橋梁工程中滿堂支撐架的設計計算及構造要求

1、橋梁工程中滿堂支撐架的設計計算及構造要求編制單位：中建七局技術中心編制單位：中建七局技術中心編編 制制 人：人： 張張 鵬鵬日日 期：期： 2013 2013 年年 5 5月月 一 概述二 滿堂支撐架設計步驟三 滿堂支撐架構造要求目錄一 概述1 腳手架分類2 腳手架安全事故3 適用的法律法規(guī)、規(guī)范、標準清單4 腳手架基本構造5 滿堂支撐架由鋼管和扣件組成、具有加工簡便、搬運方便、通用性強等特點,已成為當前我國使用量最大、應用最普遍的一種腳手架,占腳手架使用總量的70%左右。1 腳手架分類扣件式腳手架碗扣式腳手架碗扣節(jié)點構成：由上碗扣、下碗扣、立桿、橫桿接頭和上碗扣限位銷組成。碗扣節(jié)點結構合理，

2、力桿軸向傳力，使腳手架整體在三維空間、結構強度高、整體穩(wěn)定性好、并具有可靠的自鎖性能 。1 腳手架分類碗扣式腳手架門式腳手架主要由立柜、橫框、交叉斜撐、腳手板、可調底座等組成。它具有裝拆簡單、承載性能好、使用安全可靠等特點。1 腳手架分類門式腳手架主要由架體結構、提升設備、附著支撐結構和防傾、防墜裝置等組成。它用少量不落地的附墻腳手架,以墻體為支承點,利用提升設備沿建筑物的外墻面上下移動。這種腳手架吸收了吊腳手和掛腳手的優(yōu)點,不但可以附墻升降,而且可以節(jié)省大量材料和人工。1 腳手架分類附著式升降腳手架資料來源：中國建設部全國建筑施工安全生產形勢分析報告（2011年度）墻板結構3.75%土石方工

3、程3.16%現場臨時用電線路 2.47%施工機具3.85%外用電梯1.98%臨時設施1.19%外電線路0.99%井字架與龍門架 6.72%基坑6.72%模板6.82%塔吊11.86%腳手架11.86%洞口和臨邊15.51%其他23.12%2 腳手架安全事故安全多發(fā)事故部位分析(2011) 2010年1月，昆明機場高速高架橋模板整體坍塌，造成3人受傷。該工程模板支撐體系沒有水平剪刀撐，豎向剪刀撐沒有由底部連續(xù)設置到頂，致使該架體在承受荷載以后難以形成整體合力，違反了國家頒布的安全技術規(guī)范。2 腳手架安全事故2004年廣州在建高速公路高架橋支架坍塌致9人死傷。事故原因：地基沉降超出規(guī)范標準，造成架

4、體失穩(wěn)而釀成慘劇的發(fā)生。2 腳手架安全事故1建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范 JGJ 130-2011 2建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規(guī)范 JGJ 128-2010 3建筑施工工具式腳手架安全技術規(guī)范JGJ 202-2010 4建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規(guī)范 JGJ 166-2008 5建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程JGJ 231-2010 6建筑施工安全檢查標準 JGJ 59-2011 7公路橋涵施工技術規(guī)范 JTG/T F50-20113 適用的法律法規(guī)、規(guī)范、標準清單4 腳手架基本構造縱縱距距步距步距縱縱,橫向掃地桿橫向掃地桿立桿立桿縱向水平桿縱向水平桿橫向水平桿橫

5、向水平桿剪刀撐剪刀撐橫向斜撐橫向斜撐拋撐撐腳手板腳手板連墻件連墻件滿堂支撐架：在縱、橫方向，由不少于三排立桿并與水平桿、水平剪刀撐、豎向剪刀撐、扣件等構成的承力支架。該架體頂部的鋼結構安裝等（同類工程）施工荷載通過可調托撐軸心傳力給立桿，頂部立桿呈軸心受壓狀態(tài)，簡稱滿堂支撐架。5 滿堂支撐架滿堂腳手架：在縱、橫方向，由不少于三排立桿并與水平桿、水平剪刀撐、豎向剪刀撐、扣件等構成的腳手架。該架體頂部作業(yè)層施工荷載通過水平桿傳遞給立桿，頂部立桿呈偏心受壓狀態(tài)，簡稱滿堂腳手架。5 滿堂支撐架普通型滿堂支撐架 加強型滿堂支撐架 二 滿堂支撐架設計步驟1 荷載取值及其組合2 驗算內容1 荷載取值及其組合

