附墙式升降脚手说架计算书.doc

四川高伦脚手架有限责任公司 计算书附 着 升 降 脚 手 架设计计算书四川高伦脚手架责任有限公司附着式升降脚手架简介目前高层建筑施工中，由于附着式升降脚手架比传统的固定双排外架要节省大量的钢材和人工，而且施工简单方便，迅速。因而附着式升降脚手架被越来越广泛的使用。但是现在升降式脚手架行业中，各式各样的形体多，都有或多或少的 一些缺陷。我公司综合了各式各样脚手架的优点，创造出了既科学又简单牢固的附着式升降脚手架。我公司设计的附着式升降脚手架，完全符合国家行业标准建筑施工检查标准(JGJ5999)中关于附着式升降脚手架(整体提升架或爬架)检查评分表的有关要求。一、适用范围： 附着式升降脚架，适用于任意结构的高层建筑施工时的外脚手架。二、附着式升降脚手架特点： 修建一座楼使用的外架钢材大大减少，比满堂双排外架少用8590，降低了修建成本和运输成本。操作简单迅速，劳动力投入少，劳动强度低，大量的降低了人工开支。使用过程中不占用塔吊，加快施工进度。升降时，任何工况的每一榀主框架都有三点独立的附墙支座，其中任何一支座失效，架体都不会坠落或垮塌。每个附着点都有防坠落装置，这样多重设置，多重防护，而且灵活、直观、可靠。具有调整预留孔的误差和与墙体表面的距离的功能。三、附着式升降脚手架结构：附着式升降脚手架，主要是由附墙支座、导轨、主框架、水平支承桁架，提升设备，架体等组成。1、附墙支座附墙支座示意见图1-1。附墙支座是用来锁定导向主框架的。支座上有固定导向T型齿钢板，防坠落自动卡装置，支座又是被固定在建筑墙体的，它具有在水平方向前后，左右调整的功能，使架体与建筑墙体表面，保持垂直度和距离。图1-1附墙支座示意2、竖向主框架图1-2竖向主框架示意竖向主框架示意见图1-2。竖向主框架，由导向齿板和竖向桁架构成，焊成一个整体。它在升降脚手架中起主导作用，整个升降脚手架的架体就是用普通钢管和扣件，与一榀一榀的主框架连成整体，在升降时只要将主支撑框架提起或下降，整个架体也就随之上升或下降。3、水平支承桁架水平支承桁架具有优质钢焊接成的标准节，可通过螺栓组装而成，安装在架体的底部，水平方向起到把一榀一榀主支框架连接成整体的作用，保证主框架平面外稳定。竖直方向，承受其垂直荷载。一般是长6m，高1.8m。水平支承桁架示意见图1-3。图1-3水平支承桁架示意4、提升设备与吊挂件图1-3提升设备与吊挂件示意提升设备由电动葫芦和吊挂件钢丝绳组成。吊挂件固定在建筑墙体上，当一组的几个电动葫芦都准备好提升时，用专控柜同时指挥起动，上升或是下降。提升设备与吊挂件示意见图1-4。四、附着式升降脚手架的主要技术指标：l、每次升降最大行程，提升时一层楼，下降时14层楼；2、架总高：约45层楼高，一般高15米，可根据工程特点按需求增减；3、架宽：0.91.2米；4、相邻主框架间距6米；5、附着型式：直接附着式，由主框架和水平支承桁架承载；6、升降导向：固定导管通过座子卡板孔；7、提升机构：与固定座子装置分开，成独立式；8、防坠装置：自动卡防坠装置可实现升降、安拆使用全过程防护。9、升降速度：0.090.25m/min;10、提升设备：5l0t电动葫芦，链长510m；11、安装条件：标准层开始安装和使用;12、操作层层数：主体结构施工时两层，装饰时三层；13、使用状态临边防护：高出最高作业面1.5m以上;14、固定型式：穿墙螺栓固定；15、协同工作情况：使用或升降过程中，中间导轨主框架或提升设备失效两旁的导轨可承担主要框架或提升设备其传来的荷载；16、离墙距离：架体离墙距离在0.30.4m之间可调；17、单位架体最大重量：以底边长计算430kg/m；架体承受的最大荷载每步100kg/m2。18、提升设备约45kg；五、附着式升降架脚手架具有如下优点：1、操作十分简便、迅速。附着式升降脚手架操作程度十分简单，相对工程量大的操作仅是提升设备的安装和拆除及导座的移动，其它工作强度低，操作容易方便，误操作可能性相对较少，另外由于支座的移动简便迅速，因此可实现该架连续多层的提升或下降，特别是装修阶段，该架可一次性下降两层，能较好的满足了装修施工的要求。2、主框架多点附着，提升装置独立设置，多个导向座既起导向作用又能独立承受架体荷载，且在每个导向座中均设有防坠器，加之提升设备独立设置，不论是在使用工况中，或是在升降工况中，任何时候每一榀框架处均与建筑结构都有三个附着点(升降工况时，独立的附着提升设备视为一点附着)，其中任何一点的附着失效，该架不会坠落或倾翻。