扣件式鋼管腳手架設(shè)計(jì)實(shí)例解析

1、扣件式鋼管腳手架設(shè)計(jì)實(shí)例解析. 、/一1. 前言根據(jù)建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)（JGJ59-99對(duì)外腳手架的規(guī)定：提岀逐步淘汰毛竹腳手架，積極推廣扣件式鋼管腳手架。建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JG130-2001 ）對(duì)扣件式鋼管腳手架的設(shè)計(jì)原則和計(jì)算方法都作了規(guī)定。筆者將以該規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)地對(duì)扣件式鋼管腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算 和使用過程中應(yīng)注意的有關(guān)事項(xiàng)，作一解析。2. 工程實(shí)例概況黃巖東河嘉苑商住樓 13#樓，建筑面積為15000m2，（三幢樓地下室全部連通，地下室呈L形），最高建筑物 3#樓檐口高度為 19.8m， 1#樓.2#樓北側(cè)腳手架和 3#樓南側(cè)腳手架搭設(shè)在地下室頂板

2、上。3. 腳手架設(shè)計(jì)3.1 計(jì)算參數(shù)的確定（ 1 ）架體尺寸。立桿橫距 lb=800mm ，縱距 la=1500mm ，步距 h=1800mm 。搭設(shè)高度 21.3m （取 3#樓為 計(jì)算對(duì)象），立桿底部墊設(shè)槽鋼。2 ）架體構(gòu)件見表3）圍檔材料。采用 2000 目安全網(wǎng)，全高封閉，擋風(fēng)系數(shù) 0.6，自重標(biāo)準(zhǔn)值 5N/m2（6）基本風(fēng)壓。臺(tái)州地區(qū)基本風(fēng)壓為3 0=0.55kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)卩z=1.31,腳手架風(fēng)荷載體型系數(shù)卩 s=0.11573.2 橫向、縱向水平桿計(jì)算式中的M 彎矩設(shè)計(jì)值，按 M = 1.2MGK為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩。W 載面模量。f鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， f

3、=205N/mm2（ 1 ）橫向水平桿的抗彎強(qiáng)度計(jì)算橫向水平桿的內(nèi)力按簡支計(jì)算，計(jì)算跨度取立桿的橫距l(xiāng)b=800mm ，腳手架橫向水平桿的構(gòu)造計(jì)算外0.136kN/m （縱距 1.5m，步距 1.8m），腳手伸長度 a=300mm ， a1=100mm 。 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值 gk 包括每米立桿承受的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值 板片重標(biāo)準(zhǔn)值 0.35kN/m2 和欄桿與擋板自重標(biāo)準(zhǔn)值 0.14kN/m （如圖 1） 740)this.width=740"border=undefined>圖1結(jié)構(gòu)自重計(jì)算簡圖gk=0.136+0.35 X 1.2+0.14=0.696kN/mMA=1/2gka2

4、=1/2X 696X 0.32=31.32NmMB=1/2gka21=1/2X 696X 0.12=3.48NmMA-MB=31.32-3.48=27.84NmMGK=gk/2lb/2-(MA-MB)/gkl2b-MA=696/2 X 0.8/2-(27.84/696 X 0.8)2-31.32=11.32Nm 施工均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk=3kN/m2X 0.75=2.25kN/m740)this.width=740"border=undefined>圖 2 施工荷載計(jì)算簡圖MQK=Qkl2b/8=1/8X2250X0.82=180NmM=1.2MGk+1.4MQK=1X.211

5、.31+1.4X180=265.57Nm(T =M/W=265.57X 103/5.08 X 103=52.28N/mm2 v f=205N/mm2所以橫向水平桿滿足安全要求。(2)縱向水平桿的抗彎強(qiáng)度按圖3三跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨度取縱距l(xiāng)a=1500mm。F為縱向水平跨中及支座處的最大荷載，分別按靜載P和活載Q進(jìn)行計(jì)算，作用在支座上的F力在彎矩計(jì)算時(shí)可以不用考慮。740)this.width=740"border=undefined> 考慮靜載情況P=gk(lb+a-a1)/2lb=696 X (0.8+0.3+0.1) X (0.8+0.3-0.1)/(2 X 0.8)=5

