悬挑脚手架施工方案缪四军编制[001]

普通型钢悬挑脚手架方案 中国农业银行宿迁分行办公楼工程； 工程建设地点:发展大道以东，霸王举鼎广场南侧；属于框架结构； 地上16层； 地下1层；建筑高度：63m；标准层层高：3.5m ；总建筑面积：16263.8平方米；总工期：360天。 本工程由江苏中豪置业有限责任公司投资建设，江苏政泰建筑设计有限公司设计，江苏华信勘测设计有限公司地质勘察，淮安市淮工监理咨询有限公司监理，南通建工集团股份有限公司组织施工；由袁孝建担任项目经理，缪四军担任技术负责人。根据本工程的特点，主楼采用分段悬挑脚手架，单段悬挑脚手架搭设高度不大于18m。本方案按悬挑18m双排钢管脚手架验算。 脚手架搭设工艺流程： 平整场地夯实→铺脚手板→树立杆→接小黄杆→接大黄杆→搭设剪刀撑→铺竹片→绑扎外栏杆和竹笆→挂安全网 型钢悬挑扣件式钢管脚手架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)、《建筑施工安全检查评分标准》(JGJ59-99)、《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91) 以及本工程的施工图纸。 一、参数信息 1.脚手架参数 双排脚手架搭设高度为 18 m，立杆采用单立杆； 搭设尺寸为：立杆的纵距为 1.5m，立杆的横距为1.05m，立杆的步距为1.8 m； 内排架距离墙长度为0.25 m； 大横杆在上，搭接在小横杆上的大横杆根数为 2 根； 采用的钢管类型为 Φ48×3.0； 横杆与立杆连接方式为单扣件； 连墙件布置取两步两跨，竖向间距 3.6 m，水平间距3 m，采用扣件连接； 连墙件连接方式为双扣件； 2.活荷载参数 施工均布荷载(kN/m2):3.000；脚手架用途:结构脚手架； 同时施工层数:1 层； 3.风荷载参数 本工程地处江苏宿迁，基本风压0.4 kN/m2； 风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs 为0.214； 4.静荷载参数 每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):0.1248； 脚手板自重标准值(kN/m2):0.300；栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):0.150； 安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):0.005；脚手板铺设层数:4 层； 脚手板类别:竹笆片脚手板；栏杆挡板类别:竹笆片脚手板挡板； 5.水平悬挑支撑梁 悬挑水平钢梁采用18号槽钢，其中建筑物外悬挑段长度1.5m，建筑物内锚固段长度 2.3 m。 锚固压点压环钢筋直径(mm):20.00； 楼板混凝土设计标号≥C30，计算取C30； 6.拉绳与支杆参数 悬挑水平钢梁采用悬臂式结构，没有钢丝绳或支杆与建筑物拉结。 二、大横杆的计算 按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)第5.2.4条规定，大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。将大横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。 1.均布荷载值计算 大横杆的自重标准值:P1=0.033 kN/m ； 脚手板的自重标准值:P2=0.3×1.05/(2+1)=0.105 kN/m ； 活荷载标准值: Q=3×1.05/(2+1)=1.05 kN/m； 静荷载的设计值: q1=1.2×0.033+1.2×0.105=0.166 kN/m； 活荷载的设计值: q2=1.4×1.05=1.47 kN/m； 图1 大横杆设计荷载组合简图(跨中最大弯矩和跨中最大挠度) 图2 大横杆设计荷载组合简图(支座最大弯矩) 2.强度验算 跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。 跨中最大弯距计算公式如下: M1max = 0.08q1l2 + 0.10q2l2 跨中最大弯距为 M1max=0.08×0.166×1.52+0.10×1.47×1.52 =0.361 kN·m； 支座最大弯距计算公式如下: M2max = -0.10q1l2 - 0.117q2l2 支座最大弯距为 M2max= -0.10×0.166×1.52-0.117×1.47×1.52 =-0.424 kN·m； 选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算： σ =Max(0.361×106,0.424×106)/4490=94.432 N/mm2； 大横杆的最大弯曲应力为 σ = 94.432 N/mm2 小于 大横杆的抗弯强度设计值 [f]=205 N/mm2，满足要求！ 3.挠度验算 最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。 计算公式如下： νmax = (0.677q1l4 + 0.990q2l4)/100EI 其中：静荷载标准值: q1= P1+P2=0.033+0.105=0.138 kN/m； 活荷载标准值: q2= Q =1.05 kN/m； 最大挠度计算值为：ν = 0.677×0.138×15004/(100×2.06×105×107800)+0.990×1.05×15004/(100×2.06×105×107800) = 2.583 mm； 大横杆的最大挠度 2.583 mm 小于 大横杆的最大容许挠度 1500/150 mm与10 mm，满足要求！ 三、小横杆的计算 根据JGJ130-2001第5.2.4条规定，小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。用大横杆支座的最大反力计算值作为小横杆集中荷载，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。 1.荷载值计算 大横杆的自重标准值：p1= 0.033×1.5 = 0.05 kN； 脚手板的自重标准值：P2=0.3×1.05×1.5/(2+1)=0.158 kN； 活荷载标准值：Q=3×1.05×1.5/(2+1) =1.575 kN； 集中荷载的设计值: P=1.2×(0.05+0.158)+1.4 ×1.575 = 2.454 kN； 小横杆计算简图 2.