3、防坠装置多重设置、多道防坠、灵活可靠。在任何工况下，每一组附着点设置有二个自动卡防附装置，该防坠装置可随时预防任何情况的坠落，因此大大消除了由于防坠器失效或误动作带来的危险。4、导向齿板刚度大，其它加工定型件，无塑性变形。导向齿板与联接板形成T型联结，因此刚度较大，在正常使用中，和其它所有定型加工件一样都无塑性变形，维修量较小，重复使用可靠性好。5、承力结构可靠，传力简单明晰。该架荷载的传递顺序为：架体水平支承桁架导轨主框架导向座建筑结构。6、架子具有无级调整建筑结构或预留孔较大误差的功能，导向支座还具有能自动调节与导轨之间推挤等造成过大次应力的功能。7、具有性能先进、可靠保护的专用电控线路，该电控线路设有过载保护，漏电保护，错、断相保护，接地保护和单独升降、整体升降和总停功能。1 设计计算说明（一）荷载的规定：1、恒载：包括搭设架体的钢管、扣件、导轨组件、水平支承桁架、主框架、作业层脚手板、安全网、提升机构等传递给附着支承点的全部材料、构配件的自重。2、活荷载（施工荷载）：架体在工作状态下，结构施工时，按两层施工荷载（每层3 kN /m2）计算；装修施工时，按三层施工荷载（每层2kN/m2）计算；架体在升降状态下，施工活载按三层装修荷载考虑，每层按0.5kN/m2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、杆件实际挡风面积计算。（二）计算系数1、结构重要性系数 取1.02、动力系数 取1.053、恒荷载分项系数 取1.2活荷载分项系数 取1.44、冲击系数 取1.55、荷变化系数 取2.06、水平支承桁架，主框架压杆150 拉杆3007、单一系数法复核时，其安全系数K值对于强度设计时：K1.5 对于稳定性设计时：K2.0（三）计算方法和计算依据1、计算方法本计算书中，“水平支承桁架”、“主框架”、“附着支座”装置等按照概率极限状态设计法进行计算，按照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”进行计算，取强度容许值。2、计算参考规范及手册建筑施工安全检查标准（JG59-99）建筑结构荷载规范（GB5009-2001）2006版钢结构设计规范（GB50017-2003）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）冷湾薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）机械设计手册起重机设计手册等。2 荷载标准值的计算（一）计算单元的确定图2-1水平支承桁架计算简图我单位使用升降式脚手架，其最大跨度为6米。取水平支承桁架最大支撑跨度为6米，脚手架高度15米；架体廊道宽0.9米，立杆水平间距1.5米，设8步架，步距1.8米，扶手栏杆间距0.6米,每步两根扶手栏杆见。水平支承桁架示意见图2-1。（二）脚手架架体重量架体主要钢管采用48×3.5钢管，材料为Q235。钢管截面特性及自重见表2-1，自重为0.0384kN/m。表2-148×3.5截面特性外径d壁厚截面积惯性矩截面模量回转半径自重mmmmA mm2I mm4W mm3i mmN/m483.5489121900508015.838.41、大横杆自重计算：外排大横杆（包括扶手）：7×6×3×0.0384+6×0.0384=5.10kN内排大横杆：7×6×0.0384=1.61kN2、小横杆自重计算：按使用工况下三层同时作业考虑（恒荷载最不利），脚手板层小横杆按每根1.4米，其余按每根1.2米计算：（1.4m×5×3+1.2m×5×4）×0.0384=1.73kN外排：内排：; 3、立杆自重计算立杆高度：13.2米；内外排立杆自重分别为：外排立杆：13.2×3×0.0384=1.52kN;内排立杆：13.2×3×0.0384=1.52kN。4、剪刀撑自重计算外排：8.07×6×0.0384=1.86kN内排：8.07×6×0.0384=1.86kN5、扣件自重计算：扣件自重按0.015kN/个计算。（1）大横杆扣件外排大横杆扣件：4个/根×22=88内排大横杆扣件：4个/根×8=32（2）小横杆用扣件：外排：1个/根×35=30个；内排：1个/根×35=30个。（3）立杆用对接扣件：外排：3个/根×4=12个；内排：3个/根×4=12个。