爬架设计计算书

ZC—03导轨式附着升降脚手架设计计算书第一章计算阐明本计算书将反映ZC—03导轨式附着升降脚手架系统各部件的受力状况、强度及稳定性等计算内容。重要根据是建设部《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》JGJ202-.荷载的规定：恒载：涉及搭设架体的钢管、扣件、主框架、水平支撑框架、作业层脚手板、安全网、提高机构及固定于架体上的设备等传递给附着支撑点的全部材料、构配件、器具的自重。活荷载（施工荷载）：架体在工作状态下，构造施工时，按两层施工荷载（每层3KN∕㎡）计算；装修施工时，按三层施工荷载（每层2KN∕㎡）计算；架体在升降状态下，施工荷载每层0.5KN∕㎡计算。风荷载：风压原则值按照《编制建筑施工脚手架安全技术规范的统一规定》计算规定，挡风面积按挡风材料、杆件的实际面积计算。计算系数：荷载附加计算系数使用工况：KJ1＝1.3；升降工况：KJ2＝2.0；动力系数：Yd取1.5恒荷载分项系数Yd取1.5活荷载分项系数YG取1.2组合风荷载时的荷载组合系数Ψ取1.5冲击系数K2取2.0主框架和水平支撑框架压杆λ≤150；拉杆λ≤300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；对于稳定设计时，K≥2.0吊具、索具的安全系数：K≥8.0计算办法和计算根据计算办法本计算书中，主框架、水平支撑框架、附着支撑装置等按照概率极限状态设计法进行计算，按照承载极限状态设计的载荷值取设计值；按照极限的设计载荷值取原则值，防坠装置、吊具、索具按“允许应力设计法”进行计算，取强度允许值。计算参考规范及手册《建筑施工安全检查原则》（JGJ59-）、《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》JGJ202-、《建筑构造荷载规范》（GB50009-）、《钢构造设计规范》（GB50017-）、《冷弯薄壁型钢构造设计规范》（GB50018-）、《机械设计手册》、《起重机设计手册》等。第二章荷载原则值的计算一、计算单元的拟定取支撑跨度为6.5米；脚手架高度14.4米；架体廊道宽度0.9米；立杆水平间距1.5米；设8步架，步距1.8米；以建筑物立面3.0米为设计基准（见图1-4）.二、架体钢管采用Φ48×3.5，重量系数为0.0384KN/m。1、大横杆自重计算：外排大横杆：6m×14根×0.0384＝3.23KN（涉及扶手杆）。内排大横杆：6m×9根×0.0384＝2.07KN.2、小横杆自重计算：（6m×9根／层×3＋1.2m×4根／层×7）＝1.93KN.3、立杆自重计算：外杆自重计算：13×3×0.0384＝1.5KN；内杆自重计算：12.4×3×0.0384＝1.43KN。外排剪刀撑自重计算：钢管自重10.5×2×2×0.0384＝1.61KN；内排剪刀撑自重计算：6×2×0.0384＝0.46KN；扣件自重计算：扣件自重按0.015KN/个计算外排大横杆扣件：14×4个/根＝56个；内排大横杆扣件：9×4个/根＝36个；小横杆扣件：40×2个/根＝80个；立杆用对接扣件：6×3个/点＝18个；外排剪刀撑用扣件：9个/根×2＋7个/根×2＝32个；内排剪刀撑用扣件：4个/根×2＝8个。外扣件自重叠计：（56＋40＋9＋32）×0.015＝2.05KN；内扣件自重叠计：（36＋40＋9＋8）×0.015＝1.39KN；扣件自重总计;3.43KN以上脚手架架体重量累计：15.66KN。三、脚手板自重计算：脚手板采用1.5㎜花纹板，架体内排立杆离墙45㎝，脚手板铺设时离墙距离20㎝脚手板的宽度为90＋45－20＝115㎝脚手板的自重原则值为0.45KN/㎡。单层脚手板自重6×1.15×0.45＝3.105KN。挡脚板自重计算：在脚手板铺设层架体的外排搭设150㎜高，20㎜厚的木板作为挡脚板。单层挡脚板自重6×0.15×0.35＝0.32KN。安全网自重计算：架体外排侧面安装钢制安全网，重量系数0.2KN/㎡。架体上的安全网自重为21KN。竖向主框架自重计算：内排导轨组件自重3.03KN，外排立杆自重：0.58KN；小横杆自重;0.3KN;廊道斜杆自重:0.55KN:累计：4.46KN。