6、22N圖4 靜載布置情況考慮跨中和支座最大彎矩。740)this.width=740"border=undefined>圖4 靜載狀況下計(jì)算簡圖M1=0.175PlaMB=Mc=-0.15P/a 考慮活荷載情況Q=1/2qklb=1/2 X2250X0.8=900N按圖 5、 6 兩種活載最不利位置考慮跨中最大彎矩。740)this.width=740"border=undefined>圖 5 活載最不利狀況計(jì)算簡圖 740)this.width=740"border=undefined>圖 6 活載最不利狀況計(jì)算簡圖M1=0.213Qla按圖

7、7、 8 兩種活荷載最不利位置考慮支座最大彎矩。740)this.width=740"border=undefined>圖 7 活載最不利狀況計(jì)算支座彎矩740)this.width=740"border=undefined>圖 8 活載最不利狀況計(jì)算支座彎矩MB=MC=-0.175Qla根據(jù)以上情況分析，可知圖 4 與圖 5（或圖 6）這種靜載與活載最不利組合時(shí)M1 跨中彎矩最大。MGK=0.175P/a=0.175X 522X 1.5=137.03NmM=1.2MGK+1.4MQK=1<2137.03+1.4 X 287.55 = 567.01Nm(T

8、 =M/W=567.0X 1000/5.08 X 1000=111.6N/mm2 v f=205N/mm2，縱向水平桿抗彎符合要求u< U為容許撓度，按規(guī)范要求取1/1501 ）橫向水平桿的撓度 考慮靜載情況（圖 1 ）K1=4MA/qkl2b=4X31.32/696 X0.82=0.28K2=4MB/qkl2b=4X 3.48/696 X 0.82=0.03K1、K2值采用插入法求得系數(shù)查建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)中梁在均布荷載作用下的最大撓度表，用U 1=0.1972 X qkl4a/24EIE為鋼材的彈性模量，E=2.06X 105N/mm2I$ 48X 3.5mm鋼管的慣性矩。I=12

9、.19cm4 考慮活載情況（圖 2）U 2=5qkl4b/384EI 兩種情況疊加，得U =U 1+U 2=0.1972 X gkl4b/24EI+5gkl4b/38EI=0.197-3XX8060946/X2410X2.06 X105X12.9 X104+5X2250X8004/384 X2.06105 X 12.19 X 104=0.57mrtb/150=180/150=5.33mm所以橫向水平桿的撓度滿足要求。（ 2）縱向水平桿的撓度 考慮靜載情況（圖4）U 1=1.146XPl2a/100EI 考慮活載情況（圖3）U 2=1.615XQl2a/100EI兩種情況加，得U =U 1+U

10、2=1.146XPl3b/100EI+1.615 XQl3a/100EI=l3b（1.146P+1.615Q）/100EI=15003X (1.146 X 522+1.615X 900)/100 X 2.06 X 105X 12.19 X 104=2J76mmt60=1500/150=10mm所以縱向水平桿的撓度滿足要求。R< Rc式中R為縱向水平桿傳給立桿的豎桿作用力設(shè)計(jì)值，Rc為扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值，按規(guī)范表取Rc=8.00kN縱向水平桿與立桿連接時(shí)扣件受到的垂直作用力包括貼立桿的橫向水平桿載F和M1在扣件處引起的與 F同向的最大剪力 V 之和。F=1.2P+1.4Q=1.2 X 5

11、22+1.4 X 900=1886.4IN 8kNV=1.2+0.65P+1.4X0.575Q=1.2X0.65X522+1.2X0.575X900=1131.66NR=F+V=1886.4+1131.66=3018.06N v 8kN所以縱向水平桿與立桿連接時(shí)扣件的抗滑承載力滿足安全要求。3.3 立桿的穩(wěn)定計(jì)算立桿的穩(wěn)定計(jì)算按下列公式計(jì)算N/巾A+Mw/VV f ,式中N為計(jì)算立桿段的軸向力設(shè)計(jì)值，巾為軸向受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。A為一立桿的截面面積， Mw 為計(jì)算立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩，W 為截面模量，鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205N/mm23.3.1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk=0.7 卩 z