强度验算 最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和； 均布荷载最大弯矩计算公式如下: Mqmax = ql2/8 Mqmax = 1.2×0.033×1.052/8 = 0.006 kN·m； 集中荷载最大弯矩计算公式如下: Mpmax = Pl/3 Mpmax = 2.454×1.05/3 = 0.859 kN·m ； 最大弯矩 M = Mqmax + Mpmax = 0.864 kN·m； 最大应力计算值 σ = M / W = 0.864×106/4490=192.514 N/mm2 ； 小横杆的最大弯曲应力 σ =192.514 N/mm2 小于 小横杆的抗弯强度设计值 205 N/mm2，满足要求！ 3.挠度验算 最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和； 小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下: νqmax = 5ql4/384EI νqmax=5×0.033×10504/(384×2.06×105×107800) = 0.024 mm ； 大横杆传递荷载 P = p1 + p2 + Q = 0.05+0.158+1.575 = 1.782 kN； 集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下: νpmax = Pl(3l2 - 4l2/9)/72EI νpmax = 1782.45×1050×(3×10502-4×10502/9 ) /(72×2.06×105×107800) = 3.298 mm； 最大挠度和 ν = νqmax + νpmax = 0.024+3.298 = 3.322 mm； 小横杆的最大挠度为 3.322 mm 小于 小横杆的最大容许挠度 1050/150=7与10 mm,满足要求！ 四、扣件抗滑力的计算 按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN，该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。 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(《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5): R ≤ Rc 其中 Rc -- 扣件抗滑承载力设计值,取8.00 kN； R -- 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值； 大横杆的自重标准值: P1 = 0.033×1.5×2/2=0.05 kN； 小横杆的自重标准值: P2 = 0.033×1.05/2=0.017 kN； 脚手板的自重标准值: P3 = 0.3×1.05×1.5/2=0.236 kN； 活荷载标准值: Q = 3×1.05×1.5 /2 = 2.362 kN； 荷载的设计值: R=1.2×(0.05+0.017+0.236)+1.4×2.362=3.672 kN； R < 8.00 kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 五、脚手架立杆荷载的计算 作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括以下内容： (1)每米立杆承受的结构自重标准值，为0.1248kN/m NG1 = [0.1248+(1.50×2/2)×0.033/1.80]×18.00 = 2.746kN； (2)脚手板的自重标准值；采用竹笆片脚手板，标准值为0.3kN/m2 NG2= 0.3×4×1.5×(1.05+0.2)/2 = 1.17 kN； (3)栏杆与挡脚手板自重标准值；采用竹笆片脚手板挡板，标准值为0.15kN/m NG3 = 0.15×4×1.5/2 = 0.45 kN； (4)吊挂的安全设施荷载，包括安全网:0.005 kN/m2 NG4 = 0.005×1.5×18 = 0.135 kN； 经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3+NG4 = 4.501 kN； 活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。经计算得到，活荷载标准值 NQ = 3×1.05×1.5×1/2 = 2.362 kN； 考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为 N = 1.2 NG+0.85×1.4NQ = 1.2×4.501+ 0.85×1.4×2.362= 8.212 kN； 不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为 N'=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.501+1.4×2.362=8.709kN； 六、立杆的稳定性计算 风荷载标准值按照以下公式计算 Wk=0.7μz·μs·ω0 其中 ω0 -- 基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：ω0 = 0.4 kN/m2； μz -- 风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用：μz= 0.74； μs -- 风荷载体型系数：取值为0.214； 经计算得到，风荷载标准值为: Wk = 0.7 ×0.4×0.74×0.214 = 0.044 kN/m2； 风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW 为: Mw = 0.85 ×1.4WkLah2/10 = 0.85 ×1.4×0.044×1.5×1.82/10 = 0.026 kN·m； 考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式 σ = N/(φA) + MW/W ≤ [f] 立杆的轴心压力设计值 ：N = 8.212 kN； 不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式 σ = N/(φA)≤ [f] 立杆的轴心压力设计值 ：N = N'= 8.709kN； 计算立杆的截面回转半径 ：i = 1.59 cm； 计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得 ： k = 1.155 ； 