浅议钢井架围设安全网前后缆风绳的受力计算正式版

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浅议钢井架围设安全网前后缆风绳的受力计算正式
版
浅议钢井架围设安全网前后缆风绳的
受力计算正式版
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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。

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）
—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。

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
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
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）
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