本脚手架宽度1.4米,小横杆采用υ48*3.5钢管,间距1.5米,一端用υ25螺栓和砼墙体连接,一端用扣件和大横杆及立杆连接,因此按两端简支梁计算。小横杆上直接承受脚手板自重、大模板重量、施工材料及操作人员等活荷载,荷载取值如下: 1、脚手板及随层安全平网等自重g=0.35KN/m2。
2、施工材料及操作人员活荷载:根据实际施工情况分两种:一是在大模板安装和拆除过程中模板穿墙螺栓、连接件等零配件和施工人员的重量,取q=1.0KN/m2,二是大模板拆除后或安装前所进行的脚手架搭设、钢筋绑扎等施工过程中材料堆放及人员活动,取q=1.5KN/m2,按两种情况分别进行计算。
3、大模板重量:大模板放置在外脚手架上,入模和拆模时自稳倾角θ=75~85°,按θ=80°计算。小横杆上靠墙处垫有120*160和100*100的两层木方,大模板放置在其上,通过这两层木方的过度作用,大模板放置时底部小横杆仍然可均匀承受模板重量,因此大模板的重量按线荷载计算,大模板高度2.95米,自重取120Kg/m2,折合成线荷载为: 2.95*120=354Kg/m=3.54KN/m 每根小横杆承受的大模板的力为 G=1.5*3.54=5.31KN 大模板支腿间距不大于1.5米,因此每根承受模板底边和支腿传给的力分别为:P1、P2 P2=G*2.95/2cosθ/1.1 P2=G-P1 将θ=80°G=5.31KN代入上式 得:P1=4.07KN P2=1.24KN
4、内力计算:小横杆承受大模板荷载P1、P2
(一)根据实际施工情况,大模板安装和拆除时模板底部紧贴墙体放置,按0.05米间距计算
(1)大模板就位放置在架体上: 支座反力:
RA=[1.2P1*1.35+1.2P2*0.25+(1.2g+1.4)*1.5*1.42/2]/1.4=6.89KN
RB=[1.2P1*0.05+1.2P2*1.15+(1.2g+1.4q)*1.5*1.42/2]/1.4=3.3KN 弯矩: MP1=RA*0.05-(1.2g+1.4q)*1.5*0.052/2=0.34KN-m MP2=RB*0.25-(1.2g+1.4q)*1.5*0.252/2=0.74KN-m 跨中M0=RA*0.70-(1.2g+1.4q)*1.5*0.702/2-P1*0.65=0.98KN-m 剪力: QA= RA=6. 89KN QB= -RB=3.3KN QP1左= (1.2g+1.4q)*1.5*0.05-RA = 6.75KN QP1右= (1.2g+1.4q)*1.5*0.05+1.2P1-RA=-1.86KN QP2左= (1.2g+1.4q)*1.5*0.25+1.2P2-RA=2.62KN QP2右= (1.2g+1.4q)*1.5*0.25-RA=-1.14KN (2)吊装就位直立时计算: 大模板安装就位后或拆模前均成垂直状态,此时对小横杆的作用力G在靠近墙体处,模板重力全部由υ25螺栓承受,小横杆承受脚
G RA
g+q 1.4
RB P1 0.05 RA
g+q 1.1
RB P2 0.25 手板及人员和施工荷载 G=1.5*2.95*120/100=5.31KN
RA=1.2G+(1.2g+1.4q)*1.5*1.4/2 RB= (1.2g+1.4q)*1.5*1.4/2 弯矩:跨中M0= (1.2g+1.4q)*1.5*1.42/8 剪力: QA= RA +G QB= -RB
将G值代入得RA=8.28KN RB=1.91KN M0=0.67KN-m QA=8.28KN QB= -1.91KN (二)架体堆载时内力计算:
大模板拆除后帮扎钢筋、搭设脚手架时由于需堆放部分材料,活荷载按q=1.5KN/m2取值计算: RA= RA=(1.2g+1.4q)*1.5*1.5/2 =2.646KN
M0=(1.2g+1.4q*1.5*1.4^2/2=0.926KN-m QA= QB= -RB=2.646KN
5、强度计算:根据以上内力分析结果,小横杆所承受的最大弯距为 M0=0.98KN-m,剪力QP1左=6.75KN,小横杆在靠墙端支座处所受的最大剪力为模板吊装就位直立时QA=8.28KN,并由υ25螺栓承受。钢管的截面特征参数如下:A=489mm2 I= 121867mm4 W=5078 mm3,钢材的弹性模量E=2.06*105,抗弯设计强度fY=205,抗剪fv=125,结构重要性系数γ0=0.9 材料强度附加分项系数γ锈蚀等影响)
钢管 抗弯σ= M/W=0.98*106/5078=193N/mm<fy/(γ
0*γm)=198m
RA
g+q
1.4
RB
=1.15 (考虑钢管
抗剪τ=2Q/A=2*6.55*1000/489=26.79N/mm2<fv/(γ
0*γm)=121
υ25螺栓抗剪 截面特征参数为:As=πd2/4=490.6 mm2
τs=Q/As=8.28*1000/490.6=16.9N/mm2<fbv=130 所以小横杆强度满足要求。
6、变形挠度验算:小横杆同时承受集中和均布两种荷载,为便于计算将集中荷载按照变形相等的原则折算成均布荷载,然后合并后计算总的跨中挠度,大模板放置在架体上成80°角时P1和P2折算成等效均布线荷载为:
qp1=24P1b/5L2 = 24*4.07*0.05/5*1.42=0.498KN/m qp2=24P2b/5L2=24*1.24*0.25/5*1.42 =0.760KN/m
总的荷载为:Q=qp1+ qp2+g+q=0.498+1.127+(0.35+1.0)*1.5=3.29KN/m 跨中最大挠度
ω=5qL4/384EI=5*3.29*14004/(384*2.06*105*121867)=6.56mm<L/150 变形满足规范要求。
7、在实际施工中,大模板安装或拆除时均能一次到位,但有时由于操作指挥失误,将模板搁置在架体上,模板底部距墙体约0.2米,现对此特殊情况进行内力和变形验算: 支座反力: RA=[1.2P1*1.2+1.2P2*0.1+(1.2g+1.4q)* 1.5*1.42/2]/1.4= 6.21KN
RB=[1.2P1*0.2+1.2P2*1.3+(1.2g+1.4q)*1.5*1.42/2]/1.4=3.99KN
0.2 RA P1 g+q P2 1.1 0.1 RB 弯矩: MP1=RA*0.2-(1.2g+1.4q)*1.5*0.22/2=1.19KN-m MP2=RB*0.1-(1.2g+1.4q)*1.5*0.12/2=0.39KN-m 跨中M0=RA*0.70-(1.2g+1.4q)*1.5*0.702/2-P1*0.5=1.23KN-m 剪力: QA= RA=6.21KN QB= -RB=-3.99KN QP1左= (1.2g+1.4q)*1.5*0.2-RA =5.66KN QP1右= (1.2g+1.4q)*1.5*0.2 +1.2P1-RA=-0.77KN QP2左= (1.2g+1.4q)*1.5*0.1+1.2P2-RA=3.71KN QP1右= (1.2g+1.4q)*1.5*0.1-RA=-2.23KN 从以上挑选较大值进行强度计算:
抗弯σ= M/W=1.23*106/5078=242.2N/mm>fy/(γ
0*γm)=198
不满足
抗剪τ=2Q/A=2*6.21*1000/489=25.4N/mm2<fv/(γ变形:等效均布荷载为: qp1=1.99KN-m qp2=0.30KN-m 总的荷载为:
0*γm)=121
Q=qp1+ qp2+g+q=1.99+0.30+(0.35+1.0)*1.5=4.32KN/m 跨中最大挠度
ω=5qL4/384EI=5*4.32*14004/(384*2.06*105*121867)=8.61mm<L/150 从以上计算得知此种特殊情况抗弯强度不能满足要求,因此在施工中应加强管理,在大模板安装和拆除过程如不能一次到位,应将模板吊走,严禁将模板临时搁置在架体上,以免发生事故。
二、大横杆计算:大横杆承受小横杆传来的支座荷载,脚手架施工规范规定小横杆偏离立杆和大横杆的主接点不得大于500,因此大横杆
上小横杆的支座反力按偏离立杆500计算,并按最不利荷载组合。取小横杆的最大支座反力RB=3.30KN,按三跨连续梁进行大横杆的内力、强度和变形计算。
由于内力计算较复杂,特借助里正结构计算软件进行计算,该软件主要计算砼结构,而无钢结构功能,为此采用假定三跨连续梁的截面为100*100的C30砼梁,其截面刚度: E砼I砼= 3.0*104*1004/12=2.5*1011N· mm2
大横杆的截面刚度E钢I管=2.06*105*121867=2.498*1010·mm2 由挠度计算公式可知:在荷载和梁的跨度相等的情况下,挠度和其截面刚度EI成反比,因此可利用软件计算出挠度值乘以砼梁和钢管的截面刚度比值即得大横杆钢管的挠度,ω管=ω砼*(E砼I砼)/ (E钢I管) 具体分如下三种荷载工况计算大横杆: (一)、几何数据及计算参数
100*1001.5m100*1001.5m100*1001.5m
假定该梁为100*100的混凝土梁:C30,EI=3.0*104*8.3*106=2.5*1011 梁自重: 不计 恒载系数: 1.00
活载系数: 1.00 (计算小横杆时已考虑)
(二)、内力及挠度计算: 1.荷载工况1:
3.3kN3.3kN3.3kN0.5m0.5m0.5m
a、计算简图:
b、计算结果: 单位说明:
弯 矩:kN.m 剪 力:Kn 裂 缝:mm 挠 度:mm
----------------------------------------------------------------------- 梁号 1: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.880 0.000 弯矩(-) : 0.000 0.000 -0.660 剪 力: 1.760 1.760 -1.540 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.453 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.453mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 2: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.440 0.000 弯矩(-) : -0.660 