水平支撑框架自重计算：大横杆自重：0.76KN；小横杆自重：023KN；立杆自重：0.73KN；斜杆自重：0.69KN；累计：2.41KN。风荷载计算：风荷载原则值Wk=0.7μSμZWO=0.7×0.56×2.61×0.55=0.56KN/㎡式中：μZ风压高度变化系数，按B类地面粗糙度，高度200米，取μZ=2.61；μS风荷载体形系数μS=1.3Φ，Φ为挡风系数，Φ=An/Awn式中An为挡风面积，Aw为迎风面积。An=0.5×（1.8+1.5）×0.048+1.8×1.5×0.4=1.1592Aw=1.8×1.5=2.7；Φ=1.1592/2.7=0.429μS=1.3×0.429=0.56WO为基本风压，为适应全国大部分使用，按照《建筑构造荷载规范》取WO为0.565KN/㎡。活荷载原则值计算使用工况下：构造施工时，按2层作业层3KN/㎡计算:6×1.15×2×3＝41.4KN装饰作业时，按3层作业层2KN/㎡计算:6×1.15×3×2＝41.4KN.升降工况下，按照作业层0.5KN/㎡计算:6×1.15×2×3＝41.4KN构造施工时，6×1.15×2×0.5＝6.9KN；装饰作业时，6×1.15×3×0.5＝10.35KN.第三章水平支撑框架计算构造阐明：水平支撑框架为拼装式框架计算阐明计算其承当的荷载时，不计入竖向主框架及电动提高机等重量。架体荷载通过立杆传递给水平支撑框架，再由水平支撑框架传递给竖向主框架、导轨、建筑物构造。竖向主框架作为水平支撑框架的支座。架体上的恒荷载以及施工时的活荷载简化为作用于水平支撑框架上弦的节点荷载。水平支撑框架的自重、一层的脚手板、挡脚板自重和按装修时的一层活荷载简化为作用于水平支撑框架下弦的节点荷载。荷载计算荷载计算办法分别计算外框架和内框架的节点荷载。每层脚手板的恒荷载和活荷载作用于外框架和内框架的承受面积的分派，根据一端悬臂量求支座反力求得：ΣΜΑ=0；ΣΜΒ=0；则X内=1.15×1.15/2/0.9=0.734米；X外=0.416米；即：外框架节点荷载承受面积的计算宽度：X外=0.416米内框架节点荷载承受面积的计算宽度：X内=0.734米按照提高架使用工况和升降工况计算内外框架的节点荷载。作用于上弦杆荷载作用于上弦杆的节点荷载涉及：两层脚手板的施工荷载和架体的全部荷载（不涉及水平桁架的自重）。恒荷载原则值的计算使用工况升降工况外框架（KN）内框架（KN）外框架（KN）内框架（KN）脚手板两层4.84×416/1150=1.754.84×734/1150=3.091.753.09挡脚板两层0.6400.640安全网210210架体自重9.356.319.356.31累计32.759.4032.759.40载荷原则值3.212.353.212.35②活荷载原则值的计算使用工况升降工况外框架（KN）内框架（KN）外框架（KN）内框架（KN）施工活荷载41.4×416/1150=14.9741.4×734/1150=26.242.54.4恒载原则值3.756.650.361.1作用于下弦杆荷载作用于下弦杆的荷载涉及：一层的脚手板、挡脚板及水平支撑框架的自重。①恒荷载原则值的计算使用工况升降工况外框架（KN）内框架（KN）外框架（KN）内框架（KN）脚手板-层2.42×416/1150=0.882.42×734/1150=1.350.881.35挡脚板-层0.3200.320水平支撑架2.41/2=1.21.21.21.2累计2.42.732.42.4恒载原则值0.60.680.60.68②活荷载原则值的计算升降工况外框架（KN）内框架（KN）施工活荷载3.45×416/1150=1.253.45×734/1150=2.20节点原则值0.310.554、节点荷载设计值作用于上弦杆荷载：使用工况下外框架：P使外上=KJ1（rGGK+rQGQ）=1.3×（1.2×3.21+1.4×3.74）=11.81（KN）内框架：P使外上=KJ1（rGGK+rQGQ）=1.3×（1.2×3.35+1.4×5.56）=15.61（KN）升降工况：外框架：P升外上=KJ1（rGGK+rQGQ）=2.0×（1.2×3.21+1.4×0.63）=9.47（KN）内框架：P升外上=KJ1（rGGK+rQGQ）=2.0×（1.2×3.21+1.4×1.1）=8.72（KN）作用于下弦杆荷载：使用工况下外框架：P使外下=KJ1=1.3×0.6=0.94（KN）内框架：P使外下=KJ1=1.3×0.68=1.06（KN）以上计算成果能够看出，使用工况下，内框架的节点荷载设计值最大，因此下列只验算使用工况下的内框架。