转换层支撑脚手架的设计和计算(毕节 ).doc

毕 节 金 州 大 厦转换层木模板扣件式钢管支撑架施工方案一、工程概况本工程位于毕节东升路与贵毕路的交叉口西北侧（紧邻东升路），毕节师专附中的东北侧，交通十分方便，总建筑面积为：17590.84m2。其中：负一层为停车场，负二层为商业和设备用房，地上一至三层为商场，第四层为架空层（转换层），四层以上为住宅，建筑层数：地下2层，地上19层，建筑总高度：64.8米。属高层商住楼，建筑工程等级为二级，建筑类别为一类，耐火等级为一级，防水等约为二级，防水耐久年限为15年，建筑合理使用年限50年。由于转换层梁规格比较多，且钢筋密集，砼工程量大，这给转换层的施工带来了一定的难度。转换模板支撑架如有安全隐患，不但可能造成安全事故，而且会影响整个商住楼的工程质量。因此须引起我们的高度重视，对模板支撑架进行认真的设计和计算。为简化计算，现将梁的规格、设计荷载、梁板支撑形式列于附表（一），供计算和施工中选用，计算过程不再逐项描述，只对有代表性梁板进行计算。二、编制依据1、广东建筑艺术设计院设计的施工图纸。2、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2001。3、建筑结构设计手册（静力计算）。4、建筑施工模板安全技术规范JGJ162-2008。三、搭设支撑架的材料及其相关参数本方案模板支撑架采用扣件式钢管脚手架，钢管规格为483.0，钢管壁厚=3.0mm，截面积A=424mm2，截面模量W=4494mm3，惯性矩I=10.78104mm4，回转半径i=15.9mm,重量38.4N/m，钢材的弹性模量E=2.06105N/mm2，抗拉、抗压、抗弯强度f =205N/mm2，木模板自重标准值0.5KN/m2，施工荷载标准值2.5KN/m2，振捣荷载标准值2.0KN/m2，恒载系数为1.2，活载系数为1.4，砼自重标准值24.0KN/m3，钢筋自重标准值：板取1.1 KN/m3、梁取1.5KN/m3。四、模板支撑钢管架的设计和计算（一）、转换层梁支撑架的设计和计算1、附表（一）中序号12号梁模支撑架的设计和计算（选规格最大的1号梁：6002000进行计算）：1-1、荷载计算模板自重标准值：G1K = 0.5 KN/m2（0.6m+2.0m2）=2.3KN/m砼自重标准值： G2K =24 KN/m30.6m2.0m = 28.8KN/m钢筋自重标准值：G3K =1.5 KN/m30.6m2.0m = 1.8KN/m振捣荷载标准折算值：Q2K =2.0 KN/m30.6m = 1.2KN/m1-2、荷载组合查建筑模板安全技术规范JGJ162-2008，计算强度时应按下列表达式进行计算：0 S R （4.3.1-1）式中：0 结构重要性系数，其值取0.9S 荷载准效应组合的设计值R 结构抗力设计值1-2-1、由可变荷载效应控制的组合按下式计算：n S=G GiK + Q1 Q1K （4.3.1-2）i=1 把相关数据代入公式得S1 = 1.2（2.3+28.8+1.7）+1.21.4 = 39.4KN/m+1.7KN=41.4KN/m1-2-2、由永久荷载效应控制的组合，按下式进行计算：n S=G GiK+ QiCiQiK (4.3.1-4)i=1 式中： Ci可变荷载Qi的组合系数，取值按0.7采用G永久荷载分项系数在本式中应按1.35采用把相关数值代入上式得：S2=1.35（2.3+28.8+1.7）+1.40.71.2=45.5KN因S2S1，故取其大值：S=S2=45.5KN/m，代入公式（4.3.1-1）得：O S=0.945.5=40.95KN/ m1-2-3、变形验算荷载效应组合设计值按下式计算： n S= GiK (4.3.1-6)i=1把相关数值代入上式得：S=2.3+28.8+1.7=32.8KN/m1-3、对支承梁底模次梁的钢管支撑架小横杆（主梁）进行抗弯强度计算： 设小横杆为二跨连续梁，总长=砼梁宽=600mm，单跨300mm，由三根立杆支撑，立杆纵距0.5m，步距1.6m。