6、永久荷載：1 模板、支架的自重2 新澆混凝土、鋼筋混凝土或其他圬工結構物的重力。荷載可變荷載：1）施工人員和施工材料、機具等行走運輸或堆放的荷載。2）振搗混凝土時產生的振動荷載；3)新澆筑的混凝土對側面模板的壓力；（4）傾倒大方量混凝土時產生水平方向的沖擊荷載(5)其他可能產生的荷載，如雪荷載、冬季保溫設施荷載等。剛度驗算：分項系數均為1.0強度驗算：恒載分項系數1.2，活載分項系數1.4抗傾覆穩(wěn)定驗算：恒載分項系數0.9，活載分項系數1.4；同時組合施工荷載和風荷載時, 荷載組合系數取0.9。 荷載分項系數1 荷載取值及其組合自重荷載標準值1 荷載取值及其組合滿堂支撐架立桿承受的每米結構自重

7、標準值，宜按建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范 JGJ 130-2011附錄A 表A.0.3 采用。自重荷載標準值2 荷載取值及其組合滿堂支撐架常用構配件與材料、人員自重標準值，宜按建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范 JGJ 130-2011附錄A 表A.0.4 采用。作用于腳手架及模板支撐架上的水平風荷載標準值，應按下式計算： Wk = 0.7zsWo式中：Wk風荷載標準值（kN/m2） z風壓高度變化系數，按現行國家標準建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2001）規(guī)定采用 s風荷載體型系數，按現行國家標準建筑結構荷載規(guī)范表4.2.6 的規(guī)定采用； Wo基本風壓（kN/m2），應按國家標

8、準建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001 附表D.4 的規(guī)定采用，取重現期n=10 對應的風壓值。風荷載荷載標準值2 荷載取值及其組合腳手架的風荷載體型系數2 荷載取值及其組合滿堂支撐架上荷載標準值取值應符合下列規(guī)定：1 永久荷載與可變荷載（不含風荷載）標準值總和不大于4.2kN/時，施工均布荷載標準值應按本規(guī)范表4.2.2 采用；2 永久荷載與可變荷載（不含風荷載）標準值總和大于4.2kN/時，應符合下列要求：1）作業(yè)層上的人員及設備荷載標準值取1.0 kN/m2；大型設備、結構構件等可變荷載按實際計算；2）用于混凝土結構施工時，作業(yè)層上荷載標準值的取值應符合現行行業(yè)標準建筑施工模板安全技

9、術規(guī)范JGJ162 的規(guī)定。2 荷載取值及其組合支撐架上可調托撐上主梁、次梁、支撐板等自重應按實際計算，對于下列情況可按表4.2.1-3 采用：1）普通木質主梁（含48.33.6 雙鋼管）、次梁，木支撐板；2）型鋼次梁自重不超過10 號工字鋼自重，型鋼主梁自重不超過H10010068 型鋼自重，支撐板自重不超過木腳手板自重。荷載標準值2 荷載取值及其組合荷載效應組合設計腳手架的承重構件時，應根據使用過程中可能出現的荷載取其最不利組合進行計算，荷載效應組合宜按表4.3.1 采用2 荷載取值及其組合滿堂支撐架用于混凝土結構施工時，荷載組合與荷載設計值應符合表4.3.2的規(guī)定2 荷載取值及其組合3

