(整理)爬架计算书

精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档精品文档桁架导轨式爬架计算1．概述桁架导轨式爬架从功能上可划分为三部分:架体结构,由竖向主框架、水平支撑桁架、脚手管、脚手板等组成；升降机构及安全装置，由横梁、拉杆、穿墙螺栓、提升钢丝绳、斜拉钢丝绳、吊点横梁、底座、制动轨、导轨等组成；升降动力设备，由电动葫芦、电缆线、电控柜等组成。其中前两部分，即架体结构、升降机构及安全装置为本设计计算书的检算对象。1.1计算遵守的规范、规程①《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)②《钢结构设计规范》(GBJ17-88)③《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GBJ18-87)④《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-95)⑤《起重机设计规范》（GB3811-83）⑥《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》⑦《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）1.2计算方法按照《附着式升降脚手架设计和使用管理办法》规定,脚手架架体、竖向主框架、水平支撑桁架、附着支承装置按“概率极限状态法”进行设计，承载能力极限状态材料强度取设计值，使用极限状态材料强度取标准值；吊具、索具按“容许应力法”进行设计。1.3计算单元的选取计算单元的选取原则是符合《附着式升降脚手架设计和使用管理规定》。①桁架导轨式爬架设计支承跨度£6.6m,选择计算单元的计算跨度为6.6m。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84.5m2。故选取计算单元的架体全高与支承跨度乘积84.5m2，此时风荷载最大。综上所述,本设计计算书选取一支承跨度6.6m的一榀脚手架作为计算单元。2.荷载计算2.1恒载(标准值):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、主框架、底部支撑桁架、安装在脚手架上的爬升装置自重。①脚手架结构自重:立杆：2×3×（12.8m-1.8m）×38.4N/m=2.53KN大横杆:2×8×6.6m×38.4N/m=4.05KN扶手栏杆:7×6.6m×38.4N/m=1.77KN小横杆:24×1.4m×38.4N/m=1.29KN剪刀撑：2×12.82m×38.4N/m=0.99KN扣件：每根立杆对接扣件2个，每根大横杆、扶手栏杆直角扣件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：（23×5+24×2）×13.5N/个=2.20KN旋转扣件：2×7×14.6N/个=2.04KN对接扣件：（6×2+23×1）×18.5N/个=0.65KN脚手架结构自重（以上合计）:G=15.52KN②安全网自重:G=0.01KN/m×84.48m=0.84KN③脚手板(挡脚板)自重:脚手板重量:0.35KN/m×(1.20m×6.6m)×3=8.32KN挡脚板重量:0.14KN/m×(0.20m×6.6m)×3=0.55KNG=8.32KN+0.55KN=8.87KN④电闸箱、电控箱自重:G=2.00KN⑤主框架自重：G=5.23KN⑥底部支撑框架：G=3.06KN⑦安装在脚手架上的爬升装置有底座和吊点横梁。G=1248.0N+152.6N=1.40KN以上各项合计为恒载(标准值):G=G+G+G+G+G+G+G=36.92KN2.2活载(标准值):①施工荷载在使用工况下，结构施工时按两层（每层3KN/m）计算，装修施工时按三层（每层2KN/m）计算，且两种情况下，施工荷载总和均不得超过6KN/m；在升降工况下，施工荷载按0.5KN/m计算。在使用工况下,施工荷载按6KN/m计算:Q=6KN/m×(6.6m×1.2m)=47.52KNb.