每根小横杆承担的总荷载：N=40.95KN/m0.5m=20.50KN=20475N化为均匀分布在梁模底板上的线荷载q=20475N600mm=34.1N/mm 梁底板采用胶木板，铺设在次梁（木楞）上，荷载传递路线：梁底模次梁（木楞）主梁（钢管），次梁的间距为L/2=300m2=150m，因此在计算小横杆（主梁）的抗弯强度前，应先计算模板、次梁的强度、刚度和支座反力，把次梁的支座反力转换成作用在主梁（钢管）上的集中荷载，然后才能计算主梁的强度和刚度。1.3-1计算模板的抗弯强度、刚度和支座反力：1.3.1-1、模板的材料及参数梁板模板采用木胶合板，板厚15mm，以次梁作支座，次梁的间距为L/2=4252=213mm，次梁（木楞）拟用市场上可购买的松木方，规格：20008035(mm)，强度等级：TC13B组，侧向安装，查建筑施工安全技术规范表A.5.2胶木板的抗弯强度设计值fjm=30N/mm2，弹性模量E=11.5103N/mm2，查表A.3.1-3木方的抗弯强度设计值fm=13N/mm2，弹性模量E=9000 N/mm2，查表A.3.1-4在不同条件使用的木方抗弯强度和弹性模量应作调整，强度设计值调整系数：露天使用调为0.9，施工临时使用为1.2。1.3.1-2、荷载设计值：作用在主梁的均布线荷载，作强度验算时，q=34.1N/mm；作挠度验算时，qg=32.8KN/m0.5m0.6m=27.3KN/m=27.3N/mm1.3.1-3、内力计算： 底模板是均布荷载作用下的多跨连续梁，其计算简图如下：查建筑结构设计手册，在均载作用下的四跨连续梁，第一跨正弯矩和第二支座负弯矩是最大的正负弯矩值，比较两者，取大值作抗弯强度计算。跨中弯矩：1=0.07734.11502=59771Nmm支座负弯矩：2=0.10534.11502=81506Nmm因为21，故取弯矩2作为计算抗弯强度的依据1.3.1-4、木模板抗弯强度计算：查建筑施工技术规范，木模板的抗弯强度应按下式计算：j=Mmax/Wjfim (5.2.1-3)式中：Mmax为最大弯矩值=131556 Nmm Wj为木模板截面模量，查设计规范W=bh2/6=5001526=18750mm3代入上面公式：j=8150618750=4.3N/mm2fim=30N/mm2 安全1.3.1-5、木模板的挠度验算，应按下面公式计算：=0.632qgL4/100EI式中：0.632为查设计手册四跨连续梁均载作用下的挠度系数qg在恒载作用下的均布线荷载取值19.8N/mm4E木胶板弹性模量，取值11.5103mm3I木胶板惯性矩，取值：bh3/12=50015312=281250mm4把以上数值代入公式得：0.63227.31504（10011.5103281250）=0.03mm=L/400=150400=0.38 mm 满足刚度要求1.3.1-6、计算每跨模板的支座反力：查建筑结构设计手册，四跨连续梁均载下的内力系数得：支座反力：F1=F5=0.39334.1150=2010N F2=F4=1.14334.1150=5846N F3=0.92834.1150=4746N1.3.2、计算次梁（木楞）的强度和刚度：1.3.2-1、次梁的材料和相关参数：次梁采用松木方，侧向安装，弹性模量E=9000N/mm2,抗弯强度调整后的设计值：fm=130.91.2=14N/mm21.3.2-2、荷载设计值： 取第二个支座反力作为计算次梁的设计荷载，则 q=F2=5846500=11.7N/mm qg=1.14327.3150500=9.4N/mm1.3.2-3、内力计算：次梁为4跨连续梁，总长2000mm，单跨500mm，在均布荷载作用下。