10、驗算內容 1 模板強度和剛度 2 立桿穩(wěn)定性計算； 3 立桿地基承載力計算； 滿堂支架的一般截面形式如圖1所示，現場施工箱梁底模多采用木模板，模板剛度較小。一般情況下，底模下設置縱向和橫向兩層支承方木，縱、橫向梁的上、下位置根據不同的施工實際情況決定。根據受力特點，應驗算模板和橫、縱梁強度和剛度。1 模板強度和剛度澆筑混凝土荷載底模與底模連接的縱（橫）梁橫（縱）梁可調拖撐立桿1 模板強度和剛度當澆筑混凝土時，作用在梁底支架上的荷載分布是不均勻的，腹板位置支架承受的荷載較大，翼緣位置支架承受的荷載相對較小，腹板之間支架承受的荷載介乎上述兩者之間。便于分析起見，模板、支架的設計計算過程中假定混凝土

11、為理想流體材料，材料顆粒之間不存在剪應力，這個假定對于一次澆筑完成的箱梁是恰當的，因為混凝土尚未初凝，應力重分布現象不明顯；對于兩次澆筑的箱梁，先澆的混凝土底板已經初凝，具備了一定的應力重分布能力，上述假定會有一定偏差，但總體來說底板初凝形成的應力重分布對于支架受力是有利的。1 模板強度和剛度底模下部支點為規(guī)則排列的縱向或橫向梁，因此底模內力和撓度可以按照均布荷載作用下3跨單位寬度的連續(xù)單向板計算模式進行，計算方法如下。底模強度驗算1 模板強度和剛度底模剛度驗算1 模板強度和剛度橫、縱梁剛度驗算一般情況下，底模下設置縱向和橫向兩層支承方木，縱、橫向方木的上、下位置根據不同的施工實際情況決定。方

12、便描述起見，這里規(guī)定與底模直接接觸的方木稱為小楞，支承小橫桿的方木稱為大楞。小楞承受底模傳來的均布荷載，大楞承受小楞傳來的集中荷載，考慮到大、小楞的搭接和荷載的不利布置，小楞按3跨連續(xù)梁進行計算，大楞按集中荷載下的兩跨連續(xù)梁計算。1 模板強度和剛度小楞強度計算1 模板強度和剛度小楞剛度計算1 模板強度和剛度大楞剛度計算1 模板強度和剛度大楞剛度計算式中：N計算立桿段的軸向力設計值（N） 2 立桿穩(wěn)定性計算計算立桿段的軸向力設計值（N） 2 立桿穩(wěn)定性計算由風荷載產生的立桿段彎矩設計值Mw 2 立桿穩(wěn)定性計算當滿堂支撐架采用相同的步距、立桿縱距、立桿橫距時，應計算底層和頂層立桿段；當架體的步距、

13、立桿縱距、立桿橫距有變化時，除計算底層立桿段外，還必須對出現最大步距、最大立桿縱距、立桿橫距等部位的立桿段進行驗算；當架體上有集中荷載作用時，尚應計算集中荷載作用范圍內受力最大的立桿段；立桿穩(wěn)定性計算部位 2 立桿穩(wěn)定性計算立桿計算長度 2 立桿穩(wěn)定性計算立桿計算長度系數 2 立桿穩(wěn)定性計算立桿計算長度系數 2 立桿穩(wěn)定性計算滿堂支撐架的立桿穩(wěn)定性計算公式，雖然在表達形式上是對單根立桿的穩(wěn)定計算，但實質上是對滿堂支撐架結構的整體穩(wěn)定計算。因為公式5.4.6-1、5.4.6-2 中的1、2 值是根據腳手架的整體穩(wěn)定試驗結果確定的。 2 立桿穩(wěn)定性計算滿堂支撐架有兩種可能的失穩(wěn)形式：整體失穩(wěn)和局部

