2013爬架计算书改

爬架计算书二○一三年四月前言本计算书将反映爬架系统关键部件的受力状况、强度及稳定性等计算内容。主要计算根据是建设部《建筑施工附着式升降脚手架管理暂行规定》和《JGJ202—2010建筑施工工具式脚手架安全技术规范》。计算单元的选取原则是符合《JGJ202—2010建筑施工工具式脚手架安全技术规范》规定。①桁架导轨式爬架设计支承跨度7.0m,选择计算单元的跨度为6.9m。②桁架导轨式爬架设计架体全高与支承跨度乘积一般小于110m2。设计架体高度14.4m，架体高度与支承跨度乘积：14.4m×6.9m=99.36㎡110㎡。③架体内外排立杆中心距为0.75米，步高为1.8米。综上所述,本设计计算书选取一支承跨度6.9m的一榀脚手架作为计算单元。爬架计算书一、相关术语1、竖向主框架：由横梁、斜杆、立杆构成的空间桁架结构体系，用于构造爬架架体，垂直于建筑物外立面，并与附着支承结构相连，主要承受和传递竖向和水平荷载的竖向框架。2、水平支承桁架：用于构造爬架架体，主要承受架体竖向荷载，并将竖向载荷传递至竖向主框架和附着支承结构的水平结构。3、附着支承结构：直接与工程结构相连，承受并传递脚手架荷载的支承结构。4、支承跨度：两相邻竖向主框架中心轴线之间的距离。5、脚手架高度：架体最底层杆件轴线至架体最上层横杆（护栏）轴线间的距离。6、防坠装置：架体在升降和使用过程中发生意外坠落的制动装置。7、防倾覆装置：防止架体在升降和使用过程中发生倾覆的装置。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、水平支承桁架、作业层脚手板、安全网、提升机构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：风压标准值按照规范计算确定。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（2）恒载分项系数γG取1.2；活荷载分项系数γQ取1.4（3）附加荷载不均匀系数γ1取1.3,γ2取2.0（8）竖向主框架和水平支承桁架压杆λ≤150拉杆λ≤300（5）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）钢丝绳安全系数升降系统用S=6.0斜拉卸荷用S=6.0三、计算方法本《计算书》中架体结构和附着支承结构按照“概率极限状态法”进行计算。承载力设计表达式为：γ0S≤R式中：γ0—结构重要性系数，取0.9S—荷载效应R—结构抗力按照“概率极限状态法”进行设计时，按承载力极限状态设计的计算荷载取荷载的设计值；按使用极限状态设计的计算荷载取荷载的标准值。升降动力设备、吊具、索具按“容许应力设计法”进行设计计算，取强度容许值，计算表达式为：σ≤[σ]式中：σ—设计应力[σ]—容许应力计算荷载的传递过程架体荷载→水平支承桁架→竖向主框架→附着支承结构→建筑结构有些安全措施是由水平支承桁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。四、爬架结构分类及特点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桁架：采用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：附着支承结构（预埋件、穿墙螺栓、垫板、销轴等）、底座（包含防坠装置）、防倾及导向装置（附墙导向座）、承重装置（卸荷座、花篮螺栓以及连墙装置）、提升装置（提升座）。4.自身提升设备：电动葫芦、电控柜、电缆线。五、荷载标准值计算(一)、恒荷载恒载即脚手架结构及其上附属物自重，包括立杆、大横杆、小横杆、剪刀撑、护栏、扣件、安全网、脚手板(挡脚板)、电闸箱、控制箱、竖向主框架、水平支承桁架、安装在脚手架上的爬升装置自重等。⑴、脚手板自重计算脚手板采用50mm厚的木板，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0.35kN/ｍ2。①单层脚手板自重：6.9ｍ×1.0ｍ×0.35kN/ｍ2=2.42kN②三层脚手板自重：2.42kN×3层=7.26kN③五层脚手板自重：2.42kN×5层=12.1kN⑵、挡脚板自重计算在脚手板铺设层架体的外排搭设180mm高、50mm厚的木板作为挡脚板，挡脚板线荷载取0.14kN/m，则有：①单层自重：6.9ｍ×0.14kN/ｍ=0.97kN②三层自重：0.97kN×3层=2.91kN③五层自重：0.97kN×5层=4.85kN⑶、竖向主框架自重计算一套竖向主框架包括1个底座(单重84.57kg)，1个提升座(单重43.6kg)，7个横梁(单重14.6kg)，14根斜杆(单重4.95kg)，1根导轨(单重159.1kg)，4根立杆(每根长度14.4m)，即为：(84.57＋43.6＋14.6×7＋4.95×14＋159.1)×10×10-3＋4×14.4×0.0384﹦6.8kN⑷、安全网自重计算外排架外侧面、脚手板下面均铺设密目式安全网，重量系数为0.005kN/ｍ2。(14.4×6.9＋1.0×6.9×3层)×0.005kN/ｍ2＝0.6kN⑸、水平支承桁架自重计算水平支承桁架如下图所示：中间框架主框架斜杆X150横杆H180斜杆X180水平支承桁架自重计算如下表：序号名称数量(根)单重(kN)总重(kN)1横杆H180120.1121.3442横杆H15040.0930.3723斜杆X18060.1540.9244斜杆X15020.1410.2825中间框架3套0.3310.9936螺栓M20×4080条0.00150.127螺母M2080个0.000680.0544合计总重（kN）4.09⑹、安装于架体上的爬升机构和卸荷机构的自重计算包括电动葫芦，卸荷座3个，电闸箱和电控箱，即：0.85＋10.56×3×10×10-3＋0.5＝1.67kN⑺、脚手架架体自重计算导轨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Φ48×3.5，重量系数为0.0384kN/m，直角扣件0.0132kN/个，旋转扣件0.0146kN/个，对接扣件0.0184kN/个。