扣件式钢管脚手架计算书
目录
1 工程概况 . ...................................................................................................... 1
2 支架结构与材料 . .......................................................................................... 1
2.1支架结构 . ............................................................................................. 1
2.2材料特性 . ............................................................................................. 2
3 荷载标准计算 . .............................................................................................. 2
4 大横杆计算 . .................................................................................................. 3
4.1大横杆荷载计算 . ................................................................................. 3
4.2强度计算 . ............................................................................................. 3
4.3挠度计算 . ............................................................................................. 4
5 小横杆的计算 . .............................................................................................. 4
5.1小横杆荷载计算 . ................................................................................. 4
5.2 强度计算 . ............................................................................................ 4
5.3挠度计算 . ............................................................................................. 5
6 扣件的抗滑承载力计算: ............................................................................. 5
7 立杆计算: . .................................................................................................. 6
7.1荷载计算: . ........................................................................................... 6
7.2立杆的稳定性计算: . ........................................................................... 6
7.3最大搭设高度的计算 . ......................................................................... 7
8 连接件的计算 . .............................................................................................. 8
9 立杆的地基承载力计算 . .............................................................................. 9
济南黄河公铁两用桥
扣件式钢管脚手架计算书
1 工程概况
济南黄河公铁两用桥施工起讫里程为DK421+910.6~DK423+703.03,线路全长1792.42m ,主桥中心里程为DK422+806.82。
济南黄河公铁两用桥由北向南横穿天桥区吉家庄、济阳县谢家村、跨越黄河北大堤、主河槽及黄河南大堤,穿过历城区付家庄。
公铁两用桥合建段铁路孔跨布置为:(6-32m)预应力混凝土简支梁+122m简支钢桁梁+(7-52m)预应力混凝土简支梁+(128+3*180+128)m刚性悬索加劲连续钢桁梁+(9-32m)预应力混凝土简支梁(该桥为四线桥,货线孔跨布置与客线孔跨布置对应。
石济客专602~607号、610~612号、629~630桥墩和邯济胶济联络线607号、610~611号、607~635号桥墩为单建铁路桥墩,相应的G611、G612左、G627左、G627右、G628、G629、G630号桥墩为单建公路桥墩,单建桥墩墩型均为圆端形实体桥墩。主桥617~620号桥墩采用三柱式单层框架墩;引桥608~609号桥墩采用两柱式单层框架墩;其他公铁合建段桥墩均采用双层框架墩。
2 支架结构与材料
2.1支架结构
脚手架采用扣件式钢管支架,采用两排架形式。
脚手架各种杆件采用外径48mm 、壁厚3.5mm 的钢管,脚手架内侧立杆距墩身模板70cm ,立杆排距1.0m ,立杆纵向间距1.5m ,横杆步距1.8m ,每跨内设一道横杆,立杆、横杆均采用一字扣件对接,在搭设过程中立杆要搭设在横杆的外侧,相邻两根杆件接头要相互错开一步且不小于500mm ,各接头中心距主节点的距离不应大于步距的1/3。立杆搭设要垂直,横杆搭设要水平,立杆搭设垂直度为1/400,全高不大于±50mm ,大横杆搭设要水平,全长水平差不大于±20mm ,立杆的间距排距偏差不大于±20mm ,小横杆外侧伸出架体的长度为150mm ,小横杆偏离主节点的距离不应大于150cm ,靠墩一侧的外伸长度不应大于200mm 。每隔3.6m 设置一道连接件。
脚手架搭设高度应高出墩顶平台120cm 。距地面20cm 处设扫地杆。
脚手架应设置接地装置。
支架高度暂按36m 高计算。
2.2材料特性
钢管截面几何特性
钢材的强度设计值及弹性模量(N/mm2)
扣件、底座、可调托撑的承载力设计值(kN)
受压、受拉构件的容许长细比
单、双排脚手架立杆承受的每米结构自重标准值g k (kN/m)
3 荷载标准计算
作用于脚手架的荷载可分为永久荷载(恒荷载)与可变荷载(活荷载)。 双排架脚手架永久荷载包含下列内容:
(1)架体结构自重:包括立杆、纵向水平杆、横桥向水平杆、剪刀撑、扣件的自重;
(2)构、配件自重:包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。 脚手架可变荷载包括下列内容:
(1)施工荷载:作业人员层上的人员、器具和材料等的自重;
(2)风荷载。
脚手板自重标准值:0.35 kN/m2
栏杆、挡脚板自重标准值:0.17 kN/m
密目网自重标准值:0.02kN/m2
立杆每米自重标准值:0.1295 kN/m
构配件取值:
单个直角扣件13.2N/个
单个转角扣件14.6N/个
单个对接扣件18.4N/个
施工均布荷载标准值:3.0 kN/m2
基本风压:0.6 kP/m2
挡风系数及水平风荷载标准值计算
ψ=1.2An/Aw=1.2An/La/h
An=(La+h+0.325Lah)*d
其中,La=1.5m,h=1.8m,d=4.8cm。代入数据得:ψ=0.201
水平风荷载标准值:Wk=ψ*W0=0.201*0.6=0.121 kN/m2
4 大横杆计算
4.1大横杆荷载计算
脚手板的荷载标准值q1=0.35×1.0/2=0.175 kN/m
活荷载标准值q2=3×1.0=1.5(kN/m)
4.2强度计算
(1)、最大弯矩:
M =(-0. 1⨯1. 2q 1-0. 117⨯1. 4q 2) ⨯l 2
其中:l 立杆纵距;取l=1.5 m
q1 脚手板的荷载标准值 q1 = 0.175 kN/m
q2 活荷载标准值 q2 = 1.5 kN/m
经计算得到:M=(-0.1×1.2×0.175-0.117×1.4×1.5) ×1.5^2=-0.60 kN.m
(2)、截面应力计算公式如下:
σ=M
W
其中 W 钢管截面抵抗矩 W = 5.078 cm3
M 最大弯矩 M = -0.60 kN.m
