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      如何計算落地式腳手架荷載、連接件強度?

      2021-03-18 10:58:54 云南人才招聘網
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      一、 腳手架設計需要計算的內容及要求

      1. 腳手架的承載能力應按概率極限狀態設計法的要求,采用分項系數設計表達式進行設計。

      (1)縱向、橫向水平桿等受彎構件的強度計算;

      (2)連接扣件抗滑承載力計算;

      (3)立桿的穩定性計算;

      (4)連墻件的強度、穩定性和連接強度的計算;

      (5)立桿地基承載力計算。

      2.計算構件的強度、穩定性與連接強度時,應采用荷載效應基本組合的設計值。永久荷載分項系數應取1.2,可變荷載分項系數應取1.4。

      3.腳手架中的受彎構件,應根據正常使用極限狀態的要求驗算強度和剛度。驗算構件強度時,荷載要取設計值;驗算構件變形時,荷載取標準值。

      4.按照扣件式腳手架鋼管規范進行對腳手架進行設計計算時,必須滿足規范的構造要求。

      二、腳手架荷載的確定

      1.荷載:包括恒荷載和活荷載

      (1)恒荷載:

      a.腳手架結構自重,包括立桿、縱向水平桿、橫向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐和扣件等的自重;

      b. 構、配件自重,包括腳手板、欄桿、擋腳板、安全網等防護設施的自重。

      (2)活荷載:

      a.施工荷載,包括作業層上的人員、器具和材料的自重;

      b.風荷載(臨沂地區基本風荷載0.3KN/m2,重現期n=10)。

      2.荷載的效應組合

      計算縱向、橫向水平桿強度與變形時,采用永久荷載+施工均布活荷載;

      腳手架立桿穩定驗算時,采用

      ①永久荷載+施工均布活荷載

      ②永久荷載+0.85(施工均布活荷載+風荷載)

      連墻件承載力時: ①單排架,風荷載+3.0kn

      ②雙排架,風荷載+5.0kn

      三、落地式腳手架計算

      1、小橫桿的計算

      小橫桿按照簡支梁進行強度和撓度計算,小橫桿在大橫桿上面,計算簡圖如下所示(立桿縱距1.5m,立桿橫距為0.9m,立桿步距1.8m)按照小橫桿上面的腳手板和活荷載作為均布荷載計算小橫桿的最大彎矩和變形。

      (1)荷載的計算

      均布恒荷載值計算

      小橫桿的自重標準值:P1=0.04kN/m

      腳手板的荷載標準值(木):P2=0.350×1.500/2

      活荷載標準值:Q=3.000×1.500/2

      荷載的計算值:q=1.2×(P1+P2)+1.4×Q =3.513KN/m

      (2)小橫桿的抗彎強度計算要滿足(式5.2.1)

      其中: M 為彎矩設計值,包括腳手板自重荷載產生的彎矩和施工活荷載的彎矩;

      W為鋼管的截面模量;(查附錄表B.0.1)

      [f]取Q235鋼管抗彎強度設計值,取205N/mm2。

      計算的M=3.513×0.92/8=0.356KNm

      σ=0.356×106/5260=67.615N/mm2<205N/mm2,滿足要求。

      (3)小橫桿的撓度v計算要滿足(圖乘法計算推導來的,其他同理)

      (實際受力彎矩圖)

      (單位力彎矩圖,兩個圖乘)

      [v]按照規范要求為取l/150與10mm的小值(表5.1.8)

      最大撓度考慮為簡支梁在均布荷載作用下的撓度。

      均布荷載q’=P1+P2+Q=0.04+2.62+2.25=2.552kN/m(荷載采用標準值--規范5.1.3條)。

      E為鋼管彈性模量(查表5.1.6),I為鋼管慣性矩。

      V=5*2.552*9004/(384*2.06*105*127100)=0.833mm,小于900/150和10mm,滿足要求。

      2、腳手架荷載為什么不計算懸臂端說明(5.2.1-5.2.4說明)

      從彎矩公式看不帶懸挑的情況彎矩大偏于安全,撓度直接從公式看不出結論,但代入規范最大懸挑計算長度0.3米,及排距取1.5米時,計算結果還是第一個大,因此規范取了第一種情況進行計算安全。

      3、為什么不計算鋼管的抗剪承載力說明:

      沒有抗剪強度計算,是因為鋼管抗剪強度不起控制作用。如φ48×3.6的Q235-A級鋼管,其抗剪承載力為:

      上式中K1為截面形狀系數。一般橫向、縱向水平桿上的荷載由一只扣件傳遞,一只扣件的抗滑承載力設計值只有8.0kN,遠小于[V],故只要滿足扣件的抗滑力計算條件,桿件抗剪力也肯定滿足。

      另外在設計時,要注意規范規定作業層上非主節點處的橫向水平桿,宜根據支承腳手板的需要等間距設置,最大間距不應大于縱距1/2,也就是說主節點之間至少有1根橫向水平桿。

