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门式钢管脚手架稳定承载力计算方法

来源:东饰资讯网
刘希月等:门式钢管脚手架稳定承载力计算方法 45 门式钢管脚手架稳定承载力计算方法 刘希月 ,杨建军 ,王元清 (1.中南大学土木建筑学院。长沙410075;2.清华大学土木T程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084) 【摘要】 门式钢管脚手架作为一种临时结构,其计算方法应保证结构安全可靠,且便于施工单位应用。现 行规范中对脚手架稳定性计算的方法过于笼统,将所有影响因素转化为立杆长度调整系数k考虑,对同一高度脚 手架采用同一调整系数。文中在试验研究及理论分析的基础上,对规范中的计算公式进行修正,对不同搭设条件 下的脚手架采用不同的计算长度系数,并考虑脚手架的工作条件,采用结构抗力调整系数对立杆计算长度进行调 整,进而提出一种门式钢管脚手架稳定性的实用计算方法以供参考,最后通过一个算例来说明公式的应用。 【关键词】门式钢管脚手架;稳定承载力;计算方法 【中图分类号】TU392 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2013)07—0045—04 CALCULATING METHoDS oF THE STABILlTY BEARING CAPACITY 0量’ FRAME SCAFFoLDD G WrI'H STEEL TUBES UU Xi—yue 一。 YANG Jian-jun , WANG Yuan—qing2 (1.School of Civil Engi.,Central South Univ.,Changsha 410075,China; 2.Key Laboratory of Civil Engi.Safety and Durability of China Education Ministy,r Tsinghua Univ.,Beijing 100084,China) Abstract:The calculating method of the stability capacity of frame scaffolding with steel tubes should guarantee the structure’S safety and make its application convenient in construction.However, the calculating method presented in the current code is not very precise,it converts all the influence fac— tors of the stability capacity into the length adjustment coeficifent of he verttical bar and adopts the same adjusmentt coeficifents for lfame scaffoldings of the same height.This paper is based on the results of ex— perimental study and theoretical analysis,modiifes the calculating formulas presented in the code.It takes all the influence factors of the stability capacity into consideration comprehensively and adopts dif- ferent effective length factors f0r lfame scaffoldings constructed in different conditions.Moreover.the ad— justment coeficifent of stuctrure resistance which considers the working conditions of lfame scaffoldings is adopted to adjust the effective length.Finally,a practical calculating method of stability capacity of lame sfcaffoldings is proposed for reference. Key words:flame scaffolding wih stteel tubes;stability bearing capacity;calculating method 门式钢管脚手架具有承载能力高,装拆方便、经 济适用等优点,是一种具有良好推广价值和发展前景 的脚手架…。