防护棚架设计及结构验算

GXF360 2018-01-01

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刘昕

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

摘要：以某平台施工防护棚架设计为例，基于有限元运算进行防护棚架结构验算，重点介绍了防护棚架横向分配梁、贝雷梁、柱顶横梁和钢管立柱的验算过程。结果表明，该防护棚架结构是安全的。

关键词：防护棚架；结构设计；结构验算

1 工程概况

该项目为重庆市某区县风景区观景平台，观景平台高度12 m，拟建2层，采用钢筋混凝土框架结构，由于基础持力层为中风化基岩，故基础采用桩下独立基础形式。由于该观景平台西临省道S203，道路等级为二级，路面宽度9 m，为保证平台施工时省道的正常通行，故采用防护棚进行防护。

2 防护棚设计

防护棚长52 m，宽10 m，高11.8 m，门洞净空高度为5.5 m，见图1～图3所示。该防护棚采用I20工字钢为立柱与横梁。立柱在道路两侧位置架设工字钢，立柱间距1.5 m，在立柱顶面设置横桥向通长I20工字钢支撑梁，用100 mm等边角钢焊接连接所有工字钢，按1.5 m间距布置，形成主承重骨架；在承重骨架上铺装50 mm厚木板+2 mm厚薄钢板，形成棚架顶面；棚架顶面兼做施工作业平台，在平台四周设置防护栏杆和安全网。

(1)立柱支架。立柱支架采用I20工字钢搭设，两侧支架立在S203省道两侧路肩上，搭设宽度9 m，间距1.5 m，工字钢立柱与钢板底座焊接用18螺丝固定在混凝土路面上。

图1 防护棚架正面图

图2 防护棚架剖面图

图3 节点A详图

(2)承重工字钢。主承重工字钢采用I20，横路向布置，横梁工字钢间距1.5 m。横梁工字钢放置在立柱支架顶上焊接处理，形成整体支架；在立柱与横梁间加设斜杆，斜杆采用∠100等边角钢。立柱、横梁、斜杆焊接连接成整体，确保整体稳定性。

(3)顶面。顶面结构设计为木板，木板起减震与抗冲击作用，每块木板之间用钢钉连接成整体，木板下层为钢管，与工字钢承重骨架之间采用焊接固定，连接成整体。

3 结构验算

钢管支架上部采用I20b型钢，间距90 cm，设置16片贝雷梁，贝雷间距(45+105+45+65+45+95+45+95+45+95+45+65+45+105+45) cm，使用45标准花窗连接，贝雷设置加强立杆。钢管柱顶采用2I40a工字钢；钢管立柱采用Φ600 mm×12 mm螺旋焊管，以[14a槽钢设置平联及斜撑。现以Midas Civil整体建模，按荷载传递路径进行防护棚架结构验算[1]，依次进行防护棚架横向分配梁、贝雷梁、柱顶横梁和钢管立柱的验算。

3.1 横向分配梁验算

横向分配梁采用[22a槽钢，通过计算，其分析结果如下：横向分配梁的最大组合应力σ=129 MPa<>σ]=215 MPa，满足规范要求。最大剪应力τ=62.7 MPa<[τ] 125="">MPa，满足规范要求。最大挠度f=2.7 mm≤3.00 mm，满足规范要求。

3.2 贝雷梁验算

通过计算，贝雷梁分析结果如下：最大组合应力σ=245 MPa<[σ]=310>MPa，满足规范要求。最大剪应力τ=71.7 MPa<[τ]=180>MPa，满足规范要求。最大挠度f=20.1 mm≤33.75 mm，满足规范要求。

3.3 柱顶横梁验算

通过计算，柱顶横梁分析结果如下：顶横梁的最大组合应力σ=133 MPa<[σ]=215>MPa, 满足规范要求。最大剪应力τ=62.3 MPa<[τ]=125>MPa, 满足规范要求。最大挠度f=1.8 mm≤3 mm, 满足规范要求。

3.4 钢管立柱验算

首先进行强度验算，由计算知，钢管立柱的最大组合应力σ=132 MPa<[σ]=215>MPa，满足强度要求。再进行稳定性验算，由计算知，立柱最大轴力为P=973.3 kN，

将钢管简化为两端铰支的力学模型，则μ=1.0，因钢管立柱高度为6.2 m，故长细比λ=1.0×7 060/20.8=298.1。由于λ>100，故立柱属于细长压杆，采用欧拉公式计算。当l=6.2 m时，临界力为：Fcr=π2×EI/l2=45 123.5 kN>973.3 kN，因此横桥向每排设置6根Φ600 mm×12 mm钢管立柱能满足稳定性要求。

3.5 计算分析汇总

防护棚支架计算分析汇总见表1。

表1 防护棚支架计算分析汇总

支架部位分配梁贝雷弦杆贝雷腹杆柱顶横梁钢立柱、平联使用材料[22a槽钢锰钢锰钢2I40aΦ600mm×12mm钢管最大剪应力τ(MPa)62.76871.762.3极限剪应力(MPa)125180180125125最大组合应力(MPa)129196245133144极限应力(MPa)215310310215215计算结果满足满足满足满足满足