经计算得到:σ=0.60×106÷(5.078×103) =118.2 N/mm2
大横杆强度计算值小于钢管抗弯强度设计值205N/mm2,故满足要求
4.3挠度计算
最大挠度:
q 1l 4q 2l 4
V =0. 667+0. 99 100EI 100EI
其中: l 立杆纵距 l = 1.5 m
I 截面惯性矩 I = 12.187 cm
E 弹性摸量 E = 206000 N/mm2
q1 脚手板的荷载标准值 q1 = 0.175 kN/m
q2 活荷载标准值 q2 = 1.5 kN/m
经计算得到:V=(0.667*0.175+0.99*1.5)×(1.5×103)^4÷(100×206000×12.187×10000)=3.23 mm
最大挠度计算值小于等于l/150=10mm,并且小于10mm, 故满足要求 4
5 小横杆的计算
5.1小横杆荷载计算
大横杆自重标准值:P1=0.03841×1.5=0.058 kN
脚手板的荷载标准值:P2=1×1.5×0.35=0.525 kN
静荷载标准值:P=0.058+0.525=0.583 kN
活荷载标准值:Q=3×1.5×1.0=4.5 kN
5.2 强度计算
(1)、最大弯矩计算公式如下:
M =Pl /2
其中: l 立杆的排距 l =1.0 m
P 静荷载标准值 P = 0.583 kN
Q 活荷载标准值 Q = 4.5 kN
经计算得到最大弯矩 M= (1.2×0.583+1.4×4.5) ×1.0÷2 =3.50 kN.m
(2)、截面应力计算公式如下:
M σ=W
其中 W 钢管截面抵抗矩 W = 5.078 cm3
M 最大弯矩 M = 3.50 kN.m
经计算得到:σ=3.5×106÷(5.078×103) =68.9 N/mm2
大横杆强度计算值小于或等于钢管抗弯强度设计值 205 N/mm2,故满足要求
5.3挠度计算
23Pl 3
V =648EI
其中: l 立杆的排距 l = 1.0 m
I 截面惯性矩 I = 12.187 cm4
E 弹性摸量 E = 206000 N/mm2
P 静荷载标准值 P =0.583 kN
Q 活荷载标准值Q = 4.5 kN
经计算最大挠度V=23÷648×(0.583+4.5)×103×(1.0×103)^3÷(2.06×105×12.187×104)=7.2 mm
最大挠度计算值小于等于l/150=10mm,故满足要求
6 扣件的抗滑承载力计算:
横杆的自重标准值 P1 = 0.03841×(1.0 +1.5) =0.096kN
脚手板的荷载标准值 P2 = 0.35×1.5×1.0÷2 =0.263kN
活荷载标准值 Q = 3×1.5×1.0÷2 =2.25kN
荷载的计算值 R = 1.2×(0.096+0.263)+1.4×2.25 =3.58 kN
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:
R ≤R C
其中 Rc 扣件抗滑承载力设计值 Rc=8kN
R 荷载的计算值 R=3.58kN
扣件的抗滑承载力小于扣件抗滑承载力设计值8kN, 满足要求!
7 立杆计算:
7.1荷载计算:
每米立杆承受的结构自重标准值 NG1=0.1295×36=4.662 kN
脚手板的自重标准值NG2=0.35×1.5×1.0/2=0.263 kN
栏杆与挡脚板自重标准值 NG3=0.17×1.5=0.225 kN
密目网自重荷载:NG4=0.02×1.5=0.03 kN
静荷载标准值 NG=4.662+0.263+0.225+0.03=5.18 kN
活荷载标准值NQ=3×1.5×1.0÷2=2.25 kN
风荷载标准值Wk=0.121×36×1.5=6.534 kN
不组合风荷载时, 立杆的轴向压力设计值 N=1.2×5.18+1.4×2.25=9.366 kN 组合风荷载时, 立杆的轴向压力设计值 N=1.2×5.18+0.9×1.4×2.25=9.05 kN 风荷载标准值产生的立杆段弯矩:Mwk=0.121×1.5×1.8^2÷10=0.059 kN.m 风荷载设计值产生的立杆段弯矩:Mw=0.9×1.4×0.058=0.073 kN.m
构配件自重标准值产生的轴向力:NG2k=(18.4×6+13.2×20+14.6×9)/1000 =0.5058 kN
7.2立杆的稳定性计算:
(1)、立杆的长细比计算:
l 0λ=i
i 立杆的回转半径 i = 1.578 cm 其中: lo 立杆的计算长度 lo = kμh=1×1.8×1.8=3.24 m
经过计算, 立杆的长细比 λ=3.12×100÷1.578=205
立杆的长细比小于立杆容许长细比210, 满足要求!