但是,由于脚手架作为临时结构,设计 施工时往往忽视其重要性,且目前对新型脚手架的性 能研究不够,在全国各地发生的因脚手架倒塌引起的 算长度的调整过于笼统,对同一高度脚手架采用同一 调整系数,且在实际工程中,由于脚手架的杆件经反 复使用,其缺陷往往大于钢结构规范 中提出的1/ 1000。对脚手架结构计算缺乏理论联系实际的科学精 神,盲目套用公式,也是安全事故发生的重大隐患。 文中基于前期的理论分析和试验研究结果 ,对 JGJ128—2000(建筑施工门式钢管脚手架安全技术规 范》中脚手架的稳定性计算公式进行改进,推导出门 式钢管脚手架稳定承载力的实用计算公式。 1 规范规定的极限状态设计法 JGJ128—2000我国规范 对门式钢管脚手架结 伤亡事故不胜枚举。 脚手架作为一种临时结构,其计算方法应保证结 构安全可靠,便于施工单位在脚手架设计、搭设时应 用心]。我国现行脚手架规范中 采用控制立杆计算 长度的方法来保证脚手架结构的稳定承载力,将所有 影响因素转化为立杆长度调整系数k考虑,但立杆计 低温建筑技术 2013年第7期(总第181期) 构杆件采用以概率理论为基础的极限状态设计法。 由于脚手架系暂设结构,不具备永久性结构那样的概 率分析条件 】,因此采用调整系数y 对计算式中的抗 文中根据前期试验结果 推导简单可行的计算方法, 试验用脚手架搭设情况如表2所示。 表2 试验参数 力项进行调整。BS5973—1981借鉴英国标准 ,对不 同高度的脚手架采用不同安全系数,并通过试算调 整,采用立杆计算高度调整系数k来反映 的作用。 JGJ128—2000规范 采用式(1)对门式钢管脚手架的 稳定性进行计算: Ⅳ≤^一 (1) 式中,Ⅳ为作用于一榀门架的轴向力设计值,取式 (2)和式(3)计算结果的较大者。 不组合风荷载时: N=1.2(Ⅳck1+ⅣGk2) +1.4∑N0Ik (2) 组合风荷载时: N=1.2(NGkl+ⅣGk2)日+0.85×1.4(∑Ⅳoik+ 半)一ID  (I 31 )J 式中,J7、r。 。为每米高度脚手架自重产生的轴向力 标准值;Ⅳc 为每米高度脚手架附件重产生的轴向力 标准值;∑Ⅳ呲为各层施工荷载作用于一榀门架的轴 向力标准值之和;H为脚手架高度;M 为风荷载产生 的弯矩标准值:帆=gk 2 10,其中吼为风线荷载标准 值;日,为连墙件的竖向间距;Na为一榀门架的稳定承 载力设计值,按式(4)计算。 = ・A・f (4) i= ̄/ 。 (5) ,=to+,l(hi/h。) (6) 式中, 为立杆稳定系数,按A=kh。/i查规范 JGJ128—2000 表8.0.6;k为立杆计算长度调整系 数,按表1采用;i为立杆换算截面回转半径;,为立杆 换算截面惯性矩;k为门架高度;/o、A 为分别为立杆 的毛截面惯性矩和毛截面积;h。、,。为分别为加强杆的 高度和毛截面惯性矩;A为一榀门架立杆的毛截面积: A=2A。 为门架钢材的强度设计值。 表1 立杆计算长度调整系数 2对规范计算方法的修正 JGJ128—2000 中对同一高度脚手架采用同一调 整系数,但不同搭设条件下的脚手架由于立杆杆端约 束不同,计算长度系数应是不同的,应综合考虑整架 作用、连墙点作用、初始缺陷和脚手架工作条件的结 构抗力调整系数等影响对立杆计算长度进行调整。 2.1计算长度系数 的确定 立杆计算长度系数是反映脚手架中各杆件对立 杆约束作用的值 。由试验 得到按方案III搭设的 脚手架极限承载力P =50kN,考虑加强杆对门架平面 外抗弯刚度的贡献,按式(6)、式(7)计算得立杆换算 截面惯性矩,=7.0122em4,由P.,=仃 E,/( ) 得 = 0.965。方案III的脚手架当连墙件变为两步三跨~设 时,承载力提高了15%,此时 =0.9。同理可得按方 案II搭设的脚手架的立杆计算长度系数 =i.017,当 连墙件变为两步三跨一设时,承载力提高了24%,此 时/x=0.913。 值计算结果见表3。 表3 脚手架立杆的计算长度系数 上述方法以前期试验结果 为依据,计算所得的 计算长度系数肛中,包括脚手架的整体空间效应、连墙 件设置及初弯曲等初始缺陷的影响,结果真实可信。 2.2计算长度调整系数k的确定 上述求得的计算长度系数是以试验结果为依据 的,但试验条件较为规范和严格,是施工中难以做到 的,必须考虑脚手架工作条件的结构抗力调整系数 值 “ ,可按承载能力极限状态设计表达式推导求得: 1.2NGk+1.4∑NQik≤ (7) 但目前无足够统计数据来确定脚手架结构采用 概率极限状态设计法的结果,因此,为保证脚手架结 构设计的可靠度,采用单一系数法进行稳定计算时, 与我国的历史使用经验保持一致 ,要求其安全系数 ≥2,以确保安全。 