0.000 -0.660 剪 力: 2.200 2.200 -1.100 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.075 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.075mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 3: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.660 0.000 弯矩(-) : -0.660 0.000 -0.000 剪 力: 2.640 2.640 -0.660 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.420 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.420mm<7.500mm(1500/200)
-----------------------------------------------------------------------
c、所有简图:
2. 荷载工况2:
3.3kN3.3kN3.3kN1m0.5m0.5m
a、计算简图
b、 计算结果:
单位说明:
弯 矩:kN.m 剪 力:kN 裂 缝:mm 挠 度:mm
----------------------------------------------------------------------- 梁号 1: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.595 0.000 弯矩(-) : 0.000 0.000 -0.758 剪 力: 0.595 -2.705 -2.705
裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.364 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.364mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 2: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.383 0.000 弯矩(-) : -0.758 0.000 -0.636 剪 力: 2.281 2.281 -1.019 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.031 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.031mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 3: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.676 0.000 弯矩(-) : -0.636 0.000 -0.000 剪 力: 2.624 2.624 -0.676 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.434 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.434mm<7.500mm(1500/200)
-----------------------------------------------------------------------
C、 所有简图:
3. 荷载工况3:
3.3kN3.3kN3.3kN0.5m0.5m1m
a、计算简图:
b、计算结果:
单位说明:
弯 矩:kN.m 剪 力:kN 裂 缝:mm 挠 度:mm
----------------------------------------------------------------------- 梁号 1: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.579 0.000 弯矩(-) : 0.000 0.000 -0.782 剪 力: 0.579 -2.721 -2.721
裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.351 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.351mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 2: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.399 0.000 弯矩(-) : -0.782 0.000 -0.538 剪 力: 2.363 2.363 -0.937 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.064 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.064mm<7.500mm(1500/200)
