导轨框架式爬架计算书.docx
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导轨框架式爬架计算书
DM-01型导轨框架式附着升降脚手架
计算书
计算:
审核:
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DM-01型导轨框架式爬架
计算书
一、计算书名词含义
1.竖向主框架:
用于承受脚手架上的荷载并与附着支承装置连接,将荷载
传递到建筑物结构上的焊接及螺栓联接而成的竖向框架。
2水平支承框架:
支承在两个相邻竖向主框架之间,并将所承受的架体竖
向荷载传递给竖向主框架的空间桁架或框架。
3附着支承装置:
附着在建筑结构上与脚手架架体连接,在升降、使用过
程中,承受脚手架架体荷载的支承结构。
4.支承跨度:
相邻两竖向主框架轴线之间的水平距离。
5脚手架高度:
脚手架架体底面至架体顶端,不包括防护栏杆(围挡)高
度的距离。
6防坠装置:
架体在升降和使用过程中防止脚手架架体坠落的装置。
7防倾装置:
在升降和使用过程中,防止脚手架架体倾覆的装置。
二、荷载规定和计算系数
1.荷载规定
①恒载:
包括搭设架体的钢管和扣件、竖向主框架、水平支承框架、作业层
脚手板、安全网、轨道以及固定于架体上的设备等传给附着支承点的全部材
料、构配件、器具的自重。
②活荷载(施工荷载):
架体在工作状态下,结构施工时,按两层荷载(每
层3KN/m
2
)计算;装修施工时,按三层荷载(每层2kN/m
2
)计算;架
2
体在升降状态下,施工活荷载按每层0.5kN/m
计算。
③风荷载:
风压标准值按照《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》
计算确定。
挡风面积按挡风材料、杆件的实际挡风面积计算。
2.计算系数
(1)结构重要性系数γo取0.9;动力系数γd取1.05
(2)恒载分项系数γG取1.2;活荷载分项系数γQ取1.4
(3)组合风荷载时的荷载组合系数ψ取0.85
(4)荷载变化系数γ1取1.3;γ2取2.0;
2/30
(5)竖向主框架和水平支承框架
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
对于稳定性设计时:
k≥2.0
(6)吊索和绳索的安全系数k≥6.0
三、计算方法与计算依据
1.计算方法
本《计算书》中“竖向主框架”、“水平支承框架”、“附着支承装置”
等按照“概率极限状态设计法”进行计算。
按承载极限状态设计的荷载值取
设计值;按使用极限设计的承载值取标准值。
防坠装置、吊具、索具按“容
许应力设计法”进行设计计算,取强度容许值。
计算荷载的传递过程
架体荷载→水平支承框架→竖向主框架→附着支承装置→建筑结构
有些安全措施是由水平支承框架直接传递给建筑物或者通过竖向主框架
直接传递给建筑结构。
2.计算及设计参考规范及手册
《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)、《附着升降脚手架管理暂行规
定》、《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2002)、《建筑结构荷
载规范》(GB5009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《建筑
施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91)、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
(GBJ18-87)、《机械设计手册》、《起重机设计手册》。
四、DM-01型导轨框架式爬架结构分类及特点
DM-01型导轨框架式爬架结构包括几大部分组成:
1.架体:
采用扣件式脚手架杆件组装的架体。
2.竖向主框架和水平支承框架:
采用钢管及型钢定型焊接加工螺栓连接的桁
架或框架。
3.爬升机构:
包括:
附着支承装置(预埋件、穿墙螺栓、垫板、挂座、销轴、
卸荷导向件)、提升底座(包含防坠装置箱体)、防倾及导向装置(导轮组
及导轨)、承重装置(限位锁、防坠圆钢、以及附着支承装置)。
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4.自身提升设备:
电动葫芦、电控柜、电缆线、同步性控制系统。
DM-01型导轨框架式爬架突出结构特点:
(1)同一提升点多层多点附墙。
DM-01型导轨框架式爬架采用四套卸荷导向
