單元式電動爬架計算書

單元式電動爬架計算書目錄TOC\o"1-3"\h\u3711單元式爬架概述 1230552計算分析依據 2228463工況及荷載分析 272574計算方法 51587752#爬架計算結果 102079463#a爬架計算結果 27172467結論 351單元式爬架概述本報告選取了該工程中最不利受力架體即2#架體以及3#a架體進行受力分析，2#架體寬度較大，直線寬度為5800，兩翼均為2450，在30層左右要進行收分，去掉兩翼，在最高處，2#爬架傾角為2度，計算中對此予以考慮，去掉兩翼后寬度小于3#a爬架，3#a架寬度為6500，無收分，260m高度傾角3度，因此另外需對3#a爬架進行計算，如圖1、2及3所示。圖130層以下2#爬架平面圖圖230層以上2#爬架平面圖圖33#a爬架平面圖2計算分析依據本報告參考以下規(guī)范及相關資料：1）《整體提升爬架（改進型）標準圖集》；2）《建筑施工工具式爬架安全技術規(guī)范》JGJ202-20103）《建筑施工扣件式鋼管爬架安全技術規(guī)程》JGJ-130-20014）《輕型鋼結構設計手冊》；5）《鋼結構設計規(guī)范》GBJ50017-2003；6）《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2001。3工況及荷載分析3.1工況分析根據施工流程，整體提升爬架結構施工工況分為工作工況、爬升工況以及臺風工況，分別對應架體不同的固定形式，如圖3.1所示，即共計算三個工況：工況1：爬升工況，根據《建筑施工工具式爬架安全技術規(guī)范》JGJ202-2010，五級及以上大風情況下，禁止爬升，因此采用六級風壓進行爬升工況驗算。工況2：使用工況，采用八級風，使用過程中，遇到八級及以上大風應停止施工。工況3：臺風工況，此時增加拉結，清除架體上部堆載，并且所有施工人員撤離避險，增加拉結，如果臺風警報到來后，爬架尚未爬升，則停止繼續(xù)爬升，架體與最上層梁結構拉結固定，如果架體已經完成爬升，則盡快搭設支撐排架，結合模板支撐系統(tǒng)。圖3.1工況最不利位置及約束狀態(tài)圖3.2荷載分析根據住房與城鄉(xiāng)建設部《建筑施工建筑施工工具式爬架安全技術規(guī)范》JGJ202-2010，附著升降爬架設計中荷載標準值應分使用、爬升兩種工況按以下規(guī)定分別確定：恒載標準值GK有限元模型中，整體提升爬架結構材料自重可以自動計算；對于木腳手板取自重標準值為0.35kN/m2。圍護網片采用輕質鋼絲網片，網片及其固定用腳手管，自重采用0.08kN/m2。施工活荷載標準值Qk包括施工人員、材料及施工機具等自重。本報告中整體斜爬架處于結構施工階段，荷載按二層同時作業(yè)計算，使用狀況時按每層3kN/m2計算，升降及墜落狀況時按每層0.5kN/m2計算。3.風荷載標準值按下式計算：式中——風振系數(shù)，取0；——風壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行的《建筑結構荷載規(guī)范》的規(guī)定取用，場地類別為C，高度取100m處，對應的=7，高度取260m處，對應的=58；——基本風壓，爬升情況取六級風荷載，對應風速為13.8m/s；使用狀態(tài)采用八級風荷載，對應風速為20.7m/s；臺風采用十二級風，對應風速為39m/s；——爬架風荷載體型系數(shù)，按表3.1選用爬架風載體型系數(shù)表3.1背靠建筑物狀況全封閉敞開、開洞注：表中，為爬架封閉情況確定的擋風系數(shù)。本工程中按照敞開情況考慮，15mmX15mm方孔輕質鋼絲網片，擋風系數(shù)取=0.4，則＝3X0.4＝0.52綜上所述，模型中需要考慮的荷載詳列如下：a.整體提升爬架結構材料自重，由程序自動計算；b.人行通道木板荷載，按照均布面荷載綜合考慮，數(shù)值確定為0.35kN/m2；c.施工荷載：按二層同時作業(yè)計算，使用狀況時按每層3kN/m2計算，升降及墜落狀況時按每層0.5kN/m2計算；d.外掛網片，取0.08kN/m2；e.風荷載整體提升爬架結構爬升狀態(tài)限制最高風壓為四級，計算采用六級風壓，風速為13.8m/s，基本風壓為0.12kN/m2，使用狀態(tài)下取八級風，風速為20.70m/s，基本風壓為0.27kN/m2，15mm孔網片經計算擋風系數(shù)取0.4，計算高度分別取100m，260m的風荷載標準值見下表。100m高度處不同風速下的風荷載標準值表3.2工況（kN/m2）（kN/m2）爬升070.520.120.106使用070.520.270.239臺風070.520.850.751260m高度處不同風速下的風荷載標準值表3.3工況（kN/m2）（kN/m2）爬升0580.520.120.161使用0580.520.270.362臺風0580.520.85140荷載組合依據《建筑施工工具式爬架安全技術規(guī)范》JGJ202-2010，荷載效應組合分別按照考慮風荷載和不考慮風荷載：不考慮風荷載考慮風荷載其中S——荷載效應組合設計值；γG——永久荷載（爬架自重+扣件自重+竹片自重）的分項系數(shù)；SGK——恒荷載標準值；SQK——活荷載標準值；γQ——活荷載的分項系數(shù)，取4；SWK——風荷載標準值；由于本次計算結構較高，風荷載所起作用大，經驗算也證實，考慮風荷載條件下均比不考慮情況下危險，因此后續(xù)計算不再列出不考慮風荷載部分。