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1、第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集广东佛山2 0 0 61 前言海南8 0 0 万吨炼化装置脚手架计算机辅助设计陈业鹏董智力( 中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所)在石油化工、炼油、化肥、医药、纺织、环保业的施工领域中，常常要针对塔设备，储罐，球罐进行脚手架设计。这些设备形状各异，多数规模较大，高达几十米高，又不能在上面搭设任何悬挑设施。为了解决施工中低效，凭经验问题。中国石化第十建设公司与 中国建筑科学研究院软件所联合研制开发了“石油化工脚手架设计系统软件”。该系统将中国石化第十建设公司多年的施工经验和软件所强大科研实力结合起来，大大提高了工作效率和决确性。以海南炼化8 0 0
2、万吨年炼油工程中“炼化重催装置”为例，该工程采用扣件式钢管脚手架搭设，设计计算和施工图依据建筑施工扣件钢管脚手架安全技术规范，采 用P K P M 三维脚手架设计软件完成，包括扣件抗滑承载力计算、立杆的稳定性计算等等。2 脚手架设计海南炼化8 0 0 万吨年炼油工程中“炼化重催装置”的总高度6 3 4 m ，由上至下各段分别为2 4 5 m1 2 9 m 和2 6 m 。考虑装置上面大直径下面小直径的问题，底部在双排钢管的图l 脚手架搭设图2 6 9第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集广东佛山2 0 0 6基础上增加钢管排数，可以增加整体的稳定性。2 1 脚手架的边数设计在实际石化脚手
3、架施工中，最外排的大横杆常常只采用一根钢管，并以此为根据设计圆形脚手架的边数。这种设计可以使脚手架有更好的整体性，并更节省材料。本例中外排采用6 米的钢管，圆形脚手架的边数为l O 边，两角杆之间距离为5 6 l 米，去掉两头2 0 厘米的截余长度，这种设计刚刚好。图2 脚手架搭设图2 2 脚手架排距、立杆间距、步距设计排距：本工程中设备的最大半径为7 1 5 米，最小半径为3 8 5 米。相差3 3 米。考虑到脚手架稳定性及外伸长度，将排距设计为1 1 米比较理想。这样可在两半径间加步3 排脚手架。并保证脚手架距内外设备有同样的3 0 c m 的距离。小横杆则紧设备布置来加强脚手架的稳定性。
4、立杆间距：立柱距距初定为1 5 m ，但考虑到脚手架边数和采用均匀布置的方式，最后 立柱间距调整为1 4 0 5 m 。在每个侧面可均分脚手架为5 跨。步距设计：因为设备高度较高，为增加立杆的稳定性将步距设置为1 2 m ，并采用双管 立杆的搭设方式。副立杆的高度为3 0 m 。2 3 剪刀撑设计。剪刀撑：因为设备高度较高，剪刀撑采用6 步5 跨，每个侧面由底至项连续布置。2 7 0第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集广东佛山2 0 0 6斜道：采用附着外脚手架设置，因为斜道主要供施工人员使用不参与运料。故将斜道 宽度设为1 2 m 。采用之字形布置，在塔体最上段采用一字形的形式。3
5、脚手架计算计算中基本荷载如下：钢管自重荷载0 0 3 8 k N m ，脚手板荷载O 1 5 k N m 2 ，整体架自重荷载O 1 6 1 1 k N m ，安全网自重荷载0 0 0 5k N m 2 ，施工人员活荷载2 0k N m 2 ，风荷载0 4 5N m 2 。主要计算扣件抗滑承载力和立杆的稳定性。3 1 扣件抗滑力的计算扣件的抗滑承载力按照规范5 2 5 计算足冗( 1 )式中足扣件抗滑承载力设计值，取8 0 k N ；尺纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值。横杆的自重标准值P 1 - 0 0 3 8 1 1 = 0 0 4 2 k N脚手板的荷载标准值P 2 = 0 1