件、四根穿墙螺栓分别附着于四个标准楼层上并连接四层以上长度的导轨组
成附着支承装置。
保证了有效的附着并满足建筑结构强度的要求。
(2)有效的防倾与导向特点。
DM-01型导轨框架式爬架每一提升点沿全高度有
四套导轮组件环抱导轨。
在使用工况时,竖向主框架体内排上有四套限位锁
直接将导轨及架体固定于卸荷导向件上。
(3)灵敏的机械式防坠装置。
DM-01型导轨框架式爬架提升底座上焊接制动
框,制动框内安装制动凹轴,防坠圆钢从凹轴间穿过,利用信号装置从葫芦
提升钩取得信号,使制动轴上下运动,运用摩擦角自锁原理达到防坠自锁抱
紧,起到阻止架体下坠的作用。
(4)同步性控制系统。
DM-01型导轨框架式爬架安装有同步性安全预警保护系
统,其控制架体升降同步性的关键是控制架体每一提升点的荷载或单个点位
升降差,如出现超载或欠载,则发出“声”、“光”报警及切断电源等各种
明显信号。
(5)竖向主框架和水平支承框架强度可靠。
竖向主框架和水平支承框架均是采
用钢管及型钢定型加工、定型安装的工具式桁架系统;竖向主框架与桁架式
导轨形成双桁架并联加强体系,框架强度有效加强。
(6)采用桁架式导轨,强度大大加强,导向性能更好。
解决了目前大部分爬架
存在的导轨弯曲变形问题。
(7)导轨与架体同步升降,省掉了人工周转导轨的工序,升降时间更短,更好
地满足施工进度和安全防护。
五、荷载标准值计算
㈠计算用荷载单元模型的确定
选取架体支承跨度为6.0米,脚手架高度按8步双排,上端外加一步单排
防护,综合折算高度按16.7米的一片架体为荷载计算单元。
架体内外排立杆中心距为0.75
米,步高为1.8米和2.0米,均布立杆柱距为1.5米。
以建筑物标准层层高4.0米的立杆
设计为基准。
(二)风荷载的计算
计算式:
Wk=0.7μs·μz·W
o
4/30
式中:
μz—风压高度变化系数。
按照田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀
疏的中、小城镇和大城市郊区的B类地面粗糙度采用。
(高度按200米考虑)
查《建筑结构荷载规范》表6.2.1μz=2.61
w
o—基本风压。
依据《建筑结构荷载规范》中全国基本风压分布图,和
为适应北京、广州、上海、天津、西安、重庆、成都、南京、福州、沈阳、
杭州等全国大中城市使用,故选取基本风压为wo=0.55kN/m
2
。
μs—风荷载体型系数。
按照《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一
规定》中,背靠建筑物的情况为“敞开框架和开洞墙”附着升降脚手架外排
为密目安全网全封闭,故μs=1.3Φ,其中Φ为挡风系数。
Φ=An/AW,式中:
AN─挡风面积,AW─迎风面积
0.5×(1.8+1.8)×0.048+1.8×1.8×40%
Φ=──────────────────────=0.426
1.8×1.8μs=1.3Φ=1.3×0.426=0.55
风荷载标准值:
2
Wk=0.7μs·μz·Wo=0.7×0.55×2.61×0.55=0.55kN/m
㈢脚手板自重计算
底层脚手板采用钢筋脚踏板,每50cm间距铺设50×100×1200木方一条。
架体内排立杆离墙450mm,脚手板铺设时离墙200mm,则脚手板宽度为:
750
+450-200=1000mm。
脚手板的自重标准值为0.12kN/m
2,木方每条
2
重量为0.042kN/条,以上操作层采用竹笆,自重标准为0.06KN/m
①底层脚手板自重:
6.0m×1.0m×0.12KN/m
2+0.042kN/条×14条
=1.31KN
②一层钢笆脚手板自重:
6.0m×1.0m×0.06kN/m
2=0.36kN
③2-9层钢笆自重:
0.36kN×7层=2.3kN
㈣挡脚板自重计算
在脚手板铺设层架体的外排搭设180mm高、18mm厚的木板作为挡脚
板。
①单层自重:
6.0m×0.18m×0.12kN/m
2=0.13kN
②九层自重:
0.13kN×9层=1.17kN
㈤安装于架体上爬升机构自重计算
5/30
包括:
1个提升底座(导轨重量列在竖向主框架重量内)
1×0.22kN/个=0.22kN
㈥电控柜自重计算按40门电控柜配置1台计算:
0.7kN
㈦安全网自重计算
外排架外侧面、脚手板下面铺设密目式安全网,重量系数为0.01kN/m
2。
架体上安全网自重:
(16.2m×6.0m+1.8m×6.0m×3层)×0.01kN/m
2=1.30kN
㈧竖向主框架自重计算
参见竖向主框架图纸重量计算:
序
号
名称数量(节)单重(kN)总重(kN)图号
