扣件式鋼管腳手架在高支模、大跨度模板中的應(yīng)用

1、【摘要】：本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)扣件式鋼管腳手架在高、重、大跨度梁板模板支撐系統(tǒng)中的整體穩(wěn)定性、方案編制、基本內(nèi)容、計(jì)算方法、并根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及現(xiàn)有材料等，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行探討和總結(jié)?！娟P(guān)鍵詞】：高層 大跨 高支架近年來，因模板高支架坍塌而導(dǎo)致重大惡性事故多起，因此對(duì)此方面的安全工作引起施工現(xiàn)場(chǎng)人員的重視。根據(jù)«建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例»和建設(shè)部建質(zhì)2004213號(hào)文件«危險(xiǎn)性較大工程安全專項(xiàng)施工方案編制及專家論證審查辦法»要求，模板工程施工前應(yīng)當(dāng)單獨(dú)編制安全專項(xiàng)施工方案，對(duì)水平砼構(gòu)件模板支撐系統(tǒng)高度超過8m或跨度超過18m，施工總荷載大

2、于10KN/m2或集中荷載大于15KN/m2的模板支撐系統(tǒng)必須由建筑施工企業(yè)組織不少于5人的專家組，對(duì)編制的專項(xiàng)施工方案進(jìn)行論證審查。1.工程概況工程位于蘇州高新區(qū)獅山大橋西逸，建筑面積47667，地下二層，地上27層?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)。地下室一、二層層高5.45 m，一層層高4.8m,二層層高4.7m，三層層高4.85m ,技術(shù)層層高2.15m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.3m，最大高度111.6m。 上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層以上1-4F、5-8F、9-16F、17-21F、22-26F為共享空間，高度分別為13.2m、13.85m、16.5m、及16.9m,長寬均為15.2×10.0m。本文針對(duì)共享空間梁

3、斷面尺寸750×2000，高度16.9m的模板支撐系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2.模板支撐搭設(shè)方案對(duì)于高支模大跨度混凝土結(jié)構(gòu)施工來說，支撐是一關(guān)鍵。該工程使用鋼管排架作為大跨結(jié)構(gòu)的施工支撐。由于梁截面較大，支模高度較高，且混凝土澆筑采用泵送施工，考慮脈沖水平推力和輸送混凝土速度快所引起過載及側(cè)壓力等原因，扣件式鋼管腳手架則具有平面布置靈活、架設(shè)效率高、可形成縱橫通道等特點(diǎn)，為了確保模板系統(tǒng)有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，模板支撐系統(tǒng)采用48×3.0扣件式鋼管滿堂腳手架，梁底（側(cè)）模板采用18厚多層板，主、次龍骨均采用50×100木方。鋼管排架頂部采用鋼管行櫳，木枋擱柵，上鋪膠合板

4、形成大梁底模；大梁側(cè)模面板亦采用多層板，內(nèi)楞（豎向）用50×100木枋，外楞（水平向）用雙48腳手鋼管，對(duì)拉螺栓選用12Q235鋼制作。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)底模膠合板、擱柵木方的承載力及剛度確定擱柵木方及行櫳鋼管的間距，而鋼管行櫳驗(yàn)算時(shí)，除考慮其抗彎、抗剪承載力外，應(yīng)特別注意驗(yàn)算其下部節(jié)點(diǎn)扣件的抗滑承載力。經(jīng)計(jì)算本工程需采用雙橫桿、雙扣件來支撐鋼管行櫳。另外，由于梁最高達(dá)2.000m，梁側(cè)模需根據(jù)澆筑混凝土的側(cè)壓力及振搗中產(chǎn)生的荷載驗(yàn)算側(cè)模膠合板、內(nèi)楞、外楞的承載力、剛度以及對(duì)拉螺栓的間距和規(guī)格，同時(shí)，按墻考慮在梁腰部設(shè)置間距以不大于1.5米的“八”字斜撐，另外，由于梁跨度較大，為防止砼澆筑

5、過程中梁在其腹板平面外失穩(wěn)，我們還在各梁間的梁腹部設(shè)水平拉桿或?qū)尾⒃诿繉訕前迕嫣幣c周圍已澆混凝土樓面進(jìn)行拉接。具體作法見圖： 圖1 梁模板支撐架立面簡(jiǎn)圖 高支撐架的計(jì)算參照建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2001）。支撐高度在4米以上的模板支架被稱為扣件式鋼管高支撐架，對(duì)于高支撐架的計(jì)算規(guī)范存在重要疏漏，使計(jì)算極容易出現(xiàn)不能完全確保安全的計(jì)算結(jié)果。本計(jì)算書還參照施工技術(shù)2002.3.扣件式鋼管模板高支撐架設(shè)計(jì)和使 用安全，供腳手架設(shè)計(jì)人員參考 模板支架搭設(shè)高度為16.9米，基本尺寸為：梁截面 B×D=750mm×2000mm，梁支撐立桿的橫距(跨度方向

