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如何计算落地式脚手架荷载、连接件强度?
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-08-09 08:48:20

一、 脚手架设计需要计算的内容及要求

1. 脚手架的承载能力应按概率极限状态设计法的要求,采用分项系数设计表达式进行设计。

(1)纵向、横向水平杆等受弯构件的强度计算;

(2)连接扣件抗滑承载力计算;

(3)立杆的稳定性计算;

(4)连墙件的强度、稳定性和连接强度的计算;

(5)立杆地基承载力计算。

2.计算构件的强度、稳定性与连接强度时,应采用荷载效应基本组合的设计值。永久荷载分项系数应取1.2,可变荷载分项系数应取1.4。

3.脚手架中的受弯构件,应根据正常使用极限状态的要求验算强度和刚度。验算构件强度时,荷载要取设计值;验算构件变形时,荷载取标准值。

4.按照扣件式脚手架钢管规范进行对脚手架进行设计计算时,必须满足规范的构造要求。

二、脚手架荷载的确定

1.荷载:包括恒荷载和活荷载

(1)恒荷载:

a.脚手架结构自重,包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等的自重;

b. 构、配件自重,包括脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重。

(2)活荷载:

a.施工荷载,包括作业层上的人员、器具和材料的自重;

b.风荷载(临沂地区基本风荷载0.3KN/m2,重现期n=10)。

2.荷载的效应组合

计算纵向、横向水平杆强度与变形时,采用永久荷载+施工均布活荷载;

脚手架立杆稳定验算时,采用

①永久荷载+施工均布活荷载

②永久荷载+0.85(施工均布活荷载+风荷载)

连墙件承载力时: ①单排架,风荷载+3.0kn

②双排架,风荷载+5.0kn

三、落地式脚手架计算

1、小横杆的计算

小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算,小横杆在大横杆上面,计算简图如下所示(立杆纵距1.5m,立杆横距为0.9m,立杆步距1.8m)按照小横杆上面的脚手板和活荷载作为均布荷载计算小横杆的最大弯矩和变形。

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(1)荷载的计算

均布恒荷载值计算

小横杆的自重标准值:P1=0.04kN/m

脚手板的荷载标准值(木):P2=0.350×1.500/2

活荷载标准值:Q=3.000×1.500/2

荷载的计算值:q=1.2×(P1+P2)+1.4×Q =3.513KN/m

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(2)小横杆的抗弯强度计算要满足(式5.2.1)

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其中: M 为弯矩设计值,包括脚手板自重荷载产生的弯矩和施工活荷载的弯矩;

W为钢管的截面模量;(查附录表B.0.1)

[f]取Q235钢管抗弯强度设计值,取205N/mm2。

计算的M=3.513×0.92/8=0.356KNm

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

(3)小横杆的挠度v计算要满足(图乘法计算推导来的,其他同理)

(实际受力弯矩图)

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(单位力弯矩图,两个图乘)

[v]按照规范要求为取l/150与10mm的小值(表5.1.8)

最大挠度考虑为简支梁在均布荷载作用下的挠度。

均布荷载q’=P1+P2+Q=0.04+2.62+2.25=2.552kN/m(荷载采用标准值--规范5.1.3条)。

E为钢管弹性模量(查表5.1.6),I为钢管惯性矩。

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

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2、脚手架荷载为什么不计算悬臂端说明(5.2.1-5.2.4说明)

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从弯矩公式看不带悬挑的情况弯矩大偏于安全,挠度直接从公式看不出结论,但代入规范最大悬挑计算长度0.3米,及排距取1.5米时,计算结果还是第一个大,因此规范取了第一种情况进行计算安全。

3、为什么不计算钢管的抗剪承载力说明:

没有抗剪强度计算,是因为钢管抗剪强度不起控制作用。如φ48×3.6的Q235-A级钢管,其抗剪承载力为:

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上式中K1为截面形状系数。一般横向、纵向水平杆上的荷载由一只扣件传递,一只扣件的抗滑承载力设计值只有8.0kN,远小于[V],故只要满足扣件的抗滑力计算条件,杆件抗剪力也肯定满足。

另外在设计时,要注意规范规定作业层上非主节点处的横向水平杆,宜根据支承脚手板的需要等间距设置,最大间距不应大于纵距1/2,也就是说主节点之间至少有1根横向水平杆。

4、大横杆的计算

大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算,小横杆在大横杆的上面。用小横杆支座的最大反力计算值,在最不利荷载布置下计算大横杆的最大弯矩和变形。

说明:脚手架底层步距不应大于2米(规范6.3.4),也就是说,一根脚手管的最大长度为6米,和规范要求的一致,宜按三跨连续梁进行计算(规范5.2.4)。

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大横杆的计算简图:

其中:P为上面的荷载值(小横杆和脚手板),q为钢管的自重(均布荷载)

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受弯构件的允许挠度值(表5.1.8)

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5、扣件抗滑移

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8.0kN(表5.1.7);

R—纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;

当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN;双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN。

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6、立杆稳定性计算(5.2.6条)

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(3)注意:

对于立杆稳定性,我们只验算立杆底部的稳定性。这是由于通过计算从脚手架顶取每5米一段与脚手架的静荷和活荷的组合验算立杆稳定性时,虽然风荷载在顶部的标准值大,但最终组合值在脚手架的最底端最不利。

对于脚手架整体稳定性的计算是比较复杂的,表达形式上是对单根立杆的稳定计算,实质是对脚手架结构的整体稳定计算,因为式中的µ值是根据脚手架的整体稳定实验结果确定的。

规范为了简化计算,通过大量的试验分析和理论研究,将脚手架的整体稳定计算简化为立杆单杆稳定计算;依据立杆横距以及连墙件的布置方式,引入了单立杆稳定的计算长度系数。依据有关试验,结合立杆横距和连墙件的布置方式,规范给出了单杆稳性计算长度系数。所以规范的立杆计算实际上就是对脚手架整体稳定的计算,只不过在形式上以立杆单杆稳定计算表达。 计算长度系数μ值是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用,其值与受压构件两端约束情况有关 。

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