规范[3]给出了脚手架抗力调整系数计算公式: K = =2,根据相应脚手架的受荷情况,可得到相应的结构 抗力调整系数值。这里为方便计算,偏于安全地取 刘希月等:门式钢管脚手架稳定承载力计算方法 47 的极小值1.2,得0.9y =1.431,然后将抗力调整系数 的作用,转化为立杆计算长度调整系数Ii}予以考虑。 计算长度调整系数Jj}值的引入,实质上对立杆稳 定系数 的取值进行调整,设不计长度调整系数时的 立杆稳定系数为 ,计入调整系数时为 ,根据式(1) 和式(7)得: lf = (8) 一’ ,K 如前述取0.9yR=1.431,则 = /1.431。f-j式 钢管脚手架结构属于薄壁型钢结构, 值由A = 。/ i,按GBSO018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规 范》 u中表A.1.1—1取值, 值按表3采用,脚手架 立杆换算截面回转半径 1.507cm,然后由稳定系数 可得立杆计算长度调整系数。 表4列出了考虑抗力调整系数作用的立杆计算长 度调整系数 值。表中方案II 和方案III 分别表示与 方案II和方案III比,除连墙件两步三跨一设外其余 搭设情况均相同的搭设方案。可以看出,四种方案的 七值较为接近,文中为方便计算,偏安全地取调整系数 值为1.26。 表4 立杆计算长度调整系数J}计算表 2.3立杆的计算长度 综上分析,立杆的计算长度f。应按下式计算: l。= 。 (9) 式中, 为立杆计算长度调整系数,考虑结构抗力 调整因素,其值取1.26;/z为单杆计算长度系数,考虑 脚手架整体稳定因素,按表3采用; 。为门架高度。 通过以上公式推导可看出,式(9)综合考虑了影 响脚手架失稳的各种因素,较真实地反映实际应用情 况。但由于文中给出的立杆计算长度系数 是以前期 试验结果 为基础,若搭设情况改变,需采用钢框架 稳定理论分析方法 ’ 或有限元方法 重新确定。 3 门式钢管脚手架的稳定计算算例 某高层建筑结构施工用脚手架,搭设高度为40m, 考虑在两个操作层同时进行作业,取施工荷载标准值 ∑ =5.OkN/m ,建造地点的基本风压为0.45kN/ m ,地面粗糙度为B类。门架型号采用MFIO17,f-j架 宽b=1.02m,f-j架高h。=1.75m,脚手架步距为 1.77m,跨距f=1.83m,钢材采用Q235。交叉支撑两 侧设置,水平加固杆五步四设,脚手板五步一设,剪刀 撑四步四跨设置,加固杆件钢管为 2mm×2.5mm, 连墙件三步三跨设置。脚手架采用立网全封闭围护, 立网重为0.02kN/m 。每五步设一道防护栏杆、设一 道挡脚板,杆件规格同加固杆。 根据上述条件,对脚手架的稳定性计算如下: 3.1 作用于一榀门架的轴向力标准值的计算。 (1) 每米高度内脚手架构配件自重产生的轴向 力标准值Ⅳ 。的计算。 NGkl=0.4274/1.77 m--0.241kN/m (2) 每米高度内剪刀撑、附件重产生的轴向力 标准值ⅣG 的计算。 每跨距宽度内,每米高脚手架的剪刀撑重 f0.124+0.043)/4×1.77=0.024kN/m 安全网每跨距内每米高重:0.02×1.83= 0.037kN/m 栏杆、挡脚板重 5 :X 1.77 0.026kN/m 。 … NG =0.024+0.037+0.026=0.087kN/m (3) 施工荷载产生的轴向力标准值 的计算 Ⅳ =bl∑QIk=1.02×1.83×5=9.333kN (4) 风荷载产生的弯矩标准值计算 =0.7 =Q 7×1.56×1.0 x0.45=Q 491kN/ ̄ 作用于每跨距内的风线荷载标准值为: qk= kZ=0.491 X 1.83=0.899kN/m 每跨距内风荷载对门架产生的弯矩标准值 :gk /10=Q 899X(3 X1.77) /10=25351d ̄・m 3.2作用于一榀门架的轴向力设计值的计算 分别采用组合风荷载和不组合风荷载这两种荷 载组合情况,对一榀门架的轴向力设计值进行计算, 取计算结果的较大值作为不利轴力。 如前述,不组合风荷载时,按式(2)计算 N=1.2(ⅣGki+ⅣG ) +1.4EN0 k=28.81kN 组合风荷载时,按式(3)计算: N=1.2(ⅣGkl+ⅣGk2)H+0.85×1.4(∑Ⅳo-k+ ):32.765kN D 3.3一榀门架的稳定承载力设计值 的计算 立杆计算长度z。= 。=1.26 X 0.965 X 1.75 =2.128m。 长细比A=lo/i=212.8/1.507=141.208;查表得 稳定系数 =0.3432;由式(4),N = ・A・f:0.3432 X 3.1 X 102×2 X205×10一 =43.621kN>32.765kN。 