12、 卩 aw0=0.7X 1.31 X 0.1157 X 0.55=0.058kN/m2Mk=0.85X 1.4wklah2/10 = 0.85 X 1.4 X 0.058 X 1000X 1.5 X 1.82/10=33.55Nm軸向受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)巾，根據(jù)立桿長細(xì)比入規(guī)范用表取值，當(dāng)心250時(shí)，按7320/入2計(jì)算。計(jì)算長度lo=k卩h式中k為計(jì)算長度附加系數(shù)，取k=1.155 ;卩為考慮腳手架整體因數(shù)的單桿計(jì)算長度系數(shù)，按規(guī)范用表取卩=1.5h為立桿步距。lo=k卩h=1.155 X 1.5 X 1.8=3.12n立桿的長細(xì)比入=lo/I i為截面回轉(zhuǎn)半徑，查表得$ 48 X 3.5mr

13、鋼管 i=1.58cm。入=lo/l=3.12/0.0158=197.5，根據(jù)立桿長細(xì)比查得穩(wěn)定系數(shù)為0.1853.3.4 立桿段的軸向設(shè)計(jì)值N=1.2(NG1K+NG2K)+0.8X 1.4 E NQK(1)腳手架結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力NG1k本工程腳手架共 12步，實(shí)際腳手架高度H=12X 1.8=21.6mNG1K=23.4X0.1734=3.745kN=3745N每個(gè)立桿段需要 3 個(gè)直接扣件， 13 個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件，則：NG2KE 18.4+13 X 14.6=245N(3)施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸力總和內(nèi)力匸NQK外立桿可按一縱距內(nèi)施工荷載的總和的 1/2 取值E NQK=300X0

14、.8 X 1.5 X 1/2=1800NN=1.2(NG1K+NG2K)=0.8X 1.4 E NQK=1.2X(3745+245)+0.85 X1.4X1800=6930N圖9 地下室頂板驗(yàn)算示意圖3.3.5 驗(yàn)算立桿的穩(wěn)定性N/ 巾 A+Mw/W=6930/(0.185X 486)+33.55 X 103/(5.08 X 103)=83.21N/mm2v f=205N/mm2 所以立桿穩(wěn)定性滿足要 求。3.4.1 基本參數(shù)1) 邊界條件(左端 /下端 /右端 /上端) ：參見圖 92) 荷載：均布荷載設(shè)計(jì)值： q=7.310kN/m3) 幾何參數(shù)：寬度： lx=3600(mm) 長度： l

15、y=6200(mm) 板厚： h=200(mm)(4)材料特性：混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C30鋼筋等級(jí)：二級(jí)(V $ 253.4.2 計(jì)算結(jié)果：(1)彎距值： Mx=3.651kNmMy=1.237kNmMxo = -7.590kNmMyo = -5.410kNm2) lx 向配鋼筋：計(jì)算面積： 66.42mm2 可選方案： $ 122003) lx 向配鋼筋：計(jì)算面積： 22.45mm2 可選方案： $ 12200設(shè)計(jì)實(shí)際選用 #12150，滿足要求。3.5 連續(xù)梁驗(yàn)算幾何數(shù)據(jù)及材料特性混凝土：C30主筋：二級(jí)(V $ 25箍筋：一級(jí) 3.5.2 內(nèi)力及配筋1）內(nèi)力包絡(luò)圖（ 2 ）截面內(nèi)力及配筋0 支座：彎矩 6.51kN/m ，荷載組合 1剪力 14.09kN ，荷載組合 1上鋼筋：2$12,計(jì)算面積： 216.00mm2下鋼筋：2$ 12,計(jì)算面積： 216.00mm2設(shè)計(jì)為4 $ 20,滿足要求1跨中：彎矩1.73kN m,荷載組合1剪力14.09kN，荷載組合1撓度 0.38mm ,裂縫 0.02mm上鋼筋：2$ 12,計(jì)算面積： 216.00mm2下鋼筋：2$ 12,計(jì)算面積： 216.00mm2箍筋： $ 650,設(shè)計(jì)為 4$ 22,滿足要求。1 支座：彎矩 1.03kN/m ，荷載組合 1剪力 0.53kN ，荷載組合 1上鋼筋：2$ 12,計(jì)算面積：