①大横杆7×2×6.9×0.0384＝3.7kN②护身杆8×6.9×0.0384＝2.1kN③立杆2×3×(14.4-1.8)×0.0384＝2.9kN④小横杆（包括脚手板铺设层小横杆加密）(7×3＋3×3)×1.0×0.0384＝1.15kN⑤剪刀撑12根×6m/根×0.0384＝2.76kN⑥扣件每根立杆对接扣件2个，每根大横杆、护身杆直角扣件5个、对接扣件1个，每根小横杆直角扣件2个；剪刀撑每根旋转扣件7个。直角扣件：（22×5＋21×2）×0.0132＝2.0kN旋转扣件：2×7×0.0146＝0.2kN对接扣件：（6×2＋22×1）×0.0184＝0.63kN所以脚手架结构自重为：3.7＋2.1＋2.9＋1.15＋2.76＋2.83＝15.4kN以上各项合计为恒荷载(结构施工时实际只铺设3层脚手板):GK＝7.26＋2.91＋6.8＋0.6＋4.09＋1.67＋15.4＝38.7kN(二)、活荷载⑴施工荷载1.使用工况下，结构施工时，按2层作业层3kN／ｍ2计算，装修施工时，按3层作业层2kN／ｍ2计算。QK＝6.9m×0.75m×6kN/ｍ2=31.1kN2.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：QK＝6.9m×0.75m×2层×0.5kN/ｍ2=5.2kN装修施工时：QK＝6.9m×0.75m×3层×0.5kN/ｍ2=7.8kN⑵风荷载计算按下式计算:Wk=βz·μs·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《建筑结构设计规范》可得μz=2.61。wo——基本风压。应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》附录中n＝10年的规定采用。取wo=0.4kN/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”，故取μs=1.3φ，其中φ为挡风系数。按照规范取φ=0.8，μs=1.3φ=1.04。βz——风振系数，取1.0。风荷载标准值:Wk＝βz·μs·μz·Wo＝1.0×1.04×2.61×0.4＝1.09kN/m2六、竖向主框架计算竖向主框架在使用工况下，同时承受竖向荷载（恒载+施工活荷载）和风荷载，且均比升降工况下相应荷载要大的多，故仅对主框架的使用工况进行计算，取一片主框架为计算对象。(一)、主框架在竖向荷载作用下的计算：在使用工况下，每片主框架承受竖向荷载设计值为：2)(01kQkGQGP设式中：γ0—结构重要性系数，γ0=0.9γG、γQ—恒载、活载分项系数，γG=1.2,γQ=1.4γ1—附加荷载不均匀系数，在使用工况下取γ1=1.3GK、QK—恒载标准值、施工荷载标准值所以有P设=1.3×0.9×(1.2×38.7＋1.4×31.1)/2＝52.6kN主框架所承受竖向荷载设计值由内外侧立柱各承担1/2，即每根立杆承受的竖向荷载值为：P设/2=26.3kN。(二)、主框架在风荷载作用下的计算：主框架内侧节点均通过横梁用螺栓连接在导轨上，两片主框架共同承担一跨脚手架间的风荷载，即每片主框架承担竖向线风荷载（标准值）为：q风=1.09kN/m2×6.9m/2＝3.76kN/m。将线风荷载（标准值）简化为作用在主框架外侧节点上的水平集中荷载。即：3.76kN/m×1.8m＝6.77kN由上可得主框架在竖向荷载和风荷载作用下的受力简图为：ARCBDSTUVWXZEGIKMOFJLNHY竖向主框架受力简图3.39kN6.77kN3.39kN26.3kN26.3kN6.77kN6.77kN6.77kN6.77kN6.77kN6.77kN通过SAP2000结构分析软件计算可得各杆件的轴力，如下图所示：ARCBDSTUVWXZEGIKMOFJLNHY-26.3-30-44-8.6-15-43-39.84-12.8-223-30.6-27.5-24.1-23.7-20-8.1-44-12-33.7-32.7-27.8-6-3-1-33.4杆件轴力图(单位:kN)-26.4-28.9-28.4由上图可见，在竖向荷载和风荷载共同作用下，主框架立杆MN、AB所受压力为最大，即NMN＝NAB＝44kN，为最不利受力杆件，其他杆件所受压力值都比它小，选取立杆MN为验算对象。立杆MN为受压杆件，必需验算其压杆稳定性，为了使计算偏于保守，主框架立杆采用φ48×3.0钢管进行验算。立杆稳定性验算：立杆MN所受的压力为：NMN＝44kNφ48×3.0钢管截面特性如下：A=423.9mm2ix=15.95mm。杆MN的长细比：6995.1511000mmmmilx查表的稳定系数φ=0.844，所以有：205N/mm=f＜N/mm123423.9mm0.844N10442223ANMN所以竖向主框架各杆件的受力性能均满足要求！七、水平支承桁架计算爬架的水平支承桁架分内外两片，其两端分别与竖向主框架相连，且将竖向主框架作为支座。水平支承桁架分升降、坠落、使用三种工况。显然，在使用工况下其承受竖向荷载最大，因此以下仅就它的使用工况进行计算。水平支承桁架计算跨度为6.9m。计算简图如下：ABCDEFGHIJPPPPP进行受力分析可知，水平支承桁架上部结点承受桁架本身荷载以外的全部恒载（自重）和活载（施工荷载），并由内外两片桁架共同承受，共10个节点分担。（一）、荷载计算：恒载：GK＝7.26＋2.91＋6.8＋0.6＋1.67＋15.4＝34.64kN施工活荷载载：QK＝31.1kN荷载组合：k