（4）外排剪刀撑用扣件：5个/根×4+3=24个（5）扣件合计： 外排：（88+30+12+24）×0.015=2.31kN 内排：（32+30+12）×0.015=1.11kN(6)架体内外合计： 外排架体：5.10+0.62+1.52+1.86+2.31=11.14k内排架体：1.61+1.11+1.52+1.86+1.11=7.21kN由于架体连接有接头，自重放大1.1倍。外排：1.1×11.1412.25 kN 内排：1.1×7.217.93kN（三）脚手板自重计算脚手板采用竹夹板（自重标准值为0.35kN/m2），架体内排立杆离墙距离400mm，脚手板铺设时离墙距离50mm，则脚手板宽度为900+350=1250mm，脚手板单层自重为6×1.25×0.35=2.63kN；两层自重5.26kN；三层自重7.89kN。（四）挡脚板的自重计算在脚手板铺设层架体的外排搭设180mm高、20mm厚的木板作为挡脚板，重量系数0.18kN/m2，故单层自重：6×0.18×0.18=0.19kN；两层自重为0.38kN，三层自重为0.57kN。（五）安全网自重计算架体外排侧面铺设密目安全网，重量系数为0.015kN/m2,架体上的安全网自重为：6×15×0.015=1.35kN。（六）导轨、联接板自重计算导轨齿板，导轨采用8号槽钢，重量为0.0804kN/m齿板：60×10×50×60×7.85×9.8=0.15 kN0.0804×6+0.150.63kN联接板：110×8×7.8×9.80.43 kN主框架： 48×3.5总长度：15×2+19×1.252.8米30×3总长度：2×816米重量：52.8×0.0384+16×0.01952.03 +0.312.34kN总重量为： 0.15+0.63+0.43+2.343.55 kN（七）水平支承桁架自重水平支承桁架上下弦杆和腹杆均采用48×3.5钢管，内外水平桁架之间采用48×3.5钢管连接。48×3.5总长度：6×4+6×1.2+8×2.2549.5米49.5×0.03841.9kN（八）主框架风荷载计算：风荷载标准值：式中：: 风振系数：取1:风压高度变化系数按B类地面粗糙度，高度120米， 取 =2.201： 风荷载体形系数： =1.3： 双排脚手架挡风系数：=0.089 :根据建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)本公司在四川和贵州部分地区施工，100年一遇的最大风压：0.40kN/m2 =1×1.3×0.089×2.201×0.400.102 kN/m2（九）活荷载标准值计算1、使用工况下，结构施工时，按二层作业层，每层活载3kN/m2计算，0.9×7/6=1.05m,为了更安全，有效宽度放大至1.25m：6×1.25×2×3=45kN施工活荷载根据外内桁架受力面积进行荷载分配。外水平桁架：45×0.45/1.2516.2 kN内水平桁架：45×0.80/1.2528.8 kN2、升降工况下，结构施工时，按3层作业层0.5kN/m2计算6×1.25×3×0.5=11.3kN外水平桁架：11.3×0.45/1.254.01 kN内水平桁架：11.3×0.80/1.257.23 kN3 水平支承桁架计算    本设计采用通用软件SAP2000学习版进行复核计算，中文SAP2000由北京金土木软件技术有限公司、中国建筑标准设计研究院与美国CSI公司共同研制开发的通用结构分析与设计软件。较好得考虑了中国规范，已成为国内较好的结构设计、验算软件。 (一)结构说明水平支承桁架为组拼式桁架，杆件立杆、上弦杆、下弦杆、斜腹杆均采用48×3.5钢管。(二)计算说明 1、荷载通过立杆传递给水平支承桁架，由桁架下弦杆传递给主框架、再由主框架传递给附墙支座，最后由附墙支座传递给建筑物结构。2、主框架作为水平支承桁架的铰接支座；3、架体上的恒荷载以及施工时活荷载简化为作用于水平支承桁架上弦的节点荷载；4、水平支承桁架弦杆固结，立杆和斜腹杆与弦杆铰接；5、水平支承桁架为几何不变体系的稳定结构，平面外稳定由侧向支承保证。（三）荷载计算1、荷载计算（1）分别计算外桁架和内桁架的节点荷载；（2）每层脚手板的恒荷载和活荷载作用于外桁架和内桁架的荷载承受面积的分配。，（3）按照提升架使用工况和升降工况计算内外桁架的节点荷载；2、作用于上弦杆荷载作用于上弦杆的节点荷载包括：两层施工荷载和架体的全部恒载。