4計算方法本計算書采用MidasGen有限元計算軟件整體建模對爬架結構進行計算分析。4.1材料及單元的選擇根據斜爬架的實際情況，材料采用Q235；爬架結構有限元模型共選用4種截面；a.架體截面采用φ50x3.5鋼管，采用梁單元；b.導軌采用φ76x3.5鋼管，采用梁單元；c斜拉桿采用直徑為28的圓鋼，拉索單元；d.桿件之間筋板采用10mm厚鋼板，梁單元。4.2模型建立2#爬架在100m以下為中間直線，兩側翼部內折的構造，直線段寬5800，每側翼寬度為2450，計算模型如圖4.1所示：（a）（b）圖4.1100m高度2#斜爬架有限元模型在100m以上，由于結構外立面周長縮小，2#爬架拆除其兩翼，寬度為5800，并且此時爬架傾角為2度，模型建立時同樣傾角為2度，模型如圖4.2所示：（a）（b）圖4.2260m高度2#斜爬架有限元模型3#a爬架在整個過程中，外形不變，寬度為6500，因此僅考慮其在最不利位置，即260高度的受力狀況，并且依據實際情況，在該位置傾角為3度，模型如圖4.3所示：（a）（b）圖4.33#a斜爬架有限元模型4.3模型邊界條件要使計算結果能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)場的實際情況，邊界條件的設定十分重要，本計算三種工況，分別對應三種不同的邊界形式，下面分別進行討論。爬升工況下的邊界條件爬升工況下，選取最不利位置，即爬架達到爬升高度，但尚未完成力系轉換，由上端斜拉桿承擔豎向荷載，三道抗傾裝置承擔水平荷載。本次計算采用只承擔拉力的桿結構對斜拉桿進行模擬，吊點用一個限制三個方向位移的點模擬；三道抗傾裝置，采用在架體模型相應導軌位置設置限制其水平位移的點，實際與模型對比如圖4.4所示：（a）（b）（c）圖4.4爬升工況下爬架邊界條件設定示意圖工作工況下的邊界條件工作工況下，由于上端拉結點混凝土尚未具有強度，因此由底端斜拉桿承擔豎向荷載，三道抗傾裝置承擔水平荷載，最上層抗傾裝置之間設置臨時支撐，最底端設置撐腿。本次計算采用只承擔拉力的桿結構對其進行模擬，吊點用一個限制三個方向位移的點模擬；三道抗傾裝置、臨時支撐以及底端撐腿，采用在架體模型相應導軌位置設置限制其水平位移的點，實際與模型對比如圖4.5所示：（a）（b）（c）圖4.5使用工況下爬架邊界條件設定示意圖臺風工況下的邊界條件臺風工況下，架體的受力體系沿用工作狀態(tài)受力體系，但要增加拉結，拉結位于最上層各立柱，且位于斜拉桿固定端位置，增加兩道拉結。拉桿、抗傾裝置以及撐腿的建模方式與工作工況相同，臨時拉桿建模方法與抗傾裝置相同，實際與模型對比如圖4.6所示：（a）（b）（c）圖4.6臺風工況下爬架邊界條件設定示意圖52#爬架計算結果5.1工況一：爬架處于爬升狀態(tài)（六級風）100m高度2#斜爬架完整架體圖5.1工況一100m邊界條件布置圖（1）應力驗算爬架結構導軌最大拉應力為23.1MPa，承載力滿足要求。導軌最大壓應力為130.7MPa，如圖5.2。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.2工況一100m導軌應力圖爬架桿件最大拉應力為90.4MPa，承載力滿足要求。導軌最大壓應力為88.7MPa，如圖5.3。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.3工況一100m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構整體在本工況下的最大變形為0.83cm，發(fā)生在爬架翼部最頂端，如圖5.4。圖5.4工況一100m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為55.8MPa，如圖5.5。圖5.5工況一100m斜拉桿應力圖（4）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為9.38kN，如圖5.6。圖5.6工況一100m抗傾裝置反力圖260m高度2#斜爬架（寬5800+2度傾角）圖5.7工況一260m邊界條件布置圖（1）應力驗算架體在本工況下的軌道最大拉應力為51MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為155.2MPa，如圖5.8。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.8工況一260m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為104.9MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為137MPa，如圖5.9。