杆件内力计算构造尺寸以及上弦节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图（图二）NPG=（2-0.5）×2343/1800=1.95（+）NPG=1.95×1800/2343=1.5（-）NGH=（1.5-1）×2343/1800=0.65（-）NGD=（1.95-0.65）×1800/2343=0.99（+）2、构造尺寸以及下弦节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图（图二）NPG=（2-0.5）×2343/1800=1.95（+）NPG=1.95×1800/2343=1.5（-）NGH=（1.5-1）×2343/1800=0.65（-）NGD=（1.95-0.65）×1800/2343=0.99（+）最不利杆件内力组合以上单位荷载内力图能够看出，最危险的受压杆件是水平支撑框架与主框架连接的上弦杆件PG、IJ，受拉杆件为内腹杆FC、JE，因此，只验算此两种杆件的强度和稳定性即可。FC杆件内力组合设计值：NFC设=1.95×15.61+1.95×1.06=32.5KN原则值：NFC标=1.95×（2.35+6.56）+1.95×0.94=19.21KN2、FG杆件内力组合设计值：NFG设=1.5×15.61+1.5×1.06=25KN原则值：NFG标=1.5×（2.35+6.56）+1.5×0.94=14.78KNFC、FG杆件的强度及稳定性验算1、63#槽钢的特性参数：截面积A=844㎜2：f=23.1㎜.5#角钢的特性参数：截面积A=480.3㎜2.FC杆件的验算：强度σ=NPC设/32510/480.3=67.69N/㎜2＜f=205N/㎜2。FG杆件的验算强度σ=NPC设/A=25000/844=29.629N/㎜2＜f=205N/㎜2稳定性：λ=L/f=1500/23.1=64.93；查《冷弯薄壁型钢构造设计规范》附表A1.1-1稳定系数ψ=0.755；σ=NPC设/A/ψ=25000/690/0.755=47.99N/㎜2＜f=205N/㎜2第四章竖向主框架计算一、构造阐明竖向主框架是由主框架原则节构成的，主框架的内排采用63#槽钢背焊而成。其它均采用Φ48.3×3.5钢管用螺栓连接而成为定型的框架。二、计算阐明竖向主框架杆件轴线在一种平面内相较于一点，且承受跨度为6米的一片架体的荷载，据荷载分析可知，竖向主框架承载在使用工况下最大，因此将着重验算使用工况下的强度和稳定性。三、构造尺寸及简化计算简图（图四）竖向主框架外排总高度为15米，内排总高度为14.1米，内外排立杆中心距为0.9米，组装后步高为1.8米，架体上导轮以上悬出部分3.6米，不大于6米。将导轮安装在1.8米步高的节点上，风荷载考虑水平作用于1.8米步高的节点上。以节点荷载考虑。四、荷载计算风荷载原则值：WK标=0.56KN/㎡；风荷载设计值：WK设=0.9×1.5×1.4×0.56=0.73KN/㎡；风线荷载原则值：q标=0.56×6=3.36KN/㎡；风荷载设计值：q设=0.73×6=4.38KN/㎡节点风荷载计算风荷载原则值风荷载设计值P1标=（0.405+0.9）×3.36=4.38P1设=（0.405+0.9）×4.38=5.72P2标=（0.9+0.9）×3.36=6.06P2设=（0.9+0.9）×4.38=7.88P3标=（0.195+0.9）×3.36=3.68P3设=（0.195+0.9）×4.38=4.8竖向主框架垂直荷载计算(图四)由于水平支撑框架传递的支座反力作用于主框架下面R内和R外；由于主框架自重按内外立柱分派2/3及1/3进行分派并简化到顶部由P1及P2均担。水平支撑框架每跨半个节点间的节点荷载0.5P由大横杆直接传递给竖向主框架并偏于安全的简化到顶部由P1及P2均担。