在升降工况下,施工荷载按0.5KN/m计算:Q=0.5KN/m×(6.6m×1.2m)=3.96KN②风荷载计算按<<编制建筑施工脚手架安全技术标准统一规定>>ω=0.7μμω式中:μ—风荷载体型系数,脚手架外挂密目安全网。挡风系数φ=0.5,μ=1.3φ=0.65。μ—风压高度比系数。按地面粗糙度b类,200m高空考虑,μ=2.61。ω—基本风压,取ω=0.35kN/m。风荷载标准值:ω=0.7μμω=0.7×0.65×2.61×0.35kN/m=0.42kN/m3.升降承力结构构件计算3.1受力分析升降承力结构是由横梁和竖拉杆、斜拉杆通过铰联接，并由穿墙螺栓附着在建筑物上的一次超静定结构。其受力特点是：在升降工况下,架体荷载由提升钢丝绳以集中荷载的形式作用于底层横梁外端。附墙的三层横梁兼具导向功能，同时横梁、穿墙螺栓还受风荷载水平作用。升降承力结构受恒载+施工荷载+风荷载共同作用。各荷载标准值取值如下：恒载 G=36.92KN施工荷载 Q=47.52KN风荷载 WK=0.42kN/m×84.5m2=35.48KN3.2各荷载标准值作用下内力计算计算简图如下：在计算简图中，横梁附墙用的穿墙螺栓简化为铰支座，此简化偏于安全；鉴于竖拉杆受力与层高无关，而横梁和斜拉杆受力与层高大小成反比，与横梁长度成正比，层高4.1m，横梁长度2.1m。风荷载对墙面表现为压力时，对横梁形成压力，它与恒载+施工荷载对横梁产生的压力叠加，是横梁最不利受力状态。风荷载作用由三根横梁共同承担，为安全计，乘不均匀系数1.5，每根横梁因风荷载产生的压力为：（压）风荷载对墙面表现为吸力时，穿墙螺栓产生拉力峰值，是穿墙螺栓最不利受力状态。 风荷载作用由三对穿墙螺栓共同承担，为安全计，乘不均匀系数1.5，每对穿墙螺栓风荷载产生的拉力为：（拉）风荷载对竖拉杆和斜拉杆没有影响。 各荷载标准值作用下内力见下表（单位：kN）杆件及受力类别恒载施工荷载风荷载杆件轴力横梁0017.74（压）13.85(压)1.49(压)17.74（压）13.85(压)1.49(压)17.74（压）斜拉杆23.08(拉)2.48(拉)—23.08(拉)2.48(拉)—竖拉杆00—18.46(拉)1.98(拉)—穿墙螺栓A点18.46¯1.98¯—13.85(拉)1.49(拉)17.74(拉)C点18.46¯1.98¯—0017.74(拉)E点00—13.85(压)1.49(压)17.74(拉)3.3横梁稳定计算内力组合从内力表中知：在恒载+施工荷载共同作用下，横梁CD、EF受压值同为最大，这里以横梁EF为计算对象。内力组合设计值算式为：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=1.4 γd—动力系数,γd=1.05yC施、yC风—施工荷载、风荷载的组合值系数，其值均为0.85。Kj—荷载变化系数，Kj=2.0NG、NQ施、NQ风—恒载标准值、施工荷载标准值、风荷载标准值对横梁EF产生的拉力。NEF=0.9(1.2×1.05×2.0×13.85kN+1.4×0.85×1.05×2.0×1.49kN+1.4×0.85×17.74kN)=53.76kN②横梁稳定计算横梁的最大计算长度:L=2.1m14号工钢:A=21.5cmiy=17.3mm φ=0.488③导向轴计算 横梁腹板上焊两滚筒，用于安装导向轴（f33、Q235）。导向轴上设f42×4滚套，导轨在导向轴约束下垂直升降，防止架体向内、外倾覆。还承受风荷载作用并通过横梁将其传至建筑物上。导向轴对称布置在横梁两侧，悬臂长度l=60mm。风荷载由两侧导向轴分担（计算风荷载已乘不均匀系数1.5,故偏于安全）。剪力：弯矩：M=Ql=8.87kN×60mm=532.2kNmm导向轴（f33、Q235）截面特性如下：A=854.87mm2 Wz=3526.3mm3因此：<fv=125N/mm23.4拉杆计算斜拉杆与竖拉杆相比,长细比及所受拉力均较大，将其作为计算对象。①长细比验算拉杆杆身为φ42×4无缝钢管，其回转半径I=13.51mm拉杆允许计算长设计中拉杆计算长度均小于此值。