(2)、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
σ=N ≤[f ] ϕA
其中:A 立杆净截面面积;取A=4.89 cm2
N 不考虑风荷载时, 立杆的轴向压力设计值;取N=9.366 kN
φ 轴心受压立杆的稳定系数, 由长细比 λ 的结果查表得到φ=0.172 不考虑风荷载时立杆的稳定性σ=9.366×103÷0.172÷489=111.4 N/mm2
考虑风荷载时, 立杆的稳定性计算公式
σ=N M W +≤[f ] ϕA W
其中:A 立杆净截面面积;取A=4.89 cm2
W 立杆净截面模量(抵抗矩) ;取W=5.078 cm3
N 考虑风荷载时, 立杆的轴向压力设计值;取N=9.05 kN
Mw 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩;取Mw=0.073 kN.m
φ 轴心受压立杆的稳定系数, 由长细比 λ 的结果查表得到φ=0.172 考虑风荷载时立杆的稳定性σ=9050/(0.172×489)+7.3×10÷5078
=122.0 N/mm2
不考虑风荷载时, 立杆应力111.4N/mm2小于允许应力205N/mm2,满足要求 考虑风荷载时, 立杆应力122.0N/mm2小于允许应力205N/mm2,满足要求 4
7.3最大搭设高度的计算
不组合风荷载最大搭设高度:
[H ]=
组合风荷载最大搭设高度: ϕAf -(1. 2N G 2k +1. 4N Qk ) 1. 2g k
[H ]=ϕAf -⎢1. 2N G 2k +0. 9⨯1. 4(∑N Qk +wk ϕA ) ⎥W 1. 2g k ⎡M ⎤
其中:A 立杆净截面面积 A = 4.89 cm2
W 钢管截面抵抗矩 W = 5.078 cm3
f 钢管立杆抗压强度设计值 f= 205 N/mm2
gk 每米立杆承受的结构自重标准值 gk=0.1295 kN/m
NQK 活荷载标准值 NQK=2.25 kN
Mwk 计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩 Mwk=0.073 kN.m
NG2K 构配件自重标准值产生的轴向力 NG2K =0.5058 kN
φ 轴心受压杆件稳定系数 φ = 0.172
经计算,不组合风荷载最大搭设高度 :
Hs=(0.172×489×205÷1000-(1.2×0.5058+1.4×2.25)) ÷(1.2×0.1295)=86.8m
组合风荷载最大搭设高度:
Hs=(0.172×489×205÷1000-(1.2×0.5058+0.9×1.4×(2.25+0.073×0.172×489÷5.078÷10000))) ÷(1.2×0.1295)=88.8 m
最大搭设高度应该取上式中的较小值 Hs=86.8m
由于搭设高度Hs 大于等于26m, 所以按下式调整:
[H ]=H S 1+0. 001H S
经计算得到脚手架高度限值为 [H]=86.8m
调整后的高度不宜超过50m, 故:脚手架最大高度应为50m 。
8 连接件的计算
(1)、风荷载产生的连墙件轴向力设计值按照下式计算:
N lw =1. 4⋅w k ⋅A W
其中:wk 风荷载基本风压值,wk=0.121 kN/m2
Aw 单个连接件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积:
Aw=1.5×3×1.8×3=16.2 m2
经计算得到:风荷载产生的连墙件轴向力设计值 Nlw=1.4×0.121×16.2=2.7 kN
(2)、连接件的轴向力计算值应按照下式计算:
N l =N lw +N 0
其中 No 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力;取N 0=5 kN
Nlw 风荷载产生的连墙件轴向力设计值 Nlw=2.7 kN
经计算得到:连墙件轴向力计算值Nl=2.7+5=7.7 kN
(3)、连接件轴向力设计值
N f =ϕA [f ]
其中:φ 轴心受压立杆的稳定系数, 由长细比 λ 查表得到φ=0.573
A 立杆净截面面积 A = 4.89 cm2
[f] 钢管的强度设计值 [f] = 205 N/mm2
经过计算得到Nf=0.573×(4.89×100) ×205÷1000=57.44 kN
长细比 λ 计算:
λ=l i
其中: l 计算长度 l = 1.6 m
i 钢管回转半径 i = 1.58 cm
经过计算, 立杆的长细比 λ=1.6×100÷1.58=102
计算结果:连接件轴向力计算值小于连接件的轴向力设计值;满足要求 连接件轴向力计算值小于扣件抗滑承载力, 满足要求
9 立杆的地基承载力计算
1、立杆基础底面的平均压力
N P A
其中:N 上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 N=9.366 kN
A 基础底面面, 取钢管直接搭设在承台基面A=4.89 cm2
经计算得到立杆的地基承载力 P=9366÷489=19.2 N/mm2
计算结果:立杆基础底面的平均压力小于承台混凝土抗压强度设计值40N/mm2;满足要求