淺議鋼井架圍設(shè)安全網(wǎng)前后纜風(fēng)繩的受力計(jì)算
○劉銀沛 何少忠 （廣東省六建集團(tuán)有限公司）
鋼井架由于其造價(jià)低廉、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工地中成為物料垂直運(yùn)輸?shù)闹饕獧C(jī)具，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)建筑業(yè)每年發(fā)生的一次死亡3人以上的重大事故中，屬鋼井架和龍門架的就占50%。發(fā)生事故的主要原因之一就是穩(wěn)固架體的纜風(fēng)繩的選擇和使用不當(dāng)。
近年來(lái)，隨著建筑工地對(duì)文明施工、安全施工的要求越來(lái)越高，鋼井架架體三面圍設(shè)安全網(wǎng)以防止物料滾落的現(xiàn)象也越來(lái)越普遍。那么，鋼井架架體圍設(shè)安全網(wǎng)前和圍設(shè)安全網(wǎng)后纜風(fēng)繩的受力到底有大多呢？下面，我們舉一個(gè)具有普遍意義的實(shí)例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
例：某工地因施工需要欲搭設(shè)一高度為30.6m的鋼井架，鋼井架體設(shè)兩組纜風(fēng)繩、對(duì)角拉設(shè)，如圖1所示。
圖1 鋼井架受力圖
鋼井架架體D面為進(jìn)出料工作面，A、B、C三面圍設(shè)安全網(wǎng)。主要技術(shù)參數(shù)如下：
架體主肢角鋼 ∟75×75×7
架體橫綴桿 ∟60×60×5
架體斜綴桿 ∟50×50×5
架體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高 ∟1.8m
纜風(fēng)繩繩徑 13mm，6X（37）
搖臂桿長(zhǎng) 8000mm
搖臂桿起重量
起重滑輪組及吊具等重量q=150kg≈1500N
搖臂桿自重G1=300kg≈3000N
如上圖所示，鋼井架纜風(fēng)繩所受的力主要有三個(gè)：纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力、纜風(fēng)繩受風(fēng)荷載產(chǎn)生的張力、搖臂吊桿起重時(shí)纜風(fēng)繩的張力。
1. 纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力
纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力按下式計(jì)算：
式中，—纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力，N
q—纜風(fēng)繩自重力，當(dāng)繩徑為13mm時(shí)，q=6.2N/m
—纜風(fēng)繩長(zhǎng)度。=H/cosα，其中H為井架高度30.6m，α為纜風(fēng)繩與井
架夾角45°，則，
f—纜風(fēng)繩垂度，一般控制f=/300左右，經(jīng)計(jì)算得：
∴頂部纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力：
中部纜風(fēng)繩自重產(chǎn)生的張力：
2. 風(fēng)荷載作用下纜風(fēng)繩的張力
如圖2所示，如果風(fēng)從鋼井架對(duì)角線方向吹來(lái)時(shí)，則只有一條纜風(fēng)繩承受風(fēng)荷載力，其余三條不受力。所以，此時(shí)承受荷載的那條纜風(fēng)繩受力最大。計(jì)算如下：
圖2 風(fēng)沿鋼井架對(duì)角線吹
2.1 風(fēng)荷載的計(jì)算
風(fēng)荷載按下式計(jì)算：
式中：—鋼井架承受的風(fēng)荷載
—基本風(fēng)壓，一般取值250N/m2，沿海地區(qū)應(yīng)取值350N/ m2（此值偏小，按當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓取值—編者）
—風(fēng)載體型系數(shù)，按下式計(jì)算得出：=1.3（1+η)×ψ式中：
—桁架的擋風(fēng)系數(shù)，，為架體投影面積，為架體受風(fēng)
輪廓面積。
鋼井架架體由于掛設(shè)了安全網(wǎng)，所以，其投影面積分為兩部分：一部分為
架體投影面積，一部分為架體安全網(wǎng)投影面積。計(jì)算如下：
我們廣東地區(qū)鋼井架普遍掛設(shè)的密目安全網(wǎng)，據(jù)實(shí)際測(cè)算，其每平方米的投影面積約為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
鋼井架體受風(fēng)輪廓面積為
=2.1××30.6=86.5m2