查建筑结构设计手册四跨连续梁的最大弯矩值为第二支座的负弯值，=0.10711.75002=312975Nmm1.3.2-4、次梁的强度计算：查建筑施工安全技术规范木方的抗弯强度用按下式计算 =Mmax/Wfm （5.2.2-3）式中Mmax最大弯矩值=315650Nmm W木方的截面模量= bh2/6=358026=37333mm3代入上式：=31297537333=8.4N/mm2fm=14N/mm2 安全1.3.2-5、次梁的挠度计算： 查建筑结构设计手册内力系数，次梁挠度按下式计算： =0.677qgL4/100EI式中：0.677四跨连续梁挠度系数 qg验算挠度的均布荷载，取值10.5N/mm L单跨长=500mm E弹性模量=9000N/mm2 I惯性距= bh3/12=3580312=1493333mm4 代入上式：0.6779.45004（10090001493333）=0.30mm=L/400=1.25mm 满足刚性要求1.4、对主梁（钢支架小横杆）强度和刚度计算：1.4-1、作用在主梁（钢管）上的集中荷载：把梁底模板各支座反力转换成作用在主梁（钢管）上的集中荷载，故：P1=F1=2010N、P2=F2=5846N、P3=F3=4746N计算简图：1.4-2、内力计算：查建筑结构设计手册三跨连续梁的内力系数得：跨中最大弯矩：M1-2=0.1565846300=273593Nmm支座最大负弯矩：M2=0.1885846300=329714Nmm1.4-3、抗弯强度计算：选跨中支座最大负弯距验算其抗弯强度，根据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2001（以下简称为安全技术规范），横向水平杆抗弯强度应按下式计算：= M/Wf（5.2.1），把相关数据代入公式得=329714Nmm4494m3=73N/ m2 f = 205 N/ mm2 安全1.4-4、对支撑架立杆的稳定性进行计算：查建筑结构设计手册三跨连续梁的内力系数得：第一支座承受的荷载N1=2010+58460.312=3834N=3.8KN第二支座承受的荷载N2=4746+58461.376=12790N=12.8KN选承受荷载最大的第二立杆进行稳定验算，根据安全技术规范，立杆的稳定应按下面公式计算：N/Af（5.3.1-1）式中：N 计算立杆计算段设计值=N2=12040N A 钢管截面积=424mm2 轴心受压稳定系数，由长细比查规范附录C表得： = L0/ i式中：L0计算长度按规范（5.6.2-3）公式计算 i 截面面转半径=15.9mmL0=h+2a（5.6.2-3）式中：h支撑架步高=1600mma模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至底模板支撑点距离，取a=200mm代入公式：L0=1600+2200=2000mm， 则长细比 = L0/ i=200015.9=125.8查规范附录C得稳定系数=0.418把相数据代入规范公式（5.3.1-1）得N2/A=12790（4240.418）=72N/mm2f =205N/mm2 安全1.4-5、对扣件的抗滑力验算：查规范表5.1.7扣件抗滑力8KN/个。边立杆集中荷载：N1=3.8KN 8KN 需用双扣件方可确保安全。1.4-6、主梁挠度验算：查建筑结构设计手册得挠度计算公式：f挠=0.911P2L3/100EI=0.91158463003 （1002.0610510.78104）=0.06mmL/150=3.67mm 满足刚度需求1.4-7、支撑形式为A型，序号为2的梁模支撑参照A型施工（见附图一）。2、对附表（一）中序号为38的梁模支撑进行设计和计算（选规格最大的3梁：5001800进行计算）：（1）设计荷载：37.1KN/m 见附表（一）（2）计算小横杆的抗弯强度：设小横杆为两跨连续梁，单跨250mm，总长500mm， 由3根立杆支撑，立杆纵距0.5m。