（1）荷载简图图3-1 桁架计算简图（2）上弦杆节点荷载标准值的计算架体自重计算说明：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+活荷载分配值内框架：内排大横杆+小横杆分配自重+内排立杆+内排剪刀撑+内排扣件自重+活荷载分配值，表3-1 恒荷载标准值 使用工况升降工况外框架（kN）内框架（kN）外框架（kN）内框架（kN）脚手板三层2.845.052.845.05挡脚板三层0.5700.570安全网1.3501.350架体自重12.257.9312.257.93合计17.0112.9517.0112.95恒载标准值F恒=4.25F恒=3.24F恒=4.25F恒=3.24注： 17.01÷44.25个，平均分成4个节点，边节点荷载减半。(2)活荷载标准值的计算表3-2 活荷载标准值使用工况（kN）升降工况（kN）外水平桁架内水平桁架外水平桁架内水平桁架活荷载(总)16.228.84.017.23F活4.057.21.001.81由以上计算结果可以看出，在使用工况下，内水平桁架的节点荷载的设计值最大，所以以下只验算使用工况下的内水平桁架。F恒3.24 kN，F活7.2 kN。在桁架平面外，由主框架和横向水平支撑保证桁架的平面外稳定。(四)杆件内力计算：图3-2 桁架恒荷载简图图3-3 桁架活荷载简图图3-4 桁架变形图从图3-4，桁架变形简图，可以得到水平桁架最大变形为0.0022米。挠度计算：0.0022/6=1/2727(满足最大挠度小于1/250)。图3-5 桁架轴力图（拉力为正，压力为负）从图3-5可以看出，上弦杆最大压力为9.11kN，下弦杆最大拉力为25.53kN，支座腹杆最大压力为28.56kN，腹杆最大拉力为28.73kN。对于受拉杆件轴应力计算： N/mm2长细比验算，受压杆件，平面内外均为1.8米。150满足要求。查的， N/mm2图3-6 桁架杆件应力比结构应力计算考虑了最不利情况，包括平面内外，杆件的长细比等，均满足要求。从上图可以看出，有一定的富余度。水平支承桁架耳板和钢管采用双面角焊缝，焊角尺寸为4mm。角焊缝 N/mm2。对于耳板1，正面角焊缝： kN对于耳板2，焊缝长度较长，最大荷载小于67kN，焊缝均能满足要求。对于连接安装螺栓，采用两颗12的5.6级普通螺栓。螺柱受剪承载力为：kN两个螺栓受剪承载力为36.04 kN，满足要求。4 主框架计算（一）主框架 主框架是附着式升降架体中起到支撑运载架体的作用。水平支承桁架力集中分布在主框架下部，操作层大横杆直接传来的支座反力。验算工况必须考虑风荷载的影响。主框架杆件简图，见图4-1。图4-1 主框架杆件简图由荷载计算过程得到作用在主框架底部的横荷载和活荷载。1、主框架承受的恒荷载标准值包括自重外：17.01+1.9×1.2/2=18.15 kN内：12.95+1.9×1.2/2=14.09 kN2、主框架承受的活荷载标准值外：16.2 kN内：28.8 kN3、风荷载设计值：0.102×1.85×71.32 kN/20.102×1.85×7/20.66 kN/20.102×0.76×70.55 kN/20.102×0.76×7/20.27 kN/20.102×1.29×70.92 kN4、软件计算图4-2 恒载简图图4-3 活载简图图4-4 变形简图主框架在平面外，由水平支承桁架和大横杆保证其侧向稳定。只需验算一榀主框架的最不利受力情况。软件计算简图如上，施加竖向荷载和水平荷载。从荷载变形简图可以看出，顶点位移为0.006米，满足要求。规范规定构件长细比150主框架上下弦采用48×3.5，回转半径=15.8mm长度限值150×15.82.37m主框架弦杆采用30×3，回转半径=9.6mm长度限值300×9.62.88m此设计中，主框架长度为1.8m，弦杆最长为1.83m，均满足长细比要求。图4-5轴压力图上段图4-6轴压力图下段由图4-5，4-6可以看出杆件的受力情况，杆件受力较小。主要存在一个悬臂端，受水平荷载影响，较为不利。图4-7应力比简图上段图4-8 应力比简图下段结构应力计算考虑了最不利情况，包括平面内外，杆件的长细比等，均满足要求。从上图可以看出，应力计算满足要求。5、节点焊缝计算T形节点处受压支管30×3的焊缝根据节点等强计算。