②内力组合：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=1.4 γd—动力系数,γd=1.05yC施—施工荷载的组合值系数，其值均为0.85。Kj—荷载变化系数，Kj=2.0NG、NQ施—恒载标准值、施工荷载标准值对拉杆产生的拉力。N=0.9×2.0×1.05×（1.2×23.08kN+1.4×0.85×2.48kN）=57.92kN③套管强度计算φ42×4无缝钢管截面积A=477.28mm④螺杆强度计算螺杆净截面积⑤螺纹牙强度计算外螺纹剪应力:式中：KZ—荷载不均匀系数，d1—外螺纹小径，d=24mmb—螺纹牙根部宽度，b=0.65z=3.9mmz—螺纹圈数，z=6外螺纹弯曲应力:式中：h—螺纹牙工作高度，h=3mm⑥焊缝强度计算＜1.22f=1.22×160N/mm=195N/mm式中：hf—焊缝高度，hf=5mmlf—焊缝长度，lf=3.14d=3.14×37mm=116.18mm⑦连接销轴强度检算横梁与拉杆是通过销轴连接的,销轴为Q235钢,规格Φ20。=92.2N/mm＜f=125N/mm3.5穿墙螺栓计算桁架导轨式爬架高四层，有三层附墙，每层附墙有2根M30穿墙螺栓（Q235A，普通螺栓），计6根M30穿墙螺栓。M30穿墙螺栓参数及承载力设计值如下：螺纹处有效面积： A=560.6mm受剪承载力设计值：N=nf=1××130N/mm=91.85kN受拉承载力设计值：N=Af=560.6mm×140N/mm=78.54kN承压承载力设计值：N=d∑tf=30mm×12mm×305N/mm=63.32kN穿墙螺栓受力分为升降工况和使用工况两种情况。①在升降工况下传力路线:恒载和施工荷载þ升降承力结构钢丝绳挂点þ穿墙螺栓(附墙支座反力)þ建筑结构;风荷载þ横梁þ穿墙螺栓þ建筑结构。恒载和施工荷载对穿墙螺栓产生拉力或剪力，风荷载对穿墙螺栓产生拉力。在图一中，A点穿墙螺栓在恒载和施工荷载作用下，受剪拉复合作用,在诸穿墙螺栓中最为不利。内力组合设计值算式为： 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=1.4 γd—动力系数,γd=1.05yC施、yC风—施工荷载、风荷载的组合值系数，其值均为0.85。Kj—荷载变化系数，Kj=2.0NvG、NvQ施—恒载标准值、施工荷载标准值对穿墙螺栓产生的剪力。NtG、NtQ施、NtQ风—恒载标准值、施工荷载标准值、风荷载标准值对穿墙螺栓产生的拉力。剪力：Nv=0.9×2.0×1.05×(1.2×18.46kN+1.4×0.85×1.98kN)=46.32kN拉力:Nt=0.9(1.2×1.05×2.0×13.85kN+1.4×0.85×1.05×2.0×1.49kN+1.4×0.85×17.74kN)=53.76kNNv=46.32kN＜N=63.32kN②在使用工况下,A、C点（图一）穿墙螺栓均要挂斜拉钢丝绳,使穿墙螺栓产生剪应力和拉应力。四根斜拉钢丝绳共同承担的恒载为36.92KN，施工荷载为47.52KN，为安全起见，乘以1.5的不均匀系数。风荷载对穿墙螺栓产生拉力 : Nt风=17.74KN单根穿墙螺栓剪、拉力设计值分别为:Nv=37.41kN＜N=63.32kN4．制动轨计算防坠制动装置是为了防止在升降过程中，提升机具发生故障而引发脚手架坠落事故。即当提升机具发生故障失效时，升降过程中的恒载和施工荷载转而由制动轨来承担。各荷载标准值取值如下：恒载 G=36.92KN施工荷载 Q=3.96KN4.1内力组合按《附着式升降脚手架设计和使用管理规定》要求，内力组合设计值算式为：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=1.4 Kz—冲击系数,Kz=1.5Kj—荷载变化系数，Kj=2.0NG、NQ施—恒载标准值、施工荷载标准值对制动轨产生的拉力。N=0.9×1.5×2.0×（1.2×36.92kN+1.4×3.96kN）=134.58kN4.2轨身强度计算10号工钢:A=14.3cmσ===94.2N/mm＜f=215N/mm4.3焊缝强度计算吊点板之间焊缝相对较短,作为检算对象。