      4、大橫桿的計算

      大橫桿按照三跨連續梁進行強度和撓度計算,小橫桿在大橫桿的上面。用小橫桿支座的最大反力計算值,在最不利荷載布置下計算大橫桿的最大彎矩和變形。

      說明:腳手架底層步距不應大于2米(規范6.3.4),也就是說,一根腳手管的最大長度為6米,和規范要求的一致,宜按三跨連續梁進行計算(規范5.2.4)。

      大橫桿的計算簡圖:

      其中:P為上面的荷載值(小橫桿和腳手板),q為鋼管的自重(均布荷載)

      受彎構件的允許撓度值(表5.1.8)

      5、扣件抗滑移

      縱向或橫向水平桿與立桿連接時,扣件的抗滑承載力按照下式計算(規范5.2.5):

      R≤Rc

      其中Rc—扣件抗滑承載力設計值,取8.0kN(表5.1.7);

      R—縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值;

      當直角扣件的擰緊力矩達40--65N.m時,試驗表明:單扣件在12kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取8.0kN;雙扣件在20kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取12.0kN。

      6、立桿穩定性計算(5.2.6條)

      (3)注意:

      對于立桿穩定性,我們只驗算立桿底部的穩定性。這是由于通過計算從腳手架頂取每5米一段與腳手架的靜荷和活荷的組合驗算立桿穩定性時,雖然風荷載在頂部的標準值大,但最終組合值在腳手架的最底端最不利。

      對于腳手架整體穩定性的計算是比較復雜的,表達形式上是對單根立桿的穩定計算,實質是對腳手架結構的整體穩定計算,因為式中的µ值是根據腳手架的整體穩定實驗結果確定的。

      規范為了簡化計算,通過大量的試驗分析和理論研究,將腳手架的整體穩定計算簡化為立桿單桿穩定計算;依據立桿橫距以及連墻件的布置方式,引入了單立桿穩定的計算長度系數。依據有關試驗,結合立桿橫距和連墻件的布置方式,規范給出了單桿穩性計算長度系數。所以規范的立桿計算實際上就是對腳手架整體穩定的計算,只不過在形式上以立桿單桿穩定計算表達。 計算長度系數μ值是反映腳手架各桿件對立桿的約束作用,其值與受壓構件兩端約束情況有關 。

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      7、最大搭設高度的說明:

      (1)依據國內幾十年的實踐經驗及國內腳手架的調查,立桿采用單管的落地式腳手架一般在50m以下。當需要的搭設高度大于50m時,一般都比較慎重的采用了加強措施,如采用雙管立桿、分段卸荷、分段搭設等方法;

      (2)從經濟方面考慮。搭設高度超過50m時,鋼管、扣件的周轉使用率降低,腳手架的地基基礎處理費用也會增加;

      (3)參考國外的經驗。美國、日本、德國等也限制落地腳手架的搭設高度:如美國為50m,德國為60m,日本為45m等;

      因此考慮在腳手架是施工現場搭設的臨時結構,其結構的安全度受人為因素影響很大,高度越高不安全的隱患越大。為確保高層腳手架的安全,依據國內幾十年的實踐經驗,并參考國外同類標準而作此規定。

      8、連墻件的計算:

      按照規范要求:連墻件計算包括兩部分,連墻件的強度、穩定性和連接強度的計算。

      連墻件位置、布置間距、數量要求相見規范6.4節(規范32頁)。

      連墻件的計算這里我們要注意兩個問題:

      1)在搭設的過程中連墻件與腳手架主節點的位置規范明確作了規定,其為連墻件偏離主節點的最大距離為300MM,只有在連墻在在主節點附近時,才能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆,若遠離主節點設置連墻件,因為立桿的抗彎剛度較差,將會由于立桿產生局部彎曲,減弱甚至起不到時約束腳手架橫向變形的作用,現實是許多連墻件竟然設置在立桿步距的一半附近,這對腳手架的穩定是極為不利的,要引起重視。

      同樣在主節點設置了連墻件后,就要注意連墻件與主體結構連接的部位也要設置在受力點較好的部位。

      2)連墻件扣件式連接方式在計算扣件抗滑移時,經常大于8KG,而小于16KG,我們會不會看到示意圖后認為是是雙扣件滿足要求,實際上是錯誤的,示意圖只提供一個扣件的承載力。

      9、腳手架地基承載力的計算(規范5.5)

      (1)按照規范要求,對于立桿地基承載力要按照實際荷載進行設計計算。由于土的特性,會可能產生較大的壓縮變形,而地基不均勻沉降將危及腳手架的安全,因此要做好地基承載力的均勻性,保證腳手架立桿承載力滿足要求。規范也明確提出對此一定要進行驗算。

      (2)地基承載力降低系數kc說明:

      由于立桿基礎(底座、墊板)通常置于地表面,地基承載力設計值容易受外界因素的影響而下降,規范采用調整系數對地基承載力設計值予以折減,以保證腳手架安全。地基承載力調整系數kc,對碎石土、砂土、回填土應取0.4;對粘土應取0.5;對巖石、混凝土應取1.0。