6、) l=0.40米，立桿的步距 h=1.50米， 梁底增加2道承重立桿。采用的鋼管現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)量類型為48×3.0。3.1.1荷載的計(jì)算(1)鋼筋混凝土梁自重(kN/m)：q1 = 25.000×2.000×0.150=7.500kN/m(2)模板的自重線荷載(kN/m)：q2 = 0.350×0.150×(2×2.000+0.750)/0.750=0.333kN/m(3)活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載(kN)：經(jīng)計(jì)算得到，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 P1 = (1.000+2.000)×0.750×0.150=0

7、.338kN均布荷載 q = 1.2×7.500+1.2×0.333=9.399kN/m集中荷載 P = 1.4×0.338=0.473kN本算例中，截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:W = 15.00×1.80×1.80/6 = 8.10cm3；I = 15.00×1.80× 圖2 計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖3 彎矩圖(kN.m) 圖4 剪力圖(kN) 圖5 變形圖(mm)經(jīng)過計(jì)算得到從左到右各支座力分別為 N1=0.395kN N2=1.157kN N3=0.912kN N4=1.298kN N5=1.298kN N6=0.912kN

8、 N7=1.157kN N8=0.395kN 最大彎矩 最大變形 V = 0.0mm(1)抗彎強(qiáng)度計(jì)算經(jīng)計(jì)算得到面板抗彎強(qiáng)度計(jì)算值 f = 0.013×1000×1000/8100=1.605N/mm2 面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f，取15.00N/mm2；面板的抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算 f < f,滿足要求!(2)抗剪計(jì)算 可以不計(jì)算 截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算值 T=3×739.0/(2×150.000×18.000)=0.411N/mm2 截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 T=1.40N/mm2 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 T < T，滿足要求! (3)撓度計(jì)算 面板最大撓度計(jì)算

9、值 v = 0.021mm 面板的最大撓度小于107.1/250,滿足要求!3.2 梁底支撐木方的計(jì)算3.2.1梁底木方計(jì)算 按照三跨連續(xù)梁計(jì)算，最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和，計(jì)算公式如下: 均布荷載 q = 1.298/0.150=8.652kN/m最大彎矩 M = 0.1ql2=0.1×8.65×0.15×最大剪力 Q=0.6×0.150×8.652=0.779kN最大支座力 N=1.1×0.150×8.652=1.428kN木方的截面力學(xué)參數(shù)為本算例中，截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:W =

10、 5.00×10.00×10.00/6 = 83.33cm3；I = 5.00×10.00×10.00×10.00/12 = 416.67cm4；(1)木方抗彎強(qiáng)度計(jì)算抗彎計(jì)算強(qiáng)度 f=0.019×106/83333.3=0.23N/mm2木方的抗彎計(jì)算強(qiáng)度小于13.0N/mm2,滿足要求! (2)木方抗剪計(jì)算 可以不計(jì)算最大剪力的計(jì)算公式如下: Q = 0.6ql截面抗剪強(qiáng)度必須滿足: T = 3Q/2bh < T截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算值 T=3×779/(2×50×100)=0.234N/mm2截面抗

11、剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 T=1.30N/mm2木方的抗剪強(qiáng)度計(jì)算滿足要求! (3)木方撓度計(jì)算最大變形 v =0.677×7.210×150.04/(100×9500.00×4166666.8)=0.001mm木方的最大撓度小于150.0/250,滿足要求! 3.3 梁底支撐鋼管計(jì)算 3.3.1 梁底支撐橫向鋼管計(jì)算 橫向支撐鋼管按照集中荷載作用下的連續(xù)梁計(jì)算。 集中荷載P取木方支撐傳遞力。 圖6 支撐鋼管計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖7 支撐鋼管彎矩圖(kN.m) 圖8 支撐鋼管變形圖(mm) 圖9 支撐鋼管剪力圖(kN) 經(jīng)過連續(xù)梁的計(jì)算得到 最大彎矩 最大變形 vmax=0.