以上计算表明,脚手架稳定承载力满足使用要求。 48 低温建筑技术 2013年第7期(总第181期) 空间张弦屋盖的抗风优化设计 黄友钦 ,张志华 (1.广州大学结构安全与健康监测广州市重点实验室和广东省高校工程中心.广州2.广州市天作建筑规划设计有限公司。 广州510627) 510006 【摘要】 目前对风敏感结构的抗风优化设计研究集中于高层建筑结构,而大跨屋盖结构的风场和风振响 应更加复杂。以广州国际会展中心的空间张弦屋盖为研究对象,基于风洞试验数据得到屋盖上的等效静力风荷 载,进一步基于ANSYS一阶算法进行抗风优化计算。研究表明,抗风优化使构件总体积降低了大约30%,同时结 构的整体强度和刚度得到有效提高,各构件间的受力更加协调,屋盖上位移分布更加均匀。 【关键词】 张弦屋盖;抗风优化;等效静力风荷载;ANSYS一阶算法;构件总体积 【中图分类号】TU352.2 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2013)07—0O48—03 随着跨度越来越大,大型公共建筑的屋盖结构常 成为风敏感结构,风荷载成为控制结构设计的主要荷 载之一…。目前关于风敏感结构优化设计的成果主 通过大型有限元程序ANSYS中的一阶优化算法进行 优化设计。 1 结构简介及等效静力风荷载 广州国际会展中心位于琶洲岛,是广州市每年两 次的广交会的举办场所。该会展中心具有5个独立展 区,每个展区的屋盖结构均为空间张弦梁结构,由6榀 跨度为126.6m平行布置的张弦梁通过檩条和支撑共 同受力。文中选取E区屋盖进行研究,如图1所示。 要集中于高层建筑结构 ,很少针对大跨屋盖。而 屋盖结构的风场具有三维效应,风振响应也比高层建 筑更加复杂。因此,十分有必要开展大跨屋盖结构的 抗风优化设计。 结构设计中一般通过等效静力风荷载来考虑结 构对随机风荷载的动力放大作用 。文中以广州国 际会展中心的大跨张弦屋盖为工程背景,首先基于风 实际上,由于优化过程中结构的动力特性不断发 生改变,因此其等效静力风荷载也发生改变,但对于 半刚性结构,等效静力风荷载的变化并不明显。。 。因 洞试验数据获得屋盖上的等效静力风荷载分布,然后 [基金项目] 国家自然科学基金项目(51208126);广东省教育厅育苗工程项目(2012LYM_0107) 4结语 [5] 刘希月.门式钢管脚手架稳定承载能力研究[D].长沙:中南 大学,2010. 文中针对脚手架的工作特点,基于前期试验结果 确定立杆计算长度系数 ,考虑脚手架的实际工作条 件,并将其结构抗力调整系数转化为立杆计算长度调 整系数k予以考虑,对规范中脚手架的稳定性计算公 [6] 余宗明.新型脚手架的结构原理及安全应用[M].北京:中国 铁道出版社.2001. [7] BS5973,Code of Practice for Access and Working Scafolds and Special Scfoald Structures in Steels[S].British Standard Institu— tion,1993. 式进行了修正,对不同搭设条件下的脚手架采用不同 的计算长度系数,并结合结构抗力调整系数对立杆计 算长度进行了调整。它综合考虑了影响脚手架失稳 的各种因素,能较真实地反映实际工程应用情况,可 供工程设计人员参考。 [8]杜荣军.有关正确理解和应用《建筑施工扣件式钢管脚手架 安全技术规范》设计计算的几个问题[J].建筑安全,2002, (5):12—16. [9] 孙作功.扣件式钢管脚手架应用极可靠度分析[D].上海:同 济大学,2003. [1O] 杨富涌.扣件式钢管脚手架结构计算方法研究与程序开发 参考文献 [1] 杜荣军.建筑施工脚手架实用手册[M].北京:中国建筑工业 出版社。1994. [D].杭州:浙江大学,2003. [1】]GB50018—2002,冷弯薄壁型钢结构技术规范[S]. [12] 陈慧发,周绥平.钢框架稳定设计[M].上海:世界图书出版 公司,1999. [2]杜荣军.脚手架结构的设计规定和计算方法[J].建筑技术, 1999,30(8):532—535. [收稿日期】2013—03—28 [作者简介]刘希月(1985一),女,湖南醴陵人,博士研究生, 研究方向:钢结构工程。 [3]JGJ128—2000,建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范[S]. [4]GB50017—2003,钢结构设计规范[S]. 

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