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脚手架工程专项施工方案
一、脚手架设计
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》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《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
单排脚手架搭设高度为26.1m,立杆采用单立杆;
搭设尺寸为:
立杆的纵距为1.3m,立杆与墙中距离为1.05m,立杆的步距为1.2m;
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Φ48×3.5;
横杆与立杆连接方式为单扣件;取扣件抗滑承载力系数1.00;
连墙件布置取两步两跨,竖向间距2.4m,水平间距2.6m,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):
取3.000;脚手架用途:
主体结构、装修脚手架;
同时施工层数:
2层;
3、风荷载参数
本工程地处沧州市吴桥县城内,查荷载规范基本风压为0.400kN/m2,风荷载高度变化系数μz为1.770,风荷载体型系数μs为1.300;
计算中考虑风荷载作用;
4、静荷载参数
每米立杆承受的结构自重荷载标准值(kN/m):
0.119;
脚手板自重标准值(kN/m2):
0.350;栏杆挡脚板自重标准值(kN/m):
0.140;
安全设施与安全网自重标准值(kN/m2):
0.005;脚手板铺设层数:
6层;
脚手板类别:
竹脚手板;栏杆挡板类别:
栏杆、竹脚手板挡板;
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1.2m,建筑物内锚固段长度1.8m。
与楼板连接的螺栓直径(mm):
16.00;
楼板混凝土标号:
C25;
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=0.036kN/m;
脚手板的自重标准值:
P2=0.35×1.05/(2+1)=0.123kN/m;
活荷载标准值:
Q=3×1.05/(2+1)=1.05kN/m;
静荷载的设计值:
q1=1.2×0.036+1.2×0.123=0.191kN/m;
活荷载的设计值:
q2=1.4×1.05=1.47kN/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:
跨中最大弯距为M1max=0.08×0.191×1.32+0.10×1.47×1.32=0.274kN.m;
支座最大弯距计算公式如下:
支座最大弯距为M2max=-0.10×0.191×1.32-0.117×1.47×1.32=-0.323kN.m;
选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算:
σ=Max(0.274×106,0.323×106)/4790=67.432N/mm2;
大横杆的最大弯曲应力为σ=67.432N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/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:
其中:
静荷载标准值:
q1=P1+P2=0.036+0.123=0.159kN/m;
活荷载标准值:
q2=Q=1.05kN/m;
最大挠度计算值为:
ν=0.677×0.159×13004/(100×2.06×105×115000)+0.990×1.05×13004/(100×2.06×105×115000)=1.383mm;
大横杆的最大挠度1.383mm小于大横杆的最大容许挠度1300/150mm与10mm,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=0.036×1.3=0.047kN;
脚手板的自重标准值:
P2=0.35×1.05×1.3/(2+1)=0.159kN;
活荷载标准值:
Q=3×1.05×1.3/(2+1)=1.365kN;
集中荷载的设计值:
P=1.2×(0.047+0.159)+1.4×1.365=2.158kN;
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=1.2×0.036×1.052/8=0.006kN.m;
集中荷载最大弯矩计算公式如下:
Mpmax=2.158×1.05/3=0.755kN.m;
最大弯矩M=Mqmax+Mpmax=0.761kN.m;
最大应力计算值σ=M/W=0.761×106/4790=158.94N/mm2;
小横杆的最大弯曲应力σ=158.94N/mm2小于小横杆的抗压强度设计值205N/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=5×0.036×10504/(384×2.06×105×115000)=0.024mm;
大横杆传递荷载P=p1+p2+Q=0.047+0.159+1.365=1.571kN;
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=1571×1050×(3×10502-4×10502/9)/(72×2.06×105×115000)=2.725mm;
最大挠度和ν=νqmax+νpmax=0.024+2.725=2.749mm;
小横杆的最大挠度为2.749mm小于小横杆的最大容许挠度1050/150=7与10mm,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,按照扣件抗滑承载力系数1.00,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(规范5.2.5):
R≤Rc
其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN;
