以某平臺施工濟(jì)南防護(hù)棚架設(shè)計為例， 基于有限元運(yùn)算進(jìn)行防護(hù)棚架結(jié)構(gòu)驗算，重點(diǎn)介紹了防護(hù)棚架橫向分配梁、貝雷梁、柱頂橫梁和鋼管立柱的驗算過程。結(jié)果表明，該防護(hù)棚架結(jié)構(gòu)是安全的。

　　1 工程概況

　　該項目為濟(jì)南市某區(qū)縣風(fēng)景區(qū)觀景平臺，觀景平臺高度12 m，擬建2層，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化基巖，故基礎(chǔ)采用樁下獨(dú)立基礎(chǔ)形式。由于該觀景平臺西臨省道S203，道路等級為二級，路面寬度9 m，為保證平臺施工時省道的正常通行，故采用防護(hù)棚進(jìn)行防護(hù)。

　　2 濟(jì)南防護(hù)棚設(shè)計

　　防護(hù)棚長52 m，寬10 m，高11.8 m，門洞凈空高度為5.5 m，見圖1～圖3所示。該防護(hù)棚采用I20工字鋼為立柱與橫梁。立柱在道路兩側(cè)位置架設(shè)工字鋼，立柱間距1.5 m，在立柱頂面設(shè)置橫橋向通長I20工字鋼支撐梁，用100 mm等邊角鋼焊接連接所有工字鋼，按1.5 m間距布置，形成主承重骨架;在承重骨架上鋪裝50 mm厚木板+2 mm厚薄鋼板，形成棚架頂面;棚架頂面兼做施工作業(yè)平臺，在平臺四周設(shè)置防護(hù)欄桿和安全網(wǎng)。

　　(1)立柱支架。立柱支架采用I20工字鋼搭設(shè)，兩側(cè)支架立在S203省道兩側(cè)路肩上，搭設(shè)寬度9 m，間距1.5 m，工字鋼立柱與鋼板底座焊接用18螺絲固定在混凝土路面上。

　　圖1 防護(hù)棚架正面圖

　　圖2 防護(hù)棚架剖面圖

　　圖3 節(jié)點(diǎn)A詳圖

　　(2)承重工字鋼。主承重工字鋼采用I20，橫路向布置，橫梁工字鋼間距1.5 m。橫梁工字鋼放置在立柱支架頂上焊接處理，形成整體支架;在立柱與橫梁間加設(shè)斜桿，斜桿采用∠100等邊角鋼。立柱、橫梁、斜桿焊接連接成整體，確保整體穩(wěn)定性。

　　(3)頂面。頂面結(jié)構(gòu)設(shè)計為木板，木板起減震與抗沖擊作用，每塊木板之間用鋼釘連接成整體，木板下層為鋼管，與工字鋼承重骨架之間采用焊接固定，連接成整體。

　　3 結(jié)構(gòu)驗算

　　鋼管支架上部采用I20b型鋼，間距90 cm，設(shè)置16片貝雷梁，貝雷間距(45+105+45+65+45+95+45+95+45+95+45+65+45+105+45) cm，使用45標(biāo)準(zhǔn)花窗連接，貝雷設(shè)置加強(qiáng)立桿。鋼管柱頂采用2I40a工字鋼;鋼管立柱采用Φ600 mm×12 mm螺旋焊管，以[14a槽鋼設(shè)置平聯(lián)及斜撐。現(xiàn)以Midas Civil整體建模，按荷載傳遞路徑進(jìn)行防護(hù)棚架結(jié)構(gòu)驗算，依次進(jìn)行濟(jì)南防護(hù)棚架橫向分配梁、貝雷梁、柱頂橫梁和鋼管立柱的驗算。

　　3.1 橫向分配梁驗算

　　橫向分配梁采用[22a槽鋼，通過計算，其分析結(jié)果如下：橫向分配梁的更好組合應(yīng)力σ=129 MPa<[σ]=215 MPa，滿足規(guī)范要求。更好剪應(yīng)力τ=62.7 MPa<[τ] 125 MPa，滿足規(guī)范要求。更好撓度f=2.7 mm≤3.00 mm，滿足規(guī)范要求。

　　3.2 貝雷梁驗算

　　通過計算，貝雷梁分析結(jié)果如下：更好組合應(yīng)力σ=245 MPa<[σ]=310 MPa，滿足規(guī)范要求。更好剪應(yīng)力τ=71.7MPa<[τ]=180 MPa，滿足規(guī)范要求。更好撓度f=20.1 mm≤33.75 mm，滿足規(guī)范要求。

　　3.3 柱頂橫梁驗算

　　通過計算，柱頂橫梁分析結(jié)果如下：頂橫梁的更好組合應(yīng)力σ=133 MPa<[σ]=215 MPa, 滿足規(guī)范要求。更好剪應(yīng)力τ=62.3 MPa<[τ]=125 MPa, 滿足規(guī)范要求。更好撓度f=1.8 mm≤3 mm, 滿足規(guī)范要求。

　　3.4 鋼管立柱驗算

　　首先進(jìn)行強(qiáng)度驗算，由計算知，鋼管立柱的更好組合應(yīng)力σ=132 MPa<[σ]=215 MPa，滿足強(qiáng)度要求。再進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，由計算知，立柱更好軸力為P=973.3 kN，

　　將鋼管簡化為兩端鉸支的力學(xué)模型，則μ=1.0，因鋼管立柱高度為6.2 m，故長細(xì)比λ=1.0×7 060/20.8=298.1。由于λ>100，故立柱屬于細(xì)長壓桿，采用歐拉公式計算。當(dāng)l=6.2 m時，臨界力為：Fcr=π2×EI/l2=45 123.5 kN>973.3 kN，因此橫橋向每排設(shè)置6根Φ600 mm×12 mm鋼管立柱能滿足穩(wěn)定性要求。

　　3.5 計算分析匯總

　　濟(jì)南防護(hù)棚支架計算分析匯總見表1。

　　表1 防護(hù)棚支架計算分析匯總

　　4 總結(jié)

　　由上述驗算結(jié)果可知，設(shè)計的濟(jì)南防護(hù)棚支架各部分受力均滿足規(guī)范要求，能夠正常承載，且鋼管立柱的穩(wěn)定性也滿足規(guī)范要求，故認(rèn)為該結(jié)構(gòu)整體在外荷載作用下時安全的。