l=4×（120mm-10mm）=440mmσ===87.4N/mm＜1.22f=1.22×160N/mm=195N/mm4.4吊点挂板截面强度计算吊点挂板截面为120mm×12mm,上有一φ38销轴孔,板净截面积:A=（120mm-38mm）×12mm=984mmσ===136.8N/mm＜f=215N/mm4.5连接销轴强度计算连接销轴受双剪,每个剪面承受剪力: A===1133.5mmτ===59.4N/mm＜f=125N/mm5.提升钢丝绳计算提升钢丝绳的设计破断力:F=KQ=6×40.88kN=245.3kN式中:k—安全系数,k=6.0Q—起重重量,Q=40.88kN(升降工况下荷载标准值)选用6×37φ19.5，公称抗拉强度=1961N/mm2的钢丝绳,其破断力276.5kN＞Fg=245.3kN。6.斜拉钢丝绳计算在使用工况下,恒载和施工荷载由四根斜拉钢丝绳共同承担。恒载标准值为39.38KN，施工荷载标准值为51.84KN，斜拉钢丝绳竖向分力：外侧斜拉钢丝绳与水平面夹角较小,其所受拉力较大。外侧斜拉钢丝绳水平投影: l=0.90m+0.40m=1.30m外侧斜拉钢丝绳铅垂面投影为一个层高,取:h=2.8m。外侧斜拉钢丝绳所承受拉力标准值:=取安全系数K=6,则斜拉钢丝绳设计破断力: F=KT=6×23.27kN=139.65kN 选用6×37φ15，公称抗拉强度≥1813N/mm2的钢丝绳,其破断力154.35kN＞Fg=139.65kN。7.附着支承处结构强度计算爬架附着支承点设于剪力墙或梁上，需验算剪力墙或梁垂直于墙面的局部压力。按配置间接钢筋考虑，剪力墙（梁）两侧分别与横梁座板和垫板接触，垫板面积相对较小，与其接触的混凝土局部承压相对不利。垫板尺寸如图：混凝土局部承压面积：Al=230mm×80mm=18400mm2混凝土局部承压计算底面积：Ab=390mm×240mm=93600mm2 安装穿墙螺栓预留2w41孔： 混凝土承压净面积：Aln=Al–Ak=18400mm2–2639.17mm2=15760.83mm2混凝土局部受压承载力（混凝土强度达C10）：1.5βfcAln=1.5×2.26×5×15760.83=267.15KN穿墙螺栓拉力: Nt=13.85KN×2=27.70KN<1.5βfcAln=267.15KN8.水平支撑桁架计算桁架导轨式爬架水平支撑桁架分内外两片，其两端分别与竖向主框架相连，且将竖向主框架作为支座。水平支撑桁架分升降、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。桁架导轨式爬架的跨度为6.6m，除去底座宽度0.6m，水平支撑桁架计算跨度6.0m。计算简图如下：水平支撑桁架在单位力作用下（支座处为1/2单位力）的内力见下表：支座反力RA2竖杆NAJ-0.5上弦杆NHI-1.66NBI0NIJ0NCH-1.0下弦杆NAB+1.25斜杆NAI-1.95NBC+1.25NCI+0.65注：因是对称结构，仅计算一半。显然，斜杆AI无论长度还是受力大小在所有杆件中均最为不利，应作为检算对象；同时，水平支撑桁架竖杆用φ48×3.5钢管，其它杆件均采用L63×63×5角钢，故将竖杆中受力最大的CH杆亦作为检算对象。8.1荷载计算水平支撑桁架上部结点承受主桁架以外的全部恒载（自重）和活载（施工荷载），并由内外两片桁架分担。①恒载（标准值）计算 ②活载（标准值）计算Q1=Q5=(0.75m×0.6m)×6KN/m=2.70KNQ2=Q3=Q4=(1.5m×0.6m)×6KN/m=5.40KN8.2内力计算斜杆AI和竖杆CH在恒载（标准值）和施工荷载（标准值）作用下内力计算结果见下表：恒载（标准值）施工荷载（标准值）斜杆AI-7.39KN-10.53KN竖杆CH-3.79KN-5.40KN8.3内力组合按《附着式升降脚手架设计和使用管理规定》要求，内力组合设计值算式为：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=1.4 Kz—冲击系数,Kz=1.5NG、NQ施—恒载标准值、施工荷载标准值产生的内力。