1主框架外立杆下节10.360.36DkJ-09-01-00
2主框架外立杆上节10.250.25DkJ-09-01-00
3主框架廊道杆80.0780.624DkJ-08-03-00
4主框架小横杆90.030.27DkJ-08-02-00
5导轨上下节11.631.63DkJ-04-00-00
合计总重(kN)3.13
㈨水平支承框架自重计算
序号名称数量单重(kN)总重(kN)图号
1小横杆H806根0.030.18
2支撑框架4片0.602.4
3螺栓M20×4022条0.00150.033
7螺母M2022个0.000680.015
合计总重(kN)2.63
㈩脚手架架体自重计算
DM-01型导轨框架式爬架架体部分采用钢管扣件脚手架,本《计算书》引
用钢管扣件式脚手架来统计架体自重荷载。
架体钢管规格采用Φ48×3.0,重
量系数为0.0384kN/m。
(在钢管重量计算中采用壁厚3.5的单米重是偏
于安全)
1.大横杆自重计算:
按底步支撑框架以上7步架计算统计外排大横杆22根;内排大横杆7根
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外排大横杆:
6.0m/根×22根×0.0384kN/m=5.07kN(包括护栏杆)
内排大横杆:
6.0m/根×7根×0.0384kN/m=1.62kN
2.小横杆自重计算:
1.3米/根×3根/层×8层×0.0384kN/m=1.20kN
3.立杆自重计算:
外排高度:
17.6米-2.2米=15.4米
内排高度:
15.8-2.2米=13.6米
其中2.2米为水平支承框架立杆平均高度。
(15.4米/根+13.6米/根)×3×0.0384kN/m=3.34kN
外排立杆自重:
15.4米×3×0.0384kN/m=1.77kN
内排立杆自重:
13.6米×3×0.0384kN/m=1.57kN
4.外排剪刀撑自重计算:
计算长度:
下边L1=6米/cos55°=10.5米;
上边L2=10.5米
钢管自重:
(10.5米+10.5米)×2根×0.0384kN/m=1.6kN
5扣件自重计算:
扣件自重按0.010KN/个计算:
⑴大横杆用扣件:
90个
外排大横杆扣件:
62个
内排大横杆扣件:
28个
⑵小横杆用扣件:
2个/根×36根=72个
⑶立杆用对接扣件:
3个/点×6点=18个
⑷外侧剪刀撑用扣件:
9个/根×2根+7个/根×2根=32个
外排扣件自重:
(62+36+9+32)×0.01=1.39kN
内排扣件自重:
(28+36+9)×0.01=0.73kN
合计自重:
(90+72+18+32)个×0.01kN/个=2.12kN
以上脚手架自重合计:
14.95kN
(十一)活荷载标准值计算
1.使用工况下,结构施工时,按2层作业层3kN/m
2计算。
6.0米×1.0米×2层×3kN/m
2=36kN
装修施工时,按3层作业层2kN/m2计算。
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6.0米×1.0米×3层×2kN/m
2=36kN
2.升降工况下,施工活荷载:
按照作业层0.5kN/m
2计算
结构施工时:
6.0米×1.0米×2层×0.5kN/m
2=6.0kN
装修施工时:
6.0米×1.0米×3层×0.5kN/m
2=9.0kN
六、水平支承框架计算
㈠结构说明
水平支承框架为组拼式框架,节点连接采用焊接和螺栓连接,上下弦杆、
斜腹杆、立杆及短横杆采用Φ48×3.0钢管,螺栓采用M20规格。
水平支承框
架两边与提升点处的竖向主框架采用螺栓连接。
㈡计算说明
①水平支承框架计算其承担的荷载时,不包括竖向主框架自重荷载。
②架体荷载通过立杆传递给水平支承框架,再由水平支承框架传递给竖
向主框架、导轨、建筑结构。
③将提升点处作为水平支承框架的支座进行计算。
④架体的全部恒载以及使用工况结构施工时的施工活荷载简化为作用于
水平支承框架上弦的节点荷载。
⑤水平支承框架自重、一层脚手板、挡脚板自重和按升降工况装修时的
一层施工活荷载简化为作用于水平支承框架下弦的节点荷载。
㈢荷载计算
1.荷载计算方法
①分别计算水平支承框架外框架和内框架的节点荷载。
②每层脚手板的恒载和活荷载作用于外框架和内框架的荷载承受面积的分
配,根据一端悬臂梁求支座反力求得:
∑MA=0;∑MB=0
则:
X
内=1.0外=0.33米2/2/0.75=0.67米;X
2/2/0.75=0.67米;X
外框架节点荷载承受面积的计算宽度:
X外=0.33米
内框架节点荷载承受面积的计算宽度:
