用满焊, 其焊脚高度与蝴蝶板的焊脚高度相同, 均为
8.5mm, 受力状况也与蝴蝶板相同, 即N x =FAx =6.57kN, N y =FAy =4.50kN,焊缝长度见图(12).
h e =8.5mm, ∑h e l w =63×8.5×2=1071mm..
σf = Nx /∑h e l w =6570/1071=6.13N/mm2
τf = Ny /∑h e l w =4500/1071=4.2N/mm2
因为焊缝所受的应力为复合应力，所以应满足下式：
σf 2+3τf 2≤1.1f t w
f 2+3τf 2 6.13+3×4.2 =9.52N/mm2≤1.1f t w =154 N/mm2
满足要求，校核通过．
以上校核计算是假设各焊接点为铰接的情况下进行的，其他个焊接点的剪力和拉力都小于A 点的剪力和拉力，只要保证这四点处的焊缝长度不小于A 点处的焊缝长度，这些焊接点是满足要求的，且忽略了中间支撑杆的作用，通过计算各杆件和焊缝的强度和稳定性均满足要求，所以加上支撑杆后，整个三角架应该更趋于安全。