      由于土的彈性模量比起其它材料小很多,因此在受荷載時,變形很大,沉降量很大,因此規范采取了地基承載力調整系數kc,使得腳手架的變形很小,因為腳手架是由連墻件固定在建筑物上的,沉降過大會很容易引起整體失穩。當作混凝土墊層時,地基承載力不降低也就是由于腳手架的產生的荷載不象結構荷載那么大,不會影響到多層土參數,因此不降低數地基承載力。

      (3)基礎底面面積A值說明:

      A.僅有立桿支座(支座直接放于地面上)時,A取支座板的底面積。

      B.在支座下設厚度為50~60mm的木墊板(或木腳手板),A=a×b(a和b為墊板的兩個邊長,且不小于200mm),當A的計算值大于0.25m2時,則取0.25m2計算,當不大于0.25m2時按照實際進行考慮。

      C.當一塊墊板或墊木且支承2根以上立桿時,A= a×b /n(n為立桿數),且用木墊板時應符合(2)的取值規定。

      D.在支座下采用枕木作墊木時,A按枕木的底面積計算;

      E.當承壓面積A不足而需要作適當基礎以擴大其承壓面積時,應按式下式的要求確定基礎或墊層的寬度和厚度。

      b≤b0+2H0tgα

      b----基礎或墊層的寬度;

      b0---立桿支座或墊板(木)的寬度;

      H0----基礎或墊層的厚(高)度;

      tgα--基礎臺階寬高比的允許值,按照《地基與基礎設計規范》進行選擇。

      (4)地基承載力標準值的確定

      按照現行國家標準《建筑地基礎設計規范》(GBJ 7)附錄五的規定采用。就是“地基承載力特征值可由載荷試驗或者原位測試、公式計算、并結合工程實踐經驗等方法確定”。在施工現場一般有兩種方法:

      1)試驗法;

      2)直接查看資料——勘查報告、設計圖紙或者有關規范,它的取值是很關鍵的。

      (5)腳手架地基承載力計算實例:

      上部結構傳至基礎頂面的軸向力標準值:恒荷載+活荷載), 即Nk=NG+NQ=5.892+4.05=9.942kN;

      基礎采用混凝土墊層,基礎底面積A=0.25m2;

      地基承載力設計值fg=kc·fgk,混凝土基礎取kc=1,fgk查地質勘查報告,取120,即fg=1×120=120kPa;

      故Pk=Nk/A=9.942÷0.25=39.77≤fg=120

      (地基承載力計算滿足要求)。

      四、雙立桿的計算

      1.根據腳手架《規范》要求5.3.8高度超過50m的腳手架,可采用雙管立桿、分段懸挑或分段卸荷等有效措施,必須另行專門設計。

      2.搭設高度的確定:

      按照規范(6.3.7)要求:雙管立桿中副立桿的高度不應低于3步,鋼管長度不應小于6m。 根據《建筑施工手冊》規定,單立桿搭設最大高度為50米,當需要搭設50米以上的腳手架時,35米以下應采用雙立桿,或自30米起采用分段卸載措施,且上部單立桿的高度應小于30米,即總高度在35+30=65米。

      3.雙立桿的計算要求:(實際上就是立桿穩定性的計算)

      (1)上部單立桿的計算:根據《規范》第5.3.5條,立桿穩定性計算部位第(3)條的規定:雙管立桿變截面處主立桿上部單根立桿的穩定性,應按本規范公式5.3.1-1或5.3.1-2進行計算。

      上部腳手架的計算N1值相當于一個單立桿的雙排腳手架計算內容,組合腳的架的自重、施工荷載及風荷載進行計算。

      (2)下部雙立桿的計算:計算立桿穩定性時也應按本規范公式5.3.1-1或5.3.1-2進行計算。

      雙立桿的凈面積值A取兩倍鋼管面積的0.7倍,例如為Φ48鋼管,A=4.89×2×0.7=6.85cm2, 此值是通過實際實驗進行確定的。下部腳手架的N值計算為N1+下部雙立桿的腳手架自重產生的荷載N2,即N=N1+N2。

      (3)使用雙立桿時,必須都用扣件與同一根大橫桿扣緊,不得只扣緊1根,以避免其計算長度成倍增加。

      4、分段卸載腳手架高度的確定:

      根據《建筑施工手冊》規定,當需要搭設50米以上的腳手架時,腳手如果采用分段卸載方式,要求自30米起采用不明確分段卸載措施,一般每30米高卸荷一次,如果卸載N次,那么總高度為30+N倍卸載高度。

      5、卸荷方式

      腳手架的卸荷按照卸荷方式又分為兩種,就是不明確卸荷和明確卸荷。前者的腳手架立桿在卸荷裝置處不斷開,一直搭上去,卸荷裝置一般采用撐拉桿件體系,可分擔一部分上部荷載,但分配數量不明確;后者的腳手架立桿在卸荷裝置處斷開,向上另行搭設,卸荷裝置承受上部架段的全部荷載,受力明確。

      6、腳手架的卸載圖形如下

      7、不明確分段卸載的計算方法:不明確卸載裝置按其承載能力的一半分配上部荷載且不超過卸荷層以上全部荷載的1/3。上面的圖實際上為局部卸荷方式,通過裝置將其上的部分荷載傳給工程結構,以確保腳手架使用的安全。

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      渔业资源保护与利用