每根横杆所承受的总荷载：N=37.1KN/m0.5m=18.55KN=18550N化为作用在梁底板上的线荷载：q=N/L=18550N500mm=37.1N/mm荷载的传递路线：梁底板次梁（木楞）主梁（钢管），次梁的间距L/2=2502=125mm按第一例的计算方法（过程略），求得：P1=1823N、P2=5301N、P3=4304N计算简图：内力计算：查建筑结构设计手册两跨连续梁的内力系数得：跨中最大弯矩：M1=0.1565301250=206739Nmm支座最大负弯矩：M2=0.1885301250=249147Nmm选支座负弯矩进行抗弯强度验算，查安全技术规范小横杆抗弯强度应按下式计算： =M/Wf（5.2.1），把相关数据代入公式得 =2491474494=55N/mm2f =205N/mm2 安全（3）、对立杆的稳定性进行计算：查建筑结构设计手册两跨连续梁的内力系数得 边立杆所承受的集中载：N1=1823+53010.312=3477N=3.5KN中立杆所承受的集中载：N2=4304+53011.376=11598N=11.6KN 选中立杆进行稳定验算： 利用前例的计算成果，代入安全技术规范公式（5.3.1-1）得 =N2/A=11598（4240.418）=65.43N/mm2f =205N/mm2 安全（4）、对扣件的抗滑力验算：边立杆：N1=3.5KN 8KN 用双扣件（或螺杆直顶）（5）抗度验算满足刚度要求（过程略）。（6）、支撑形式为B型，序号为4-8号梁支撑参照B型施工（见附图二）。3、对附表（一）中序号为9号梁：350750模支撑设计和计算：（1）设计荷载：12.4KN/m 见附表（一）（2）计算小横杆的抗弯强度：设小横杆为单跨简支梁，梁长350，由2根立杆支撑，立杆纵距1.0m。每根横杆所承受的总荷载：N=12.4KN/m1.0=12.4KN=12400N化为作用在梁底板上的线荷载：q=12400N350mm=35.4N/mm荷载的传递路线：梁底板次梁（木楞）主梁（钢管），次梁的间距L/2=3503=116mm按第一例的计算方法（过程略），求得：P1=1643N、P2=4928N计算简图：内力计算：查建筑结构设计手册单跨梁内力计算跨中最大弯矩：M=4928116=571611Nmm 把相关数据代入安全技术规范公式=M/W=f（5.2.1）得 =5716114494=127N/mm2f =205N/mm2 安全（3）、对立杆稳定进行计算： 每根立杆所承受的荷载：N=124002=6210N=6.2KN 代入安全技术规范公式（5.3.1-1）得 =N/A=6210（4240.418）=35N/mm2f =205N/mm2 安全（4）、对扣件的抗滑力验算： N=6.2KN8KN 用单扣件（或螺杆直顶）（5）挠度验算：查建筑结构设计手册简支梁挠度计算f挠 = PaL2/6EI（3-4a2/L）=49281163502（62.0610510.78104）=0.53mmL/150=3.6mm（满足刚度要求）（6）、支撑形式为C型，凡未列入附表中的本层梁模支撑及其他各楼层支撑架参照C型施工（见附图三）。（二）、转换砼板的支撑架设计和计算因本工程转换层砼板底模采用木胶板，支座为次梁（木楞），次梁支在钢管支撑架的横杆上，荷载传递路线：底模板次梁（木楞）主梁（钢管），因此在设计和计算钢管支撑架前，应先分别计算木模和次梁（木楞）的抗弯强度和刚度及支座反力，再把支座反力转换成集中力作用在主梁上。1、板模和次梁的设计和计算1.1荷载计算：1.1.1荷载取值：模板自重标准值：G1K=0.3KN/ m2砼自重标准值： G2K=24 KN/ m30.18m=4.32 KN/ m2钢筋自重标准值：G3K=1.1KN/ m30.18m=0.198 KN/ m2施工荷载标准值：Q1K=2.5KN/m31.1.2荷载的组合查建筑模板安全技术规范JGJ162-20081.1. 