X内=0.67米
③按照导轨式爬架使用工况和升降工况考虑内外框架的节点荷载。
④爬架上攀登的施工人员作为活荷载计算。
作用于上弦杆荷载
作用于上弦杆的节点荷载包括:
两层脚手板的施工荷载(3kN/m
2)和
8/30
架体的全部恒载。
(不包括水平支承框架自重)
①恒载标准值计算
使用工况升降工况
外框架(kN)内框架(kN)外框架
内框架
(kN)kN
脚手板六层330
3.19×──=1.05
670
3.19×──=2.14
1.052.14
10001000
挡脚板六层1.1701.170
爬升机构00.2200.22
电控柜0.700.70
安全网0.4500.450
架体自重10.244.7210.244.72
合计13.617.0813.617.08
节点恒载标准值3.401.773.401.77
架体自重计算说明:
外框架:
外排大横杆+小横杆分配自重+外排立杆+外排剪刀撑+外排扣件自重
330
=5.07+1.2×───+1.77+1.61+1.39=10.24kN
1000
内框架:
内排大横杆+小横杆分配自重+内排立杆+内排扣件自重
670
=1.62+1.2×───+1.57+0.73=4.72kN
1000
②活荷载标准值计算
使用工况升降工况
外框架(kN)内框架(kN)外框架(kN)内框架(kN)
330670330670施工活
荷载
36×─=11.88
1000
36×─=24.12
1000
6×──
1000
6×──
1000
=1.98=4.02
节点活
2.976.030.51.0
荷载标
准值
3.作用于下弦杆荷载
作用于下弦杆的荷载包括:
一层脚手板、挡脚板自重以及水平支承框架自
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重。
①恒载标准值计算
使用工况升降工况
外框架(kN)内框架(kN)外框架
内框架
(kN)kN
脚手板
3306700.420.85
一层
1.27×──=0.42
1000
1.27×──=0.85
1000
踢脚板
0.1300.130
一层
水平支
11.321.321.32
承框架
2.63×──=1.32
2
合计1.872.171.872.17
节点恒载0.470.540.470.54
标准值
②活荷载标准值计算
升降工况
外框架(kN)内框架(kN)
施工活荷载330670
3×──=0.993×──=2.01
10001000
节点活荷载标准值0.250.50
4.节点荷载设计值
作用于上弦杆荷载:
①使用工况外框架
P
使外上=γoγd(γGGk+γQG
Q)
=0.9×1.05×(1.2×3.4+1.4×2.97)
=7.78(kN)
②使用工况内框架
P
使内上=γoγd(γGGk+γQG
Q)
=0.9×1.05×(1.2×1.77+1.4×6.03)
10/30
=9.99(kN)
③升降工况外框架
P升外上=γoγd(γGGk+γQG
Q)
=0.9×1.05×(1.2×3.4+1.4×0.5)=4.52(kN)
④升降工况内框架
P升内上=γoγd(γGGk+γQG
Q)
=0.9×1.05×(1.2×1.77+1.4×1.0)
=3.33(kN)
作用于下弦杆荷载:
①使用工况外框架②使用工况内框架
P使外下=γoγdγGGkP使内下=γoγdγGG
k
=0.9×1.05×1.2×0.47=0.9×1.05×1.2×0.54
=0.53(kN)=0.61(kN)
③升降工况外框架
P
升外下=γoγd(γGGk+γQG
Q)
=0.9×1.05×(1.2×0.47+1.4×0.25)
=0.86(kN)
④升降工况内框架
P
升内下=γ。
(γGGk+γQG
oγd
Q)
=0.9×1.05×(1.2×0.54+1.4×0.5)
=1.27(kN)
汇总:
表一:
节点荷载设计值
使用工况升降工况
外框架(kN)内框架(kN)外框架(kN)内框架(kN)
作用于上
P使外上=7.78P使内上=9.99P升外上=4.52P升内上=3.33
弦杆
作用于下
P使外下=0.53P使内下=0.61P升外下=0.86P升内下=1.27
弦杆
说明:
由上述计算可以看出,使用工况下内框架荷载最大,因此,以下计算
选择最不利的使用工况内框架进行验算。
汇总:
表二:
节点荷载标准值
11/30
使用工况升降工况
外框架(kN)内框架(kN)外框架(kN)内框架(kN)
恒载活载恒载活载恒载活载恒载活载
作用于上3.402.971.776.033.400.501.771.0
弦杆
作用于下0.4700.5400.470.250.540.50
