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浅议钢井架围设安全网前后缆风绳的受力计算○刘银沛 何少忠 (广东省六建集团有限公司)钢井架由于其造价低廉、装拆方便等优点,在建筑工地中成为物料垂直运输的主要机具,得到了广泛的应用。但是,据有关部门的统计,全国建筑业每年发生的一次死亡3人以上的重大事故中,属钢井架和龙门架的就占50%。发生事故的主要原因之一就是稳固架体的缆风绳的选择和使用不当。近年来,随着建筑工地对文明施工、安全施工的要求越来越高,钢井架架体三面围设安全网以防止物料滚落的现象也越来越普遍。那么,钢井架架体围设安全网前和围设安全网后缆风 绳的受力到底有大多呢?下面,我们举一个具有普遍意义的实例来说明这个问题。
固态去耦合器例:某工地因施工需要欲搭设一高度为30.6m的钢井架,钢井架体设两组缆风绳、对角拉设,如图1所示。
图1 钢井架受力图
钢井架架体D面为进出料工作面,A、B、C三面围设安全网。主要技术参数如下:
架体主肢角钢 ∟75×75×7
架体横缀杆 ∟60×60×5
架体斜缀杆 ∟50×50×5
架体标准节高 ∟1.8m
缆风绳绳径 13mm,6X(37)
摇臂杆长 8000mm
摇臂杆起重量
起重滑轮组及吊具等重量q=150kg≈1500N
摇臂杆自重G1=300kg≈3000N
如上图所示,钢井架缆风绳所受的力主要有三个:缆风绳自重产生的张力、缆风绳受风荷
载产生的张力、摇臂吊杆起重时缆风绳的张力。
1. 缆风绳自重产生的张力
缆风绳自重产生的张力按下式计算:
式中,—缆风绳自重产生的张力,N
q—缆风绳自重力,当绳径为13mm时,q=6.2N/m
—缆风绳长度。=H/cosα,其中H为井架高度30.6m,α为缆风绳与井
架夹角45°,则,
f—缆风绳垂度,一般控制f=/300左右,经计算得:<
∴顶部缆风绳自重产生的张力:
中部缆风绳自重产生的张力:
2. 风荷载作用下缆风绳的张力
如图2所示,如果风从钢井架对角线方向吹来时,则只有一条缆风绳承受风荷载力,其余三条不受力。所以,此时承受荷载的那条缆风绳受力最大。计算如下:
图2 风沿钢井架对角线吹
2.1 风荷载的计算风荷载按下式计算:式中:—钢井架承受的风荷载—基本风压,一般取值250N/m2,沿海地区应取值350N/ m2(此值偏小,按当地风压取值—编者)污染物扩散模型
—风载体型系数,按下式计算得出:=1.3(1+η)×ψ式中:—桁架的挡风系数,,为架体投影面积,为架体受风 轮廓面积。可控硅触发电路
钢井架架体由于挂设了安全网,所以,其投影面积分为两部分:一部分为
架体投影面积,一部分为架体安全网投影面积。计算如下:
我们广东地区钢井架普遍挂设的密目安全网,据实际测算,其每平方米的投影面积约为0.43m2
=2[2.1×30.6-(1.6×0.075×2+0.2×0.17×2+2.7×0.05×2) ×17] ×0.34cos45°=26.16m2
=+=16.01+26.16=42.17m2
钢井架体受风轮廓面积为
=2.1××30.6=86.5m2
η—效果系数,按和架体截面的长宽比b/h,由《简明建筑结构设计手册》表1—11查得。这里b/h=2.1/2.1=1,查得η=0.33
—风向从对角线方向吹时的单肢杆件系数,=1.1
—风振系数,按下式计算得出:
式中:—脉动增大系数,查手册表1—12得 =2.1
—脉动影响系数,查手册表1—13得 =0.79
—振型系数,查手册表1—16得 =0.73
—风压高度变化系数,查手册表1—10得 =1.11
∴风荷载
∴钢井架高度方向的平均风荷载
q=w/H=65631/30.6=2144N/m
解子征
2.2缆风绳张力的计算
在风荷载作用下,考虑井架顶部及中间处上、下两道缆风绳皆起作用,故整个井架可近似按两等跨连续梁计算,如图3所示:
钢井架顶部缆风绳的水平分力
图3 风载作用下井架计算简图
∴顶部缆风绳的张力
复方川羚定喘胶囊钢井架中部缆风绳的水平分力
3.摇臂吊杆起重时缆风绳的张力
起重时,只考虑顶端一道缆风绳起作用。缆风绳的张力按下式计算:
式中: K—吊重动力荷载系数,参见《施工常用结构计算》手册表2-77得K=1.2,
—所吊运的材料或构件的重量(N),所取=10000N
q—起重滑轮组及吊具等设备重力(N),取q=1500N
—摇臂杆自重(N),取=3000N
H—钢井架高度,H=30.6m
S—摇臂吊杆到钢井架体的水平距离,取S=6.93m
4.缆风绳合力的计算
钢井架顶部缆风绳的合力
钢井架中部缆风绳的合力
5.钢井架未挂设安全网时的缆风绳张力计算
钢井架未挂设安全网时,架体的投影面积为各构件的投影面积之和,即
桁架挡风系数
同样查表1-11得η=0.66
风荷载
架体高度方向平均风荷载
∴顶部缆风绳的张力:
中部缆风绳的张力:
∴未挂设安全网时,顶部缆风绳受力合力
中部缆风绳受力合力
6.安全网挂设前后缆风绳受力之差
7.计算结果分析
从上述计算结果我们知道,如果钢井架架体不设密目安全网,则架体顶部的缆风绳受力最
大,为26085N。根据规范要求,缆风绳的安全系数为3.5,则其允许缆风绳和其锚固件的破断拉力为3.5×26085=91297.5N。从《机械设计手册》查得工地最常用的规格为6×37的13圆股钢丝绳(公称抗拉强度为1400Mpa)的允许破断拉力为93100N,而93100N>91297.5N,符合安全使用要求。当钢井架三面密布安全网后,则中部缆风绳受力最大,为64258N。同样,根据规范要求,缆风绳和其拉固锚固件的允许破断拉力应大于3.5×64258=224903N,如果此时仍旧使用前述规格性能的钢丝绳,而该钢丝绳的允许破断拉力为
93100N<224903N,就不符合安全使用要求。
由此可见,钢井架体三面密布安全网,给钢井架体中部的缆风绳增加了38625N的拉力,如果不注意这个力的存在,选择的缆风绳不合适的话,就会使钢井架体处于倾翻患之中,不符合安全使用要求。为了使钢井架体符合安全使用要求,一方面我们不要使用密目安全网来封闭架体,另一方面一定要根据缆风绳的受力计算来选择合适的缆风绳。
从上述的计算中我们还可以知道,即使不挂设安全网,每条缆风绳的受力也都可能在某一时刻达到20kN(2吨)以上。所以,我们在施工管理中一定要认真检查缆风绳的锚固点,绝对不允许有任何的脱落和松弛。只有这样,才能保证钢井架架体的稳定性,保证其安全作用。
(引自建筑安全2002.1)