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.9工況一260m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為3.3cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.10。圖5.10工況一260m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿應力為34MPa，如圖5.11。圖5.11工況一260m斜拉桿應力圖（4）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為10.3kN，如圖5.12。圖5.12工況一260m抗傾裝置反力圖5.2工況二：爬架處于工作狀態(tài)（八級風）100m高度2#斜爬架完整架體圖5.13工況二100m邊界條件布置圖（1）應力驗算斜爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為39MPa，承載力滿足要求，壓應力為135.3MPa，如圖5.14。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.14工況二100m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為78.3MPa，承載力滿足要求，壓應力為62MPa，如圖5.15。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.15工況二100m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為0.5cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.16。圖5.16工況二100m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為58MPa，如圖5.17。圖5.17工況二100m斜拉桿應力圖（4）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為10.2kN，支腿反力為16kN，如圖5.18、5.19。圖5.18工況二100m抗傾裝置受力圖圖5.19工況二100m底部撐腿受力圖260m高度2#斜爬架（寬5800，2度傾角）圖5.20工況二260m邊界條件布置圖（1）應力驗算爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為60.7MPa，承載力滿足要求，壓應力為164.2MPa，如圖5.21，滿足強度要求。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求圖5.21工況二260m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為120.0MPa，承載力滿足要求，壓應力為114.4MPa，如圖5.22，滿足強度要求。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.22工況二260m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為3.2cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.23。圖5.23工況二260m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為49.1MPa，如圖5.24。圖5.24工況二260m斜拉桿應力圖（4）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為15kN，支腿反力為7.5kN，如圖5.25、5.26。圖5.25工況二260m抗傾裝置受力圖圖5.26工況二260m底部撐腿受力圖5.3工況三：爬架處于臺風情況100m高度2#斜爬架完整架體（臺風荷載）圖5.27工況三100m邊界條件布置圖（1）應力驗算斜爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為65.9MPa，承載力滿足要求，壓應力為147.6MPa，如圖5.28。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.28工況三100m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為121MPa，承載力滿足要求，壓應力為85.2MPa，如圖5.29。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.29工況三100m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為0.3cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.30。