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=0.036×1.3×2/2=0.047kN;
小横杆的自重标准值:
P2=0.036×1.05/2=0.019kN;
脚手板的自重标准值:
P3=0.35×1.05×1.3/2=0.239kN;
活荷载标准值:
Q=3×1.05×1.3/2=2.048kN;
荷载的设计值:
R=1.2×(0.047+0.019+0.239)+1.4×2.048=3.233kN;
R<8.00kN,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0.1628kN/m
NG1=[0.1628+(1.30×2/2)×0.036/1.20]×32.00=6.454kN;
2、脚手板的自重标准值;采用竹脚手板,标准值为0.35kN/m2
NG2=0.35×6×1.3×1.05/2=1.103kN;
3、栏杆与挡脚手板自重标准值;采用栏杆、竹脚手板挡板,标准值为0.14kN/m
NG3=0.14×6×1.3/2=0.546kN;
4、吊挂的安全设施荷载,包括安全网;0.005kN/m2
NG4=0.005×1.3×26.1=0.170kN;
经计算得到,静荷载标准值
NG=NG1+NG2+NG3+NG4=8.273kN;
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=3×1.05×1.3×2/2=4.095kN;
风荷载标准值按照以下公式计算
其中Wo--基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
Wo=0.5kN/m2;
Uz--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:
Uz=1;
Us--风荷载体型系数:
取值为1.3;
经计算得到,风荷载标准值
Wk=0.7×0.5×1×1.128=1.45kN/m2;
不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.2NG+1.4NQ=1.2×8.273+1.4×4.095=15.661kN;
考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为
N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×83273+0.85×1.4×4.095=14.801kN;
风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×1.45×1.3×
1.22/10=0.323kN.m;
(六)立杆的稳定性计算:
不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为:
立杆的轴向压力设计值:
N=15.661kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.59cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
k=1.155;当验算杆件长细比时,取块1.0;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
μ=1.8;
计算长度,由公式lo=k×μ×h确定:
l0=2.495m;
长细比Lo/i=157;
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的计算结果查表得到:
φ=0.284;
立杆净截面面积:
A=4.57cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=4.79cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=15661/(0.284×457)=120.67N/mm2;
立杆稳定性计算σ=120.67N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求。
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式
立杆的轴心压力设计值:
N=14.801kN;
计算立杆的截面回转半径:
i=1.59cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
k=1.155;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:
μ=1.8;
计算长度,由公式l0=kuh确定:
l0=2.495m;
长细比:
L0/i=157;
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=0.284
立杆净截面面积:
A=4.57cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):
W=4.79cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
σ=14801/(0.284×457)+323000/4790=181.475N/mm2;
立杆稳定性计算σ=181.475N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/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
风荷载标准值Wk=1.45kN/m2;
每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积Aw=6.24m2;
按《规范》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=3.000kN;
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=12.667kN;
连墙件的轴向力设计值Nl=Nlw+N0=15.667kN;