----------------------------------------------------------------------- 梁号 3: 跨长 = 1500mm B × H = 100mm × 100mm
左 中 右 弯矩(+) : 0.000 0.921 0.000 弯矩(-) : -0.538 0.000 -0.000 剪 力: 1.459 -1.841 -1.841 裂 缝: 0.000 0.000 0.000 挠 度: 0.000 0.514 0.000 最大裂缝:0.000mm<0.400mm
最大挠度:0.514mm<7.500mm(1500/200)
-----------------------------------------------------------------------
C、所有简图:
(三)大横杆强度、挠度计算:
依据以上三种计算结果,最大弯距为M=0.921KN-m,剪力为Q=2.721KN,砼梁的最大挠度值ω砼=0.514mm,所以
钢管截面抗弯应力 σ=M/W=0.921*106/5078=181N/mm2<205 抗剪应力 τ=2Q/A=2*2.721*1000/489=11.13N/mm2 <125
挠度计算:ω管=ω砼*(E砼I砼)/ (E钢I管)= 0.514*2.5*1011/2.498*1010
=5.14mm<l/150=10mm
经过以上计算强度和变形均能满足要求。
(5)主接点处扣件的抗滑移验算:根据以上内力分析,大横杆的支座反力由立杆提供,立杆和大横杆通过直角扣件相连接,大横杆的支座最大值为R’=5.084KN<8.5KN(扣件的抗滑移值为8.5KN) 三、立杆的计算:
立杆承受由大横杆和小横杆传来的荷载,为便于计算简化,可按大横杆的支座反力等效求出架体的均布荷载,然后按公司现有软件进行计算。
1、大横杆的最大支座反力为5.08KN,按架体在一个立杆纵距和架宽范围内的均布荷载等效,求得(q’+g’)=5.08*2/(1.5*1.4)=4.84KN/m2 在计算小横杆的支座反力时计取了荷载分项系数1.2和1.4, g’=1.2*0.35=0.42KN/m2 q’=4.84-0.42=4.42 KN/m2 活载q=4.42/1.4=3.16KN/m2 2、架体稳定和强度计算:
以等效活荷载q=3.16KN/m2,恒载g=0.35KN/m2按公司软件计算,(结果附后)
四、连墙杆的计算:根据架体稳定计算,连墙件的受力为16.647KN。本脚手小横杆的一端用υ25螺丝和墙体连接,一端用扣件和大横杆及立杆连接,小横杆兼做连墙杆,需对螺栓和钢管连接处进行强度计算。钢管和螺栓用4υ8圆钢连接起来,分别双面焊接80mm,焊缝
厚度4mm,有效长度取60mm。连墙件的抗拉或抗压承载力由焊逢的抗剪承载力承担,计算按2υ8受力,即为
F=V=0.7*4*60*160*4=107.52KN大于2υ8圆钢的抗拉承载力2*210*50.3=21.10KN,应以υ8钢筋的屈服强度为控制。
在实际施工操作中由于钢筋较细,焊接时烧伤、咬肉在所难免,应进行强度折减,按1.2系数折减后承载力为21.10/1.2=17.59KN。现场对小横杆和螺栓焊接处所取的三个抗拉试件的拉伸试验结果为:26KN、33KN、27KN,将上述试验结果最小值26KN取安全系数1.5作为小横杆兼作连墙件时的抗水平拉、压承载力 Nl=26/1.5=17.33KN>16.647KN。满足要求。
五、悬挑工字钢计算:本脚手架底部采用I18工字钢悬挑承担,工字钢的挑出长度1.5米,立杆作用点从墙面起算1.40米,外立杆轴力N=16.38KN 传给工字钢。内部平衡点距外墙面1.5米,工字钢总长3米。内部锚固点处用2υ16的圆钢锚在楼板砼内,工字钢在架体搭设成型,上层剪力墙浇筑拆模后用υ14钢丝绳将外端部向上斜拉吊起,防止内部平衡点锚环处楼板砼拉裂。计算用公司软件结果附后。
电梯井平台计算
电梯井操作平台采用6号和10号槽钢焊接,主龙骨为10号槽钢四周焊接成方框,内部次龙骨6号槽钢,间距400~600,面盖6mm厚的钢板。由大模板厂家加工的原有电梯井平台改制,由于高度不足,在两边增加10号槽钢,安装时坐落在从井道墙壁横穿的两根10号槽钢上,由于这两根支撑槽钢距电梯井墙壁仅有0.1米,所以弯距很小,仅计算抗剪即可。
1、电梯井内模板一面墙重量:(2.2+2.1)*2*2.95*120/100=30.44KN 2、平台本身自重:2.2*2.1*150/100=6.93KN 3、操作人员活荷载:2.2*2.1*50/100=4.62KN 4、平台传给支撑槽钢四个点,每点的力 N=(1.2*30.44+1.2*6.93+1.4*4.62)/4=12.83KN 槽钢接触点剪应力为
τ=12.83*1000*20.4*10^3/173.9*10^4/4.5=33.44N/mm2<125 满足要求。
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