圖5.30工況三100m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為37.5MPa，如圖5.31。圖5.31工況三100m斜拉桿應力圖（4）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為10kN，臨時支撐最大受力為18.6kN，底部撐腿的最大受力為11kN，如圖5.32、5.33及5.34。圖5.32工況三100m臨時支撐受力圖圖5.33工況三100m抗傾裝置受力圖圖5.34工況三100m底部撐腿受力圖260m高度2#斜爬架（臺風荷載）圖5.35工況三260m邊界條件布置圖（1）應力驗算爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為84.4MPa，承載力滿足要求，壓應力為160.5MPa，如圖5.36，滿足強度要求。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求圖5.36工況三260m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為128.7MPa，承載力滿足要求，壓應力為146MPa，如圖5.37，滿足強度要求。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖5.37工況三260m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為3cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖5.38所示。圖5.38工況三260m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為37.1MPa，如圖5.39。圖5.39工況三260m斜拉桿應力圖（3）水平約束強度驗算抗傾裝置最大受力為14.0kN，臨時支撐最大受力為19kN，如圖5.40、5.41及5.42，底部撐腿最大受力為9.4kN。圖5.40工況三260m臨時支撐受力圖圖5.41工況三260m抗傾裝置受力圖圖5.42工況三260m底部撐腿受力圖63#a爬架計算結果1工況一：爬架處于爬升狀態(tài)3#a爬架260m圖1工況一3#a爬架260m邊界條件設置圖（1）應力驗算架體在本工況下的軌道最大拉應力為57.2MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為174.1MPa，如圖2。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖2工況一3#a爬架260m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為117.4MPa，承載力滿足要求，最大組合壓應力為148.7MPa，如圖3。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖3工況一3#a爬架260m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為3.7cm，發(fā)生在爬架中部最頂端，如圖4。圖4工況一3#a爬架260m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿應力為34.5MPa，如圖5。圖5工況一3#a爬架260m斜拉桿應力圖（4）抗傾裝置驗算抗傾裝置水平推力為16kN，如圖6所示。圖6工況一3#a爬架260m抗傾裝置受力圖2工況二：爬架處于工作狀態(tài)（八級風）3#a爬架260m圖7工況二3#a爬架260m邊界條件布置圖（1）應力驗算爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為70.1MPa，承載力滿足要求，壓應力為181MPa，如圖8，滿足強度要求。導軌計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖8工況二3#a爬架260m導軌應力圖爬架結構在本工況下的桿件最大拉應力為139.3MPa，承載力滿足要求，壓應力為134MPa，如圖9，滿足強度要求。立桿計算長度為，，所以，長細比滿足要求。圖9工況二3#a爬架260m桿件應力圖（2）變形驗算爬架結構在本工況下的最大變形為3.6cm，發(fā)生在爬架兩側最頂端，如圖10。圖10工況二3#a爬架260m位移云圖（3）斜拉桿強度驗算斜拉桿結構拉應力為55.5MPa，如圖11。圖11工況二3#a爬架260m斜拉桿應力圖（4）抗傾裝置驗算爬架最底端撐腿最大水平推力為8.1kN，抗傾裝置水平推力為17kN，如圖12、13。圖12工況二3#a爬架260m底部撐腿受力圖圖13工況二3#a爬架260m抗傾裝置受力圖3工況三：爬架處于臺風情況3#a爬架260m（臺風荷載）圖14工況三3#a爬架260m邊界條件布置圖（1）應力驗算爬架結構在本工況下的導軌最大拉應力為75.1MPa，承載力滿足要求，壓應力為149.0MPa，如圖15，滿足強度