2-1计算强度应按下列表达式进行计算：0SR （4.3.1-1） 式中：0结构重要性系数，取值按0.9S荷载效应组合的设计值R结构抗力设计值1.1.2-2由可变荷载效应控制的组合，按下式计算：n S=G GiK+Q1+Q1K (4.3.1-2)i=1 把相数值代入上式得：S1=1.2(0.3+4.32+0.198)+1.42.5=9.28KN1.1.2-3由永久荷载效应控制的组合，按下式计算：n S=G GiK+ QiCiQiK (4.3.1-4)i=1Ci可变荷载Qi的组合系数，取值按0.7采用G永久荷载分项系数，在本式中应按1.35采用把相关数值代入上式得：S2=1.35（0.3+4.32+0.198）+1.40.72.5=8.95KN从计算结果中取大值：S=S1=9.28KN/m2，代入公式（4.3.1-1）中得：0S=0.99.28=8.35KN/m2化为作用在底模板上的均布线荷载：q=8.35 KN/m21.0m=8.35KN/m=8.35N/mm1.1.2-4变形验算荷载效应组合按下式计算：n S= Gik (4.3.1-4)i=1 把相关数值代入上式得：S=0.3+4.32+0.198=4.82KN/m2化为作用在底模板上的线荷载：q g=4.82KN/m21.0m=4.82KN/m=4.82N/mm按建筑施工安全技术规范4.1.2条的规定：施工荷载标准值Q1K取2.5 KN/m2时，还应取集中载2.5KN进行验算，比较两者所得弯矩，取其大值，作用在模板跨中的集中荷载设计值：P=0.925001.4=3150N2、对模板和次梁的抗弯承载力和刚度进行计算： 木模板采用木胶合板，板厚15mm，支在次梁上，次梁的间距为主梁的L/3=10003=333mm，次梁（木楞）拟用市场均可购买的松木方，间距L/3=10003=333mm，规格为20008035(mm)，强度等级按TC13B组，侧向支承，查建筑施工安全技术规范表A.5.2胶合板的抗弯强度设计值fjm=30N/mm2，弹性模量E=11.5103N/mm2，查表A.3.1-3得木方的抗弯设计值fm=13N/mm2，弹性模量E=9000N/mm2，查表A.3.1-4在不同条件使用下木方的抗弯强度和弹性模量调整系数，强度设计值：露天为0.9，施工临时使用调为1.2。2.1、计算板的抗弯承载力 拟计算第一跨模板的抗弯强度，因为板底模板是整板铺设在次梁上，本可以按一端固定，一端简支的单跨梁考虑，为简化计算按简支梁验算。2.1-1强度验算 已知作用在底模板的组合均布荷载q=8.35N/mm，P=3150N，q2=0.90.31.2=0.3N/mm施工荷载为均布线荷载时：M1=qL2/8=8.3533328=115704 Nmm施工荷载为集中荷载时：M2=PL/4+q2L2/8=31503334+0.3233328=266673 Nmm因M2M1，故取弯矩值M2进行板的抗弯强度验算查建筑施工安全技术规范木模板的抗弯强度验算应按下式计算： j=M/Wfim （5.2.1-3）查建筑结构设计手册求得木胶板的截面模量和惯性矩： W=bh2/6=10001526=37500mm3 I= bh3/12=100015312=281250mm4把相关数据代入公式得 j=M/W=26667337500=7.1N/mm2fmi=30 N/mm2 安全2.1-2、挠度验算：挠度应按建筑施工安全技术规范下面公式进行验算：=5qgL4/384EI (5.2.1-4)把相关数值代入上式：=54.823334(38411.5103281250)=0.24mm=333400=0.83mm 满足刚度要求2.2对次梁（木楞）的抗弯强度和刚度验算2.2.1、次梁的抗弯强度验算2.2.1-1、求相关参数从前面的计算结果已知作用在板底模的均布荷载q=8.35KN/m，次梁的受荷宽度：L=0.333m，木方的抗弯设计值：fm=13N/mm2，弹性模量：E=9000N/mm2，次梁跨度：L=1.0m，作用在次梁的均布线荷载：q=8.35KN/m0.333m=2.78 KN/m=2.78N/mm，木材强度设计值调整后为：fC=0.91.213=14 N/mm2查建筑结构设计手册木方的截面模量和惯性矩分别按下式计算： W=bh2/6=358026=37333mm3 I= bh3/12=3580312=1493333mm42.2.1-2、内力计算： M1=1/8qL2=1/82.7810002=347500 Nmm M2=1/4PL+1/8q2L2=1/431501000+1/80.3210002=827500 Nmm因M2M1，故取弯矩值M2进行次梁的抗弯强度验算查建筑施工安全技术规范木次梁抗弯强度应按下式计算：=M/Wfm (5.2.2-3)把相关数值代入上式：=M/W=82750037333=22.2N/mm2fm =14N/m因此，需采用双木楞合并承荷或把次梁间距由333mm改为167mm，方能确保安全。