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=0/15.9的结果查表得到φ=1
又:
A=4.57cm2;[f]=205N/mm2;
连墙件轴向承载力设计值为Nf=1×4.57×10-4×205×103=93.685kN;
Nl=15.667 连墙件采用双扣件与墙体连接。 由以上计算得到Nl=15.667小于双扣件的抗滑力16kN,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 水平支撑梁的截面惯性矩I=1130cm4,截面模量(抵抗矩)W=141cm3。 受脚手架作用集中强度计算荷载N=8.273+4.095=12.368kN; 水平钢梁自重强度计算荷载q=2.61×10-3×78.5=0.205kN/m; 代入公式,经过计算得到 支座反力RA=20.095kN 支座反力RB=-7.155kN 最大弯矩MA=13.134kN.m 最大应力σ=13134000/(1.05×141000)=88.713N/mm2 水平支撑梁的最大应力计算值88.713N/mm2小于水平支撑梁的抗压强度设计值215N/mm2,满足要求。 最大挠度νmax=5.014mm 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2400mm 水平支撑梁的最大挠度5.014mm小于水平支撑梁的最大容许挠度2400/400mm,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 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=570×9.9×88×235/(2100×160×235)=1.48 由于φb大于0.6,查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表B,得到φb值为0.879。 经过计算得到最大应力σ=13.134×106/(0.879×141000)=105.971N/mm2; 水平钢梁的稳定性计算σ=105.971小于[f]=215N/mm2,满足要求。 (十)锚固段与楼板连接的计算: 1、水平钢梁与楼板压点如果采用钢筋拉环,拉环强度计算如下: 水平钢梁与楼板压点的拉环受力R=7.155kN; 水平钢梁与楼板压点的拉环强度计算公式为: 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条[f]=50N/mm2; 所需要的水平钢梁与楼板压点的拉环最小直径D=[6343.177×4/(3.142×50×2)]1/2=8.987mm; 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以上锚固长度。 2、水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,螺栓粘结力锚固强度计算如下: 锚固深度计算公式: 其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向拉力,N=6.343kN; d--楼板螺栓的直径,d=16mm; [fb]--楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度,计算中取1.43N/mm2; [f]--钢材强度设计值,取215N/mm2; h--楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度,经过计算得到h要大于6343.177/(3.142×16×1.43)=88.247mm。 螺栓所能承受的最大拉力F=1/4×3.14×162×215×10-3=43.21kN 螺栓的轴向拉力N=7.155kN小于螺栓所能承受的最大拉力F=43.206kN,满足要求。 3、水平钢梁与楼板压点如果采用螺栓,混凝土局部承压计算如下: 混凝土局部承压的螺栓拉力要满足公式: 其中N--锚固力,即作用于楼板螺栓的轴向压力,N=20.095kN; d--楼板螺栓的直径,d=16mm; b--楼板内的螺栓锚板边长,b=5×d=80mm; fcc--混凝土的局部挤压强度设计值,计算中取0.95fc=14.3N/mm2; 经过计算得到公式右边等于88.64kN,大于锚固力N=20.095kN,楼板混凝土局部承压计算满足要求。 二、脚手架的搭设 (一)脚手架搭设施工顺序: 定位放线→摆放扫地杆→安放立杆底座坚硬支撑板→竖立杆并同时扣紧扫地杆→搭设水平杆→连接与墙拉接点→搭设剪刀撑→脚手架验收 (二)搭设方法: 放置悬挑钢梁,水平钢梁采用18号槽钢焊立杆底座,自角部起依次向两边竖立底立杆,底端与纵向势地杆扣件固定后,装设横向扫地杆,并也与立杆固定,每边竖起3-4根立杆后,随即装设第一步纵向平杆(与立杆扣接固定)和横向平杆(小横杆、靠近立杆并与纵向平杆扣接固定)。 校正立杆垂直和平杆水平使其符合要求后,按45~55Nm力拧紧扣件螺栓,形成构架的起始段,按上述要求依次向前延伸搭设,直至第一部架交圈完成。 交圈后,再全面检查一遍构造质量,严格确保设计要求和构架质量,设置端墙件,按第一部架交圈完成。 交圈后,再全面检查一遍构造质量,严格确保设计要求和构件质量,设置端墙件,按第一步架的作业程序和要求搭设第二步、第三步......,随搭设过程及时装设连墙件和剪刀撑,装设作业层间横杆、铺设脚手架板和装设作业层栏杆、挡脚板及密目网全封闭。 (三)脚手架搭设安全措施 1、脚手架的搭设与拆除必须严格按工序进行施工。 2、安全网、护身栏、护头棚等安全设施随施工及时安装好。 3、架子工必须持证上岗,搭设前进行安全交底,并写下保证书。 搭设时必须戴安全帽、系好安全带、穿防滑鞋。 架子搭设随时验收,合格后方可上人。 统一指挥,上下呼应,动作协调。 4、设专人维护脚手架,并经常检查脚手管及扣件的稳固性。 所有脚手架经过大风大雨后,要进行安全检查。 5、脚手架搭好验收后未经项目部技术部门书面许可,任何人不得拆除、更改、增加构配件。 脚手架的拆除必须由搭设人员在管理人员安排下拆除,高空拆架时,要注意安全施工,不得抛扔。
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