弦杆
㈣杆件内力计算
1.结构尺寸以及上弦杆节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图
p/2=0.5p=1p=1p=1`p/2=0.5
FGHIJ
-1.950.650.65-1.95
1.251.251.251.25
RA=2RB=2
附图
(1)
23431500
NAG=(2-0.5)×───=1.95(-)NAC=1.95×───=1.25(+)
18002343
18002343
NDG=(1.95×───-1.0)×───=0.65(+)
23431800
1500
NGH=(1.95+0.65)×───=1.66(-)
2343
12/30
2.下弦杆节点在单位集中荷载系数P=1作用下的内力图
FGHIJ
OO
+0.65+0.65-1.95
-1.95
+1.0+1.0
ACDEB
+1.25+1.25+1.25+1.25
RA=1.5RB=1.5
附图
(2)
23431500
NAG=1.5×───=1.95(-)NAC=1.95×───=1.25(+)
18002343
18002343
NDG=(1.95×───-1.0)×───=0.65(+)
23431800
1500
NGH=(1.95+0.65)×───=1.66(-)
2343
㈤最不利的杆件内力组合
由上述单位荷载内力图可以看出最危险的受压杆件是支座(提升底座)
处斜腹杆AG、BI和跨中部位上弦杆GH、HI,因此,只验算此两种杆件的强度
及稳定性即可。
由上述内、外框架荷载设计值的比较明显看出,在使用工况下,内框架
的节点荷载设计值最大,因此,以下只验算使用工况下的内框架。
1.AG杆内力组合
设计值:
NAG设=1.95×9.99+1.95×0.61=20.67kN
标准值:
NAG标=1.95×(1.77+6.03)+1.95×0.54
13/30
=16.26kN
2.GH杆内力组合
设计值:
NGH设=1.66×9.99+1.66×0.60=17.58kN
标准值:
NGH标=1.66×(2.49+5.42)+1.95×0.53
=14.01kN
㈥最不利杆件AG和GH的强度及稳定性验算
1.材料特性参数
材料选用48钢管:
截面积A=489mm
2,抗弯截面模量W3,i
x=5080mm2,抗弯截面模量W3,i
x=15.8mm。
2.支座处斜腹杆AG的验算
强度:
NAG设20650
σ=───=────=42.23N/mm
2〈f=205N/mm
2
A489
稳定性:
计算长度:
L=(18002+15002)
2+15002)
1/2=2343mm
L2343
λ=──=────=148.3<150
ix15.8
查《钢结构设计规范》附表A.1.1-1稳定系数:
Ψ=0.446
N
AG设20650
σ=───=───────=54.79N/mm
ΨA0.446×845.1
2〈f=205N/mm
2
安全系数:
NAG标16460
σ=───=───────=43.7N/mm
ΨA0.446×845.1
2〈f=205N/mm
2
[σS]240
k=───=───=5.5>2.0合格!
σ43.7
3.上弦跨中压杆GH验算
强度:
N
GH设17580
σ=───=────=35.95N/mm
A489
2〈f=205N/mm
2
稳定性:
计算长度:
L=1500mm
L1500
λ=──=────=95
ix15.8
14/30
查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附表A.1.1-1稳定系数:
Ψ=0.626
NGH设17580
σ=───=───────=57.4N/mm
2〈f=205N/mm
2
ΨA0.626×489
安全系数:
NGH标14010
σ=───=───────=45.77N/mm
ΨA0.626×489
2〈f=205N/mm
2
[σS]240
k=───=───=5.24>2.0合格!
σ45.77
㈦验算杆件AG配用螺栓的抗剪强度
在提升底座处,AG杆配用1条M20螺栓。
水平支承框架配用螺栓均承受
剪力,不受轴向力。
螺栓净截面积计算:
A1=π(17.294/2)
2=234.9mm2
A2=π(17.294/2)2=234.9mm
2=234.9mm
2
螺栓抗剪力计算:
N1=234.9×130=30537N
NAG设=25560N〈N2=30537N
安
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