使用工况外立杆（KN）R外=3×（P使外上+P使外下）=3×（8.51+0.68）=27.57R1外=[0.5×（P使外上+P使外下）+1.34]×0.5=2.97P2外=2.97内拉杆（KN）R内=（P使内上+P使内下）=3×（11.21+0.77）=35.94R1内=[0.5×（P使内上+P使内下）+2.67]×0.5=4.33P2内=4.33升降工况外立杆（KN）R外=3×（P升外上+P升外下）=3×（4.39+1.09）=16.44R1外=[0.5×（P升外上+P升外下）+1.34]×0.5=204P2外=2.97内立杆（KN）R内=（P升内上+P升内下）=3×（4+1.94）=16.47R1内=[0.5×（P升内上+P升内下）+2.67]×0.5=2.71P2内=2.71五、风荷载作用下的杆件内力计算（图四）下列计算公式中:0.45=900/;2.23=/900;0.9=1800/;1.12=/1800；斜边计算长度L=（18002+9002）1/2=；N2-3=5.72×2.23=+12.76；N2-4=12.76×0.9=-11.48；N3-4=12.76×0.45+7.88=-13.64；N3-5=12.67×0.9=+11.48N4-5=13.62×2.23=+29.57；N4-6=29.57×0.9+11.48=-38.09；N5-6=7.88+29.57×0.45=-21.19；N5-7=11.48+29.57×0.9=+38.09；N6-7=（45.692-27.9）×2.23=-39.65；N6-8=38.09-39.65=-2.41；N7-8=7.88-39.65×0.45=+9.69；N7-9=38.09-39.65=+2.41；N8-9=9.96×2.23=-23.7；N8-10=23.7×0.9-2.41=+18.92；N9-10=23.7×0.45-7.88=+2.79；N9-11=2.41-23.7×0.9=-18.92；N10-11（0.273-0.58）×2.23=-0.68；N10-12=18.92-0.9×0.9=+18.11；N11-12=7.88+0.9×0.45=-8.29；N11-13=18.92+0.9×0.9=-19.73；N12-13=8.29×2.23=+18.49；N12-14=18.11-18.49×0.9=-1.47；N13-14=18.49×0.45+7.88=-16.2；N13-15=19.73-18.49×0.9=+3.09；N14-15=（24.79-18.72）×2.23=-13.54；N14-16=1.47-13.54×0.9=-1072；N15-16=7.88-13.54×0.45=-1.79；N15-17=3.09-13.54×0.9=-9.09；N16-17=1.79×2.23=+3.99；N16-18=3.99×0.9+10.72=-14.31；N17-18=2.95×0.45+4.8=-6.13；最不利杆件垂重力和风荷载组合由竖向主框架内力图分析，6-7、4-6和拉杆5-7内力最大，只验算这几个杆件即可。简化到竖向主框架上垂直力P1外和P2外有助于5-7，因此不用组合，只有压杆4-6需要组合P1内和P2内后计算。杆件4-6垂直荷载和风荷载组合原则值：N4-6标=P1内标+P2内标+N4-6风+P1内活+P2内活=0.25×2.24+0.5×0.68+38.09+0.5×6.56=42.83KN；设计值：N4-6设=1.3×[1.2×（1.12+0.34）+0.85×1.4×（38.09+3.28）]=66.29KN；验算最不利杆件强度和稳定性杆件5-7、4-6、6-7均为Φ48×3.5钢管验算拉件5-7：强度σ=N5-7设/A=38090/489=77.89N/㎜2＜f=205N/㎜2稳定性λ=L/f=1800/15.8=113.9＜300验算斜腹杆6-7强度σ=N6-7设/A=39650/489=81.08N/㎜2＜f=205N/㎜2稳定性λ=L/f=/15.8=127＜150查《冷弯薄壁型钢构造设计规范》附表A1.1-1稳定系数ψ=0.452；σ=N6-7设/A=39650/489/0.452=179N/㎜2＜f=205N/㎜2验算压杆4-6强度σ=N4-6设/A=38090/489=77.89N/㎜2＜f=205N/㎜2稳定性λ=L/f=1800/15.8=114＜150查《冷弯