斜杆AI和竖杆CH的内力设计值如下：NAI=0.9×1.5×(1.2×7.39+1.4×10.53)=31.87KNNCH=0.9×1.5×(1.2×3.79+1.4×5.40)=16.35KN8.4斜杆AI计算斜杆AI采用L63×63×5角钢,长度l=2120mm,两端固结，其计算长度为：l0=2120mmL63×63×5角钢截面特性如下：A=614mm2 iy0=12.5mm长细比计算：<‚杆身稳定计算：焊缝与杆身采用等强度设计并适当予以加强，故免算。8.5竖杆CH计算竖杆CH采用φ48×3.5钢管,长度l=1800mm,两端固结，其计算长度为：l0=1800mmφ48×3.5钢管截面特性如下：A=489mm2 iy0=15.78mm长细比计算：<‚杆身稳定计算：焊缝与杆身采用等强度设计并适当予以加强，故免算。9.主框架计算桁架导轨式爬架在提升点处设两片主桁架，两片主桁架间距600mm，沿提升机构对称布置。桁架导轨式爬架葫芦吊点横梁两端支承在主框架上，为防止主框架局部变形，在主框架支座部位设置了桁架。主框架作为架体的主要承重骨架，除承受施工荷载外，内侧还焊有导轨，作为架体的水平约束，确保脚手架垂直升降，在升降和使用过程中还能独立将风荷载传至横梁，进而传至建筑物上。9.1葫芦吊点横梁计算吊环强度计算吊环采用Q235A，Φ25圆钢弯制，弯曲半径R=40mm吊环允许荷载F0=Ks—截面形状系数，圆形截面Ks=1.7бs—材料屈服强度，бs=235MpaW—截面抗弯模量W===1523mm3r—计算半径，对固定吊环r=R（-R）/L=40×(-40)/40=16.56mm安全系数 ‚吊梁强度计算吊梁为14号工字钢,吊环两肢间距为80mm,在升降工况下,吊环单肢受力(设计值):14号工钢: =12.19cm W=101.7cm t=5.5mm弯曲应力:σ===56.2N/mm＜f=215N/mm剪应力:τ===33.5N/mm＜f=125N/mm9.2吊点横梁支承桁架计算吊点横梁支承桁架计算简图如下：图中：经计算，各杆件受力结果如下：NBC=NCD=14.95KN(+)NDF=21.14KN(-)NBF=10.57KN(-)NBG=10.57KN(+)NAG=NGF=7.48KN(-)可见，DF杆受力最大，下面对其进行稳定检算。φ48×3.5钢管截面特性如下：A=489mm2 iy0=15.78mm 9.3导轨强度计算导轨对称布置在横梁的两侧,在升降工况下，导轨沿着位置固定的导向轮运动,导向轮成为导轨的支点,因桁架导轨式爬架是中心提升，导轨仅受风荷载作用。六级以上大风不允许升降，所以在使用工况下导轨受力最为不利。为简化计算且偏于安全,取导轨中的一跨为计算对象，并视为在跨中集中力作用下的简支梁,风荷载作用由六个导向轮共同承担,为安全计,乘以1.2的不均匀系数。每个导向轮因风荷载所产生拉力为： 计算简图如下: 导轨强度计算M===3.20kNm导轨为6.3号槽钢,W=16.10cmσ===198.8N/mm＜f=205N/mm9.4主框架计算竖向主框架在使用工况下，竖向承受施工荷载作用，水平承受风荷载作用，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。对主框架各杆件，根据风荷载产生有利或不利影响，分别进行下面两种组合：恒载+施工荷载恒载+施工荷载+风荷载主框架在竖向荷载作用（恒载+施工荷载）下的计算：主框架在竖向荷载作用（恒载+施工荷载）下的计算简图见下页。在使用工况下，每片主框架承受竖向荷载设计值为： 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=1.4 y—施工荷载与风荷载组合时的组合值系数，其值均为0.85。Gk、Qk—恒载标准值、施工荷载标准值。P设=0.9(1.2×36.92+0.85×1.4×47.52)/2=45.38KN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：P/2=22.69KN。同时认为立柱各段内力均匀分配，每段立柱各承担1/7，