6、5 1 1X1 4 2 = 0 0 4 2 k N活荷载标准值Q = 2 0 x1 1x1 4 2 = 1 5 4 k N荷载计算值尺= 1 2 0 0 4 2 + 1 2 0 1 1 6 + 1 4 1 5 4 = 2 3 5 k N结论：单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求13 。2 立杆的竖向力计算单双立杆交接位置和双立杆底部均需要立杆稳定性计算。双立杆底部的钢管截面面积和模量按照两倍的单钢管截面考虑。( 1 ) 每米立杆承受的结构自重A 乞I = 0 1 6 1X 6 3 + 0 0 3 8 3 0 = 1 1 3 0 k N( 2 ) 脚手板的自重N 0 2 = 0 1 5 4 X1
7、4 ( 1 1 + 0 3 ) 2 = 0 5 8 8 k N( 3 ) 栏杆与挡脚手板自重N c 3 = 0 1 5 1 4 X 4 2 = 0 4 2 k N( 4 ) 吊挂的安全设施荷载N G 4 = 0 0 0 5 1 4 6 3 = 0 。4 2 k N经计算得到，静荷载标准值N o = N 0 1 + N G 2 + v G 3 + N G 4 = 1 2 7 5 k N经计算得到，活荷载标准值 ，o = 2 0 2 O 2 lAX1 1 2 = 3 0 8 k N风荷载标准值按照以下公式计算w k = 0 7 U z U 。( 2 )其中基本风压w 奄0 4 5 k N m 2
8、，风荷载高度变化系数巩= 1 2 5 ，风荷载体型系数以= 1 2 5 ，经计算得到，风荷载标准值帆= 0 4 7 2 k N m 。3 3 立杆的稳定性计算不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算o = N 妒A t t ( 3 ) 式中立杆的轴心压力设计值N = I 2 1 2 7 5 + 1 4 3 0 8 = 1 9 6 1 k N ；咖轴心受压立杆的稳定系数，由长细比1 4 i 结果查表得N o 3 9 ；第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集广东佛山2 0 0 6f 计算立杆的截面回转半径，i - - 1 5 8 c m ；l o 计算长度由公式l o = k u h 确定，I o
9、= 2 0 8 m ：。k 计算长度附加系数，取1 1 5 5 ；u 计算长度系数，由脚手架的高度确定，取1 5 0 ；A 立杆净截面面积，A = 9 7 8 c m 2 ：盯钢管立杆受压强度计算值，经计算得到双立杆盯= 5 1 2 6 N 1 I n n l 2 ，单双立杆交接位置盯= 6 4 9 8 N m m 2 ；【厂】钢管立杆抗压强度设计值，【f 】- 2 0 5 N m m 2 。结论：不考虑风荷载时，双立杆的稳定性和单双立杆交接位置的立杆稳定性计算满足要求!考虑风荷载时，立杆的稳定性计算仃= N 舛+ M 。W 【f 】( 4 )风荷载设计值产生的立杆段弯矩M W 计算公式M 。
10、= 0 8 5 1 4 乞h 2 1 0( 5 )式中立杆的轴心压力设计值N = 1 2 1 2 7 5 + O 8 5 x 1 4 3 0 8 = 1 8 9 7 k N ：W 立杆净截面模量，w = 1 0 1 6 c m 3 ：Z 。立杆的纵距，取1 4 m ；h 立杆的步距，取1 2 m ：M 。计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，膨。= 0 1 1 3 k N m ；仃钢管立杆受压强度计算值，经计算得到双立杆盯= 6 0 7 2 N m m 2 ，单双立杆交接位置仃= 8 3 9 1 N m m 2 ：结论：考虑风荷载时，双立杆的稳定性和单双立杆交接位置的立杆稳定性计算满足要求14 结束语脚手架施工专项方案的编制有关设计计算和施工图绘制是比较繁琐的过程，借助P K P M 脚手架设计软件可以很好解决，不仅快速完成图文并茂的计算书，还可以方便绘制三维脚手架的空间搭接图以及投影图，包括脚手板、剪刀撑、斜道等等附属构件。参考文献 1 】扣件式钢管脚手架与模板支架的设计计算益德清，浙江省脚手架使用研讨会。2 0 0 3【2 】扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全杜荣军，施工技术，2 0 0 2 3 【3 】J G J l 3 0 2 0 0 1 ，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范2 7 2