12、076mm 最大支座力 Qmax=3.388kN 抗彎計(jì)算強(qiáng)度 f=0.120×106/4491.0=26.61N/mm2 支撐鋼管的抗彎計(jì)算強(qiáng)度小于205.0N/mm2,滿足要求! 支撐鋼管的最大撓度小于475.0/150與10mm,滿足要求!3.3.2 梁底支撐縱向鋼管計(jì)算縱向支撐鋼管按照集中荷載作用下的連續(xù)梁計(jì)算。集中荷載P取橫向支撐鋼管傳遞力。 圖10 支撐鋼管計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖11 支撐鋼管彎矩圖(kN.m) 圖12 支撐鋼管變形圖(mm) 圖13 支撐鋼管剪力圖(kN) 經(jīng)過連續(xù)梁的計(jì)算得到 最大彎矩 最大變形 vmax=0.164mm 最大支座力 Qmax=9.812kN 抗

13、彎計(jì)算強(qiáng)度 f=0.367×106/4491.0=81.70N/mm2 支撐鋼管的抗彎計(jì)算強(qiáng)度小于205.0N/mm2,滿足要求! 支撐鋼管的最大撓度小于400.0/150與10mm,滿足要求!3.4 扣件抗滑移的計(jì)算 縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí)，扣件的抗滑承載力按照下式計(jì)算 (規(guī)范5.2.5): R Rc其中 Rc 扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值,取8.0kN； R 縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值；計(jì)算中R取最大支座反力，R=9.81kN單扣件抗滑承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算不滿足要求,可以考慮采用雙扣件!當(dāng)直角扣件的擰緊力矩達(dá)40-65N.m時(shí),試驗(yàn)表明:單扣件在12kN的荷載下會(huì)滑動(dòng),

14、其抗滑承載力可取8.0kN；雙扣件在20kN的荷載下會(huì)滑動(dòng),其抗滑承載力可取12.0kN。3.5 立桿的穩(wěn)定性計(jì)算立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式 其中 N 立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值，它包括：橫桿的最大支座反力 N1=9.81kN (已經(jīng)包括組合系數(shù)1.4)腳手架鋼管的自重 N2 = 1.2×0.129×16.900=2.618kN N = 9.812+2.618=12.430kN 軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長細(xì)比 l0/i 查表得到； i 計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑 (cm)；i = 1.60 A 立桿凈截面面積 (cm2)； A = 4.24 W 立桿凈截面抵抗矩(cm3)；W = 4.4

15、9 鋼管立桿抗壓強(qiáng)度計(jì)算值 (N/mm2)； f 鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，f = 205.00N/mm2； l0 計(jì)算長度 (m)； 如果完全參照扣件式規(guī)范不考慮高支撐架，由公式(1)或(2)計(jì)算 l0 = k1uh (1) l0 = (h+2a) (2) k1 計(jì)算長度附加系數(shù)，按照表1取值為1.185；u 計(jì)算長度系數(shù)，參照扣件式規(guī)范表；u = 1.70a 立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度；a = 0.20m；公式(1)的計(jì)算結(jié)果： = 145.88N/mm2，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算 < f,滿足要求!公式(2)的計(jì)算結(jié)果： = 64.02N/mm2，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算 <

16、 f,滿足要求!如果考慮到高支撐架的安全因素，適宜由公式(3)計(jì)算 l0 = k1k2(h+2a) (3) k2 計(jì)算長度附加系數(shù)，按照表2取值為1.042；公式(3)的計(jì)算結(jié)果： = 91.57N/mm2，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算 < f,滿足要求!模板承重架應(yīng)盡量利用剪力墻或柱作為連接連墻件，否則存在安全隱患。 模板支架計(jì)算長度附加系數(shù) k1 表1 步距 h(m) h0.9 0.9<h1.2 1.2<h1.5 1.5<h2.1 k1 1.163 1.167 1.185 1.243 模板支架計(jì)算長度附加系數(shù) k2 表2 H(m) 4 6 8 10 12 14 16 18 20

17、 25 30 35 40 h+2a或u1h(m) 1.35 1.0 1.014 1.026 1.039 1.042 1.054 1.061 1.081 1.092 1.113 1.137 1.155 1.173 1.44 1.0 1.012 1.022 1.031 1.039 1.047 1.056 1.064 1.072 1.092 1.111 1.129 1.149 1.53 1.0 1.007 1.015 1.024 1.031 1.039 1.047 1.055 1.062 1.079 1.097 1.114 1.132 1.62 1.0 1.007 1.014 1.021 1.029 1.036 1.043 1.051 1.056 1.074 1.090 1.106 1.123 1.80 1.0 1.007 1.014 1.020 1.026 1.033 1.040 1.046 1.052 1.067 1.081 1.096 1.111 1.92 1.0 1.007 1.012 1.018 1.024 1.030 1.035 1.042 1.048 1.062 1.076 1.09