η—效果系數(shù)，按和架體截面的長(zhǎng)寬比b/h，由《簡(jiǎn)明建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1—11查得。這里b/h=2.1/2.1=1,查得η=0.33
—風(fēng)向從對(duì)角線方向吹時(shí)的單肢桿件系數(shù)，=1.1
—風(fēng)振系數(shù)，按下式計(jì)算得出：
式中：—脈動(dòng)增大系數(shù)，查手冊(cè)表1—12得 =2.1
—脈動(dòng)影響系數(shù)，查手冊(cè)表1—13得 =0.79
—振型系數(shù)，查手冊(cè)表1—16得 =0.73
—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查手冊(cè)表1—10得 =1.11
∴風(fēng)荷載
∴鋼井架高度方向的平均風(fēng)荷載
q=w/H=65631/30.6=2144N/m
2.2纜風(fēng)繩張力的計(jì)算
在風(fēng)荷載作用下，考慮井架頂部及中間處上、下兩道纜風(fēng)繩皆起作用，故整個(gè)井架可近似按兩等跨連續(xù)梁計(jì)算，如圖3所示：
鋼井架頂部纜風(fēng)繩的水平分力
圖3 風(fēng)載作用下井架計(jì)算簡(jiǎn)圖
∴頂部纜風(fēng)繩的張力
鋼井架中部纜風(fēng)繩的水平分力
3.搖臂吊桿起重時(shí)纜風(fēng)繩的張力
起重時(shí)，只考慮頂端一道纜風(fēng)繩起作用。纜風(fēng)繩的張力按下式計(jì)算：
式中： K—吊重動(dòng)力荷載系數(shù)，參見《施工常用結(jié)構(gòu)計(jì)算》手冊(cè)表2-77得K=1.2，
—所吊運(yùn)的材料或構(gòu)件的重量（N），所取=10000N
q—起重滑輪組及吊具等設(shè)備重力（N），取q=1500N
—搖臂桿自重（N），取=3000N
H—鋼井架高度，H=30.6m
S—搖臂吊桿到鋼井架體的水平距離，取S=6.93m
4.纜風(fēng)繩合力的計(jì)算
鋼井架頂部纜風(fēng)繩的合力
鋼井架中部纜風(fēng)繩的合力
5.鋼井架未掛設(shè)安全網(wǎng)時(shí)的纜風(fēng)繩張力計(jì)算
鋼井架未掛設(shè)安全網(wǎng)時(shí)，架體的投影面積為各構(gòu)件的投影面積之和，即
桁架擋風(fēng)系數(shù)
同樣查表1-11得η=0.66
風(fēng)荷載
架體高度方向平均風(fēng)荷載
∴頂部纜風(fēng)繩的張力：
中部纜風(fēng)繩的張力：
∴未掛設(shè)安全網(wǎng)時(shí)，頂部纜風(fēng)繩受力合力
中部纜風(fēng)繩受力合力
6.安全網(wǎng)掛設(shè)前后纜風(fēng)繩受力之差
7.計(jì)算結(jié)果分析
從上述計(jì)算結(jié)果我們知道，如果鋼井架架體不設(shè)密目安全網(wǎng)，則架體頂部的纜風(fēng)繩受力最大，為26085N。根據(jù)規(guī)范要求，纜風(fēng)繩的安全系數(shù)為3.5，則其允許纜風(fēng)繩和其錨固件的破斷拉力為3.5×26085=91297.5N。從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得工地最常用的規(guī)格為6×37的13圓股鋼絲繩（公稱抗拉強(qiáng)度為1400Mpa）的允許破斷拉力為93100N，而93100N＞91297.5N，符合安全使用要求。當(dāng)鋼井架三面密布安全網(wǎng)后，則中部纜風(fēng)繩受力最大，為64258N。同樣，根據(jù)規(guī)范要求，纜風(fēng)繩和其拉固錨固件的允許破斷拉力應(yīng)大于3.5×64258=224903N,如果此時(shí)仍舊使用前述規(guī)格性能的鋼絲繩，而該鋼絲繩的允許破斷拉力為
93100N＜224903N，就不符合安全使用要求。
由此可見，鋼井架體三面密布安全網(wǎng)，給鋼井架體中部的纜風(fēng)繩增加了38625N的拉力，如果不注意這個(gè)力的存在，選擇的纜風(fēng)繩不合適的話，就會(huì)使鋼井架體處于傾翻患之中，不符合安全使用要求。為了使鋼井架體符合安全使用要求，一方面我們不要使用密目安全網(wǎng)來(lái)封閉架體，另一方面一定要根據(jù)纜風(fēng)繩的受力計(jì)算來(lái)選擇合適的纜風(fēng)繩。
從上述的計(jì)算中我們還可以知道，即使不掛設(shè)安全網(wǎng)，每條纜風(fēng)繩的受力也都可能在某一時(shí)刻達(dá)到20kN（2噸）以上。所以，我們?cè)谑┕す芾碇幸欢ㄒJ(rèn)真檢查纜風(fēng)繩的錨固點(diǎn)，絕對(duì)不允許有任何的脫落和松弛。只有這樣，才能保證鋼井架架體的穩(wěn)定性，保證其安全作用。
（引自建筑安全2002.1）