14、失穩(wěn)。整體失穩(wěn)破壞時，滿堂支撐架呈現出縱橫立桿與縱橫水平桿組成的空間框架，沿剛度較弱方向大波鼓曲現象，無剪刀撐的支架，支架達到臨界荷載時，整架大波鼓曲。有剪刀撐的支架，支架達到臨界荷載時，以上下豎向剪刀撐交點（或剪刀撐與水平桿有較多交點）水平面為分界面，上部大波鼓曲（圖8），下部變形小于上部變形。所以波長均與剪刀撐設置、水平約束間距有關； 2 立桿穩(wěn)定性計算滿堂支撐架的失穩(wěn)形式一般情況下，整體失穩(wěn)是滿堂支撐架的主要破壞形式。局部失穩(wěn)破壞時，立桿在步距之間發(fā)生小波鼓曲，波長與步距相近，變形方向與支架整體變形可能一致，也可能不一致。 當滿堂支撐架以相等步距、立桿間距搭設，在均布荷載作用下，立桿局部

15、穩(wěn)定的臨界荷載高于整體穩(wěn)定的臨界荷載，滿堂支撐架破壞形式為整體失穩(wěn)。當滿堂支撐架以不等步距、立桿橫距搭設，或立桿負荷不均勻時，兩種形式的失穩(wěn)破壞均有可能。由于整體失穩(wěn)是滿堂腳支撐架的主要破壞形式，故本條規(guī)定了對整體穩(wěn)定按公式(5.2.6-1)、(5.2.6-2)計算。為了防止局部立桿段失穩(wěn)，除對步距限制外，尚規(guī)定對可能出現的薄弱的立桿段進行穩(wěn)定性計算。 2 立桿穩(wěn)定性計算滿堂支撐架的失穩(wěn)形式 通過對滿堂支撐架整體穩(wěn)定實驗與理論分析，采用實驗確定的節(jié)點剛性（半剛性），建立了滿堂扣件式鋼管支撐架的有限元計算模型；進行大量有限元分析計算，得出各類不同工況情況下臨界荷載，結合工程實際，給出工程常用搭設

16、滿堂支撐架結構的臨界荷載，進而根據臨界荷載確定：考慮滿堂支撐架整體穩(wěn)定因素的單桿計算長度系數1、2 。試驗支架搭設是按施工現場條件搭設，并考慮可能出現的最不利情況，規(guī)范給出的1、2 值，能綜合反應了影響滿堂支撐架整體失穩(wěn)的各種因素。 2 立桿穩(wěn)定性計算穩(wěn)定性計算長度系數u的說明3 地基承載力計算立桿基礎底面的平均壓力應滿足下式的要求：Pk = fg式中：Pk 立桿基礎底面處的平均壓力標準值（kPa）； Nk 上部結構傳至立桿基礎頂面的軸向力標準值（kN）； A基礎底面面積（m2）； fg地基承載力特征值（kPa），地基承載力特征值滿足以下規(guī)定： 1 當為天然地基時，應按地質勘察報告選用；當為回

17、填土地基時，應對地質勘察報告提供的回填土地基承載力特征值乘以折減系數0.4 ； 2 由載荷試驗或工程經驗確定。三 滿堂支撐架構造要求1 滿堂扣件式支撐架構造要求2 滿堂碗扣式支撐架構造要求滿堂支撐架立桿步距與立桿間距不宜超過附錄C 表C-2表C-5 規(guī)定的上限值 ，立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度a 不應超過0.5m。滿堂支撐架搭設高度不宜超過30m。1 滿堂扣件式支撐架構造要求立桿布距、間距及滿堂支撐架搭設高度滿堂支撐架頂部可調托撐的螺桿外徑不得小于36mm，直徑與螺距應符合梯型螺紋的規(guī)定；支托板厚不應小于5，螺桿與支托板應焊牢，焊縫高度不得小于6；螺桿與螺母旋合長度不得少于5扣，螺母