254.47×2151.22×160×0.7××3.14×304.3 mm由于支管有很大得富余度，围焊缝取4mm能满足要求。6、联接导板计算 联接板与主框架焊缝强度和防坠齿板的焊缝强度相同，联接板的作用力是平行于焊缝长度方向，焊缝方式为采用间距为200的间断双面角焊缝，焊角尺寸为4mm。=9000÷2=4500mm=4.21 N / mm2< =215N/mm2（合格）齿板计算：=60+43+43-6-6=134mm94.46 N / mm2< =215N/mm2（合格）5 提升机构的主要部件的强度计算（一）提开机构各主要受力件的荷载标准值和设计值1、恒荷载总计，恒荷载包括搭设架体的钢管、扣件、主框架，水平支承桁架，三层脚手板，挡脚板，安全网等构配件的自重2、荷载设计值。使用工况下的荷载设计值:S使设=o d (a Gk+o Qk)=1×1.05(1.2×36+1.4×45.08) =106.3kN2、升降工况下的荷载组合设计值:F总1.2×（18.15+14.09+3.55）+1.4×（0.5×1.25×7×3） （42.95+18.38）61.32kN考虑不均匀系数2，则钢丝绳受力：2×61.32×2/1.732141.62kN由以上的数据分析可以看出，在升降工况下，其荷载设值最大。因此在计算提升机构受力最大的零部件的强度及稳定性时，一律按升降工况的荷载设计值来计算（二）吊环座子的计算（1）说明：吊环座子上的销轴孔的轴心离附着支撑点距离150mm，吊环座子上的穿墙螺栓孔的轴心与附着支撑点的距离为260mm轴心与轴心距离300mm，其受力是水平方向的拉力F平和垂直方向剪力F垂。计算简图见（图5-1）。图5-1 吊绳简图吊绳所受拉力为2×61.32×2/1.732141.62kN吊拉杆为25圆钢，材质为Q345。所承受拉力为：3.14×12.5×12.5×295144.7 kN，满足承载力计算要求。拉板上端螺栓为2颗，受力不均匀系数为 2：F垂直61.32 kNF水平61.32/1.73235.04 kN穿墙螺栓采用2颗30螺栓，材质为Q345；螺栓的截面积An=560.6mm2N/ N/=0.62满足要求水平支承杆件由两根8号槽钢焊接而成，受轴向压力70.8 kN。由于杆件比较短，不考虑长细比的影响。 N/mm2(3)吊环座子吊板的拉应力强度设计值<=215N/ mm2=111990/0.7×800×5=39.99N/2<=215N/ mm2(4)销轴(133螺栓，材质Q345)的抗强度设计值： <=170N/ mm2(3)吊环座子吊板的拉应力强度设计值：<=215N/ mm2（三）钢丝绳计算根据厂方的产品质量证明书：直径是12.7mm的钢丝绳公称抗拉强度1670N/mm2,截面积A98.7mm2。钢丝绳强度设计值： =1434 N/ mm2<=1670N/ mm2合格)6 附墙支座计算架体的每个支撑点都有三个附墙支座。这三个支座把架体的自重和活荷载传给了墙体，可视为三个支座平均受力，上面两个支座同时起到防倾作用。每一附墙支座均应能承受该机位范围内的全部荷载设计值，并乘以荷载不均匀系数2。附墙支座的计算简图见6-1。图6-1 支座荷载简图恒荷载标准值：F恒3.55×1.1+1.9×1.1+17.01+12.9536kNF恒设1.2×3643.2kN活荷载标准值：F活16.28+28.845.08kNF活设1.4×45.0563.12kN风荷载标准值：F活0.18×7×1518.9kNF风活1.4×18.926.46kN考虑不均匀系数2F垂2×（43.2+63.12）212.64 kNF平2×26.4653.28kN(1)一个附墙支座单片支座背板承受的垂直方向荷载设计值:212.64÷2=106.32KN(2) 支座背板的焊节设计强度支座背板是12厚的钢板与两端10厚的梯形钢板焊节起来的，焊缝是属于角焊缝，作用力平行于焊缝长度方向，焊角尺寸为8mm。f=<160 N/mm2(3)座子穿墙螺栓的剪应力强度设计值穿墙螺栓一个座子用两颗30,材质为Q345,螺栓的截面积An=560.6mm2 N/mm2 N/mm2=0.92(4)自动防坠卡的剪应力强度设计值每个座子上都有两块16mm厚的钢板作自动防坠卡,钢材采用Q345,自动卡是受防坠齿板的剪力,受力方向竖直向下，均匀作用在两个自动卡，自动卡的剪应力强度设计值：= =166.13 N/mm2<=170 N/mm2（合格）设计人:计算人:审核人:32