薄壁型钢构造设计规范》附表A1.1-1稳定系数ψ=0.452；σ=N4-6设/A=38090489/0.452=172N/㎜2＜f=205N/㎜2第五章提高机构重要部件的强度计算一、提高机构各重要受力件的荷载原则值和设计值1、恒荷载总计：恒荷载涉及搭设架体的钢管、扣件、竖向主框架、水平支撑框架、作业层脚手板、安全网、提高机构及固定于架体上的设备等传递给附着支撑点的全部材料、构配件、器具的自重，累计Gk==32.8KN:2、荷载的原则值和设计值使用工况下的荷载原则值：G使标=GK+GQ=32.8+41.4=74.2KN使用工况下的荷载设计值：G使设=γＱγｄ（γGGK+γＱGＱ）=0.9×1.05×（1.2×32.8+1.4×41.4）72.4KN升降工况下的荷载原则值：G升标=GK+GQ=32.8+10.35=43.15KN升降工况下的荷载设计值G升设=γＱγｄ（γGGK+γＱGＱ）=2.0×（1.2×32.8+1.4×10.35）107.7KN：由以上数据分析能够看出，在升降工况下其荷载设计值最大，因此在计算提高机构重要零部件的强度和稳定性时，按升降工况下的荷载设计值计算。二、钢梁组件强度计算㈠、原则钢梁组件强度计算受力分析：原则钢梁受力点离附着支撑点距离0.2米，受力图（图五）Fｄ=Gｄ/ｓｉｎ340107.7/0.559=192.6KNＮｄ＝Ｆｄｃｏｓ３４０＝192.6×0.829=159.72KN横撑连墙挂板的焊接强度，横撑采用两根10#槽钢，斜撑采用两个δ12*150*200/2三角筋板，焊接长度L=2×296=592㎜；焊缝高度H=6㎜两面围焊；焊缝剪应力τ=Gｄ/0.7LH=107.7×103/（0.7×592×6）=43.31N/㎜2＜f=115N/㎜2.㈡、加长钢梁组件处斜拉钢丝绳可调拉杆强度计算受力分析：加长钢梁受力点距附着支撑点悬挑距离按1.5米，层高按3米计算，受力图（图五）Fｄ=Gｄ/ｓｉｎ630107.7/0.891=120.87KNＮｄ＝Ｆｄｃｏｓ63０＝120.87×0.454=54.88KN可调拉杆耳板的抗拉强度σＬ=FD/A=120.87×103/（20×32）=188.86N/㎜2＜f=215N/㎜2可调拉杆耳板与螺杆的焊接强度：焊缝长212㎜，高5㎜（图七）σ=FD/0.7HL=120.87×103/（0.7×212×5）=135.75N/㎜2＜f=160N/㎜24、可调拉杆螺母与拉接杆的焊接强度：焊缝长270㎜，高6㎜（图七σ=FD/0.7HL=120.87×103/（0.7×270×6）=106.58N/㎜2＜f=160N/㎜25、可调拉杆3根拉接杆的抗拉强度计算：σ=FD/2A=120.87×103/（3×3.14×162/4）=200.5N/㎜2＜f=215N/㎜26、可调拉杆M36拉杆的抗拉强度计算：σ=FD/2A=120.87×103/（3.14×31.62/4）=154.2N/㎜2＜f=215N/㎜27、销柱的抗剪强度计算：τ=Fｄ/2A=120.87×103/（2×3.14×302/4）=85.54N/㎜2＜f=125N/㎜2三、穿墙螺栓的设计计算：1、穿墙螺栓受水平方向的拉力Nｄ和垂直方向的动力Gｄ，螺纹直径为M36，底经Φ31.67，数量为一根。螺栓的螺纹部位的截面积A=πｄ2/4=3.14×31.672/4=787.35㎜2螺栓的光杆部位的截面积A=πｄ2/4=3.14×362/4=1017.36㎜2拉应力σL=Nｄ/A=52.65×103/787.35=66.87N/㎜2剪应力τ=Gｄ/A=96.93×103/1017.63=59.271N/㎜2综合应力第三强度理论：σZ=（σL2+3τ2）1/2=178.05N/㎜2＜f=215N/㎜2穿墙螺栓孔处砼承载能力应符合下式规定Ｎｖ≤1.35×βｂβｔｆｃｂｄＮｖ——一种螺栓所承受的剪力设计值（N）βｂ——螺栓孔砼承受荷载计算系数，取0.39.βｔ——砼局部承压提高系数，取1.73.ｆｃ—上升时砼龄期试块轴心抗压强度设计值（N/㎜2）。ｂ—砼外墙厚度（㎜）。ｄ—穿墙螺栓的直径（㎜）。Ｎｖ=107.7N＜1.35×0.39×1.73×11.9×200×36=164.653（N）故满足规定。四、导轮导轨装置计算1、计算阐明在计算导轮导轨装置强度时，以架体处在最不利的