支座反力：F1=2.781000=2780NF2=3150+0.321000=3470N2.2.1-3挠度验算： 查规范挠度应按下列公式验算：=5qgL4/384EI （5.2.1-4）式中：qg验算挠度均布荷载为4.82KN/m0.333m=1.6N/mm L次梁跨度为1000mm E弹性模量取值9000N/mm2 I惯性距取值1493333mm4 把相关数值代入上式：=51.610004（38490001493333）=0.31mm=L/400=1.25mm 满足刚度要求3、钢管支撑架的水平承重钢管（主梁）抗弯承载力刚度和立杆稳定计算： 设横杆间距1000mm1000mm，步距1600mm，按满堂脚手架搭设。横杆为多跨连续梁，第一跨的跨中弯矩和第二支座的负弯矩，是各跨中的最大正、负弯矩，第二支座反力是所有支座中最大的，因此只需计算第一跨的相关内力，即可满足安全使用要求。（1）、水平钢管承载力计算荷载计算：因为计算主梁时施工荷载只考虑均布荷载，故取荷载P=F=2780N计算简图：内力计算：查建筑结构设计手册五跨连续梁内力计算系数：第一跨中最大弯矩：0.2427801000=667200Nmm第二个支座最大负弯矩：0.28127801000=781180Nmm选最大支座弯矩验算钢管抗弯强度，把相关数值代入安全技术规范公式：=M/Wf（5.2.1）得=7811804494=174N/ mm2 f =205 N/ mm2 安全（3）、对立杆的稳定性进行计算：查建筑结构设计手册五跨连续梁中第二根立杆所承受的集中力最大，即N=（1.281+1.07）2780+2780=9316N=9.3KN利用前例计算成果，代入安全技术规范公式（5.3.1-1）得 = N/ A =9316（4240.418）=53N/ mm2 8KN 用双扣件（或螺杆直顶）（5）挠度验算：挠度计算的荷载：P=4.82KN/m0.333m=1605N 查建筑结构设计手册挠度系数得f挠=1.795PL3/100EI=1.795160510003(1002.0610510.78104)=1.3mmL/150=5.3mm， 可满足刚度要求（6）、支撑形式见附图。五、模板支撑搭设的层数1、大梁模板支撑层数大梁模板支撑架传递给第一层楼板的荷载，一般都大于梁板除自重以外所能承受的外加荷载，需要连续支撑数层（由计算定），而且要求立杆上、下对齐，才能确保荷载的顺利传递和梁板的安全使用。现以附表中序号为1的大梁为例，试计算，支撑架需搭设的层数。查附表（一）该梁的设计荷载41.0KN/m ，该梁的支撑架宽度为0.6m，化成平方米荷载：41.0KN/m0.6m=68.3KN/m2，而楼面允许的附加荷载按设计总说明综合考虑活载3.0KN/m2，施工期楼板自身尚未加上的恒载2.0KN，分配乘以荷载系数=1.43+1.22=6.6KN/m2，则需要支撑的层数68.36.6=10.3层，按此方法计算，附表（一）中最小的梁也要连支二层以上，本工程商住楼转换层均设在第四层（架空层）楼面，且架空层下设有2层地下室，故均应支到人防地下室顶板或底板。2、转换层板的支撑层数 按梁的计算方法板的支撑层数=12.9KN/m26.6KN/m=2层结论：综上所述,本方案转换层板钢管支撑脚手架须满支两层，转换层梁的支撑架要支到地下室底板处（如按人防地下室设计，支到顶板即可）。六、模板支架构造要求1、模板支架立杆的构造应符合下列规定：（1）每根立杆底部应设置底座或垫板。（2）每根立杆底部应设置纵横扫地杆，纵向扫地应采用直角扣件，固定在底部上皮不