计算长度系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)表5.3.3得 ：μ = 1.5 ； 计算长度 ,由公式 l0 = kuh 确定：l0 = 3.118 m； 长细比: L0/i = 196 ； 轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比 lo/i 的结果查表得到 ：φ= 0.188 立杆净截面面积 ： A = 4.24 cm2； 立杆净截面模量(抵抗矩) ：W = 4.49 cm3； 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2； 考虑风荷载时 σ = 8212.455/(0.188×424)+25644.058/4490 = 108.738 N/mm2； 立杆稳定性计算 σ = 108.738 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！ 不考虑风荷载时 σ = 8708.58/(0.188×424)=109.251 N/mm2； 立杆稳定性计算 σ = 109.251 N/mm2 小于 立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！ 七、连墙件的计算 连墙件的轴向力设计值应按照下式计算： Nl = Nlw + N0 连墙件风荷载标准值按脚手架顶部高度计算μz＝0.92，μs＝0.214，ω0＝0.4， Wk = 0.7μz·μs·ω0=0.7 ×0.92×0.214×0.4 = 0.055 kN/m2； 每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw = 10.8 m2； 按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)5.4.1条连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力(kN), N0= 5.000 kN； 风荷载产生的连墙件轴向力设计值(kN)，按照下式计算： Nlw = 1.4×Wk×Aw = 0.834 kN； 连墙件的轴向力设计值 Nl = Nlw + N0= 5.834 kN； 连墙件承载力设计值按下式计算： Nf = φ·A·[f] 其中 φ -- 轴心受压立杆的稳定系数； 由长细比 l/i = 250/15.9的结果查表得到 φ=0.958，l为内排架距离墙的长度； A = 4.24 cm2；[f]=205 N/mm2； 连墙件轴向承载力设计值为 Nf = 0.958×4.24×10-4×205×103 = 83.269 kN； Nl = 5.834 < Nf = 83.269,连墙件的设计计算满足要求！ 连墙件采用双扣件与墙体连接。 由以上计算得到 Nl = 5.834小于双扣件的抗滑力 12 kN，满足要求！ 连墙件扣件连接示意图 八、悬挑梁的受力计算 悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算 悬出端C受脚手架荷载N的作用，里端B为与楼板的锚固点，A为墙支点。 悬臂单跨梁计算简图 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 = m/l,k1 = m1/l,k2 = m2/l。 本方案算例中，m =1.5 m，l = 2.3 m，m1 = 0.25 m，m2 = 1.3 m； 水平支撑梁的截面惯性矩I = 1369.9 cm4，截面模量(抵抗矩) W = 152.2 cm3。 受脚手架作用集中强度计算荷载 N=1.2NG+1.4NQ=1.2×4.501+1.4×2.362=8.709kN； 水平钢梁自重强度计算荷载 q=2.93×10-3×78.5 =0.23 kN/m； k=1.5/2.3=0.652 k1=0.25 / 2.3 = 0.109 k2=1.3 / 2.3 = 0.565 代入公式，经过计算得到 支座反力 RA = 23.663 kN 支座反力 RB = -5.717 kN 最大弯矩 MA = 13.757 kN·m 最大应力 σ = 13756966.312 /( 1.05 ×152200 )= 86.083 N/mm2 水平支撑梁的最大应力计算值 86.083 N/mm2 小于 水平支撑梁的抗压强度设计值 215 N/mm2,满足要求! 最大挠度 νmax= 6.354 mm 按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录A结构变形规定，受弯构件的跨度对悬臂梁为 悬伸长度的两倍，即 2600 mm 水平支撑梁的最大挠度 6.354 mm 小于 水平支撑梁的最大容许挠度 2600/400 mm,满足要求! 九、悬挑梁的整体稳定性计算 水平钢梁采用18号槽钢,计算公式如下 σ = M/φbWx ≤ [f] 其中φb -- 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算： φb = (570tb/lh)×(235/fy) 经过计算得到最大应力φb = (570tb/lh)×(235/fy)=570 ×10.5×70× 235 /( 3000×180×235) = 0.78 由于φb大于0.6，根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B，得到 φb值为0.71。 经过计算得到最大应力 σ = 13.757×106 /( 0.71×152200 )= 127.933 N/mm2； 水平钢梁的稳定性计算 σ = 127.933 小于 [f] = 215 N/mm2 ,满足要求! 十、锚固段与楼板连接的计算 水平钢梁与楼板压点如果采用压环，拉环强度计算如下 水平钢梁与楼板压点的拉环受力 R=5.717 kN； 压环钢筋的设计直径D=20mm； 水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为: σ = N/2A ≤ [f] 其中 [f] 为拉环钢筋抗拉强度，按照《混凝土结构设计规范》10.9.8 每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2； A=πD2/4=3.142×202/4=314.159mm2 σ=N/2A=5716.874/314.159×2=9.099N/mm2； 水平钢梁与楼板压点的拉环一定要压在楼板下层钢筋下面，并要保证两侧30cm以上搭接长度。 拉环所受应力小于50N/mm2，满足要求！