18、厚度不得小于30mm?？烧{托撐的抗壓承載力設計值不應小于40 kN。滿堂支撐架的可調底座、可調托撐螺桿伸出長度不宜超過300mm，插入立桿內的長度不得小于150mm?？烧{拖撐、可調底座的構造要求1 滿堂扣件式支撐架構造要求立桿布距、間距1 滿堂扣件式支撐架構造要求立桿布距、間距1 滿堂扣件式支撐架構造要求1 立桿接長接頭必須采用對接扣件連接。2 水平桿長度不宜小于3跨。桿件的接頭布置規(guī)定和單、雙排腳手架相同。3 剪刀撐應用旋轉扣件固定在與之相交的水平桿或立桿上，旋轉扣件中心線至主節(jié)點的距離不宜大于150mm。豎向剪刀撐斜桿與地面的傾角應為4560，水平剪刀撐與支架縱（或橫）向水平桿的夾角應為4

19、560，剪刀撐的固定與接長的規(guī)定和單、雙排腳手架相同。 立桿、水平桿的構造要求1 滿堂扣件式支撐架構造要求設置剪刀撐的要求1 普通型：1）在架體外側周邊及內部縱、橫向每5m8m，應由底至頂設置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應為5m8m2）在豎向剪刀撐頂部交點平面應設置連續(xù)水平剪刀撐。當支撐高度超過8m，或施工總荷載大于15kN/，或集中線荷載大于20kN/m 的支撐架，掃地桿的設置層應設置水平剪刀撐。水平剪刀撐至架體底平面距離與水平剪刀撐間距不宜超過8m。1 滿堂扣件式支撐架構造要求設置剪刀撐的要求2 加強型：1）當立桿縱、橫間距為0.9 0.9m1.2m1.2m 時，在架體外側周邊及內部縱、橫向

20、每4 跨（且不大于5m），應由底至頂設置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應為4 跨。2）當立桿縱、橫間距為0.6 m0.6m0.9 m0.9m（含0.6m0.6m，0.9m0.9m） 時，在架體外側周邊及內部縱、橫向每5 跨（且不小于3m），應由底至頂設置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應為5 跨。1 滿堂扣件式支撐架構造要求設置剪刀撐的要求2 加強型：3）當立桿縱、橫間距為0.4 m0.4m0.6 m0.6m（含0.4m0.4m）時 ，在架體外側周邊及內部縱、橫向每3m3.2m 應由底至頂設置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應為3m3.2m 。4）在豎向剪刀撐頂部交點平面應設置水平剪刀撐，水平剪刀撐至架體底平

21、面距離與水平剪刀撐間距不宜超過6m，剪刀撐寬度應為3m5m1 滿堂扣件式支撐架構造要求連墻件連接要求當滿堂支撐架小于4 跨時，宜設置連墻件將架體與建筑結構剛性連接。當架體未設置連墻件與建筑結構剛性連接， 立桿計算長度系數 按本規(guī)范附錄C表C-2表C-5 采用時，應符合下列規(guī)定：1 支撐架高度不應超過一個建筑樓層高度，且不應超過5.2m；2 架體上永久荷載與可變荷載（不含風荷載）總和標準值不應大于7.5kN/m2；3 架體上永久荷載與可變荷載（不含風荷載）總和的均布線荷載標準值不應大于7kN/m。1 滿堂扣件式支撐架構造要求滿堂支撐架高寬比=計算架高計算架寬，計算架高：立桿墊板下皮至頂部可調托撐

22、支托板下皮垂直距離。計算架寬：滿堂支撐架橫向兩側立桿軸線水平距離。當滿堂支撐架高寬比大于2 或2.5，滿堂支撐架應在支架的四周和中部與結構柱進行剛性連接，連墻件水平間距應為6m9m,豎向間距應為2m3m。在無結構柱部位應采取預埋鋼管等措施與建筑結構進行剛性連接，在有空間部位，滿堂支撐架宜超出頂部加載區(qū)投影范圍向外延伸布置23 跨。支撐架高寬比不應大于3。高寬比大于2或2.5時的構造要求1 滿堂扣件式支撐架構造要求基本構造要求2 滿堂碗扣式式支撐架構造要求腳手架立桿碗扣節(jié)點應按0.6m 模數設置。立桿上應設有接長用套管及連接銷孔。碗扣架用鋼管規(guī)格為483.5mm，鋼管壁厚不得小于3.5 -0.02