扣件式鋼管模板支撐計(jì)算要點(diǎn)與施工建議

扣件式鋼管模板支撐計(jì)算要點(diǎn)分析與施工建議摘要:本文通過(guò)對(duì)常見(jiàn)的扣件式鋼管模板支撐架計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合行業(yè)內(nèi)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行分析和整理，從而提出一些施工建議。關(guān)鍵詞:扣件、鋼管、模板支撐、計(jì)算、規(guī)范、施工建議扣件式鋼管模板支撐架的特點(diǎn)及計(jì)算依據(jù)扣件式鋼管腳手架是目前使用比較廣泛的一種模板支撐形式，具有加工、拆裝簡(jiǎn)便、搭設(shè)靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類(lèi)建筑物結(jié)構(gòu)的施工，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和建筑技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑、大跨度大空間建筑不斷增多，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐體系提出了更高的要求，為防止模板支撐體系倒塌事故的發(fā)生，《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》將模板工程列入危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，要求施工單位編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，并附具安全驗(yàn)算結(jié)果，經(jīng)施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人、總監(jiān)理工程師簽字后實(shí)施，施工過(guò)程中由專(zhuān)職安全生產(chǎn)管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督；對(duì)高大模板工程的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，施工單位還應(yīng)當(dāng)組織專(zhuān)家進(jìn)行論證審查。扣件鋼管架應(yīng)用時(shí)特別是在用于高支撐體系時(shí)，特別要考慮其立桿的承載力、長(zhǎng)細(xì)比、支撐架整體的抗側(cè)剛度、扣件節(jié)點(diǎn)的抗滑移承載能力、扣件節(jié)點(diǎn)的偏心受力等因素?，F(xiàn)行可用作計(jì)算的國(guó)家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按照時(shí)間的發(fā)布先后順序依次有：《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JGJ162-2008、《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2011以及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666-2011，現(xiàn)階段應(yīng)用主要計(jì)算依據(jù)還是應(yīng)以JGJ162-2008以及GB50666-2011為主?，F(xiàn)行有效規(guī)范當(dāng)中需注意的計(jì)算要點(diǎn)分析支撐架的計(jì)算長(zhǎng)度：《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JGJ162中條扣件式鋼管立柱計(jì)算中說(shuō)明：計(jì)算長(zhǎng)度采用縱橫向水平拉桿的最大步距，最大步距不得大于1.8m,該計(jì)算方法直接取支架最大步距，而不考慮立桿伸出頂、底層水平桿的長(zhǎng)度、支架的整體搭設(shè)高度及與周邊拉結(jié)等構(gòu)造措施，如一個(gè)30m高支架與1個(gè)3m高支架步距一樣，則立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果基本相同，這不符合支架立桿穩(wěn)定與支架整體穩(wěn)定的基本力學(xué)理論。JGJ130-2011中5.4.6條l0=k*m2*h或l0=k*m1*（h+2a）(僅用于滿(mǎn)堂支撐架頂部立桿段),其中a為0.2到0.5的系數(shù)，k為根據(jù)支撐架高度不同而選用的長(zhǎng)度附加系數(shù)，從公式來(lái)看，腳手架規(guī)范應(yīng)更為科學(xué)一點(diǎn)，考慮了架高以及支撐頂部應(yīng)加設(shè)可調(diào)支托的因素，在目前2本規(guī)范并存的前提下，筆者建議按照2個(gè)公式分別計(jì)算，取較大值較為妥當(dāng)，當(dāng)然這個(gè)結(jié)論還值得商榷，需要規(guī)范的編寫(xiě)者能有一個(gè)更為權(quán)威的解釋。支架立桿的長(zhǎng)細(xì)比：模板安全技術(shù)規(guī)范中條中要求其不應(yīng)大于150，而在GB50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》中4.3.12條中已經(jīng)調(diào)整為180，根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比公式，l0=k?m?h，其中：k—計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)，m—考慮整體穩(wěn)定因素的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，其可以通過(guò)規(guī)范查得，h—立桿的步距，i為回轉(zhuǎn)半徑。規(guī)范對(duì)長(zhǎng)細(xì)比進(jìn)行限制的一方面是為了避免自重引起的過(guò)分彎曲，另一方面是為了消除振動(dòng)影響，從而避免腳手架的整體失穩(wěn)。支撐架立柱承載力的計(jì)算公式僅僅是立桿的計(jì)算公式，即支架計(jì)算未涉及水平桿的內(nèi)力，未將水平桿的內(nèi)力視為威脅支架安全的危險(xiǎn)因素。該公式將限制立桿在穩(wěn)定范圍內(nèi)工作，使用公式須滿(mǎn)足以下2個(gè)條件?？奂诹U失穩(wěn)之前不脫落，此條件即是規(guī)定立桿在工作時(shí)的計(jì)算長(zhǎng)度一致，不考慮因扣件脫落使水平桿缺失，進(jìn)而使立桿計(jì)算長(zhǎng)度猛增而導(dǎo)致失穩(wěn)破壞的因素；支架整體是一個(gè)幾何不變體系（如加設(shè)支撐內(nèi)部剪刀撐體系等構(gòu)造措施），能支持立桿在失穩(wěn)前正常工作。若不能滿(mǎn)足上述2個(gè)前提條件，則計(jì)算無(wú)意義，因?yàn)樵诹U失穩(wěn)之前支架已經(jīng)倒塌，用支架計(jì)算公式計(jì)算，確認(rèn)立桿穩(wěn)定了，并不等于支架就安全了，支架的穩(wěn)固，除立桿必須穩(wěn)定之外，尚需要合理的構(gòu)造措施，以確保支架架體的幾何不變性。支架中的水平內(nèi)力來(lái)自于：推車(chē)、泵送混凝土和風(fēng)荷載等水平外力轉(zhuǎn)化外，更主要又不可避免的因素是，立桿傾斜（初彎曲、施工中的接長(zhǎng)偏差等）引起豎向外力轉(zhuǎn)化為支架的水平內(nèi)力，只要有荷載，支架中必定存在水平內(nèi)力，水平內(nèi)力是扣件松脫和架頂側(cè)移的主要原因，最終可以導(dǎo)致塌架，而水平力的最大值出現(xiàn)在最頂層水平桿上。因此在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中模板支架頂層的雙向水平桿的設(shè)置就顯得尤為重要。新澆筑混凝土側(cè)壓力計(jì)算公式的應(yīng)用：GB50666-2011修改了模板規(guī)范中的計(jì)算公式：2個(gè)公式中具體參數(shù)的取值詳見(jiàn)規(guī)范附錄，需要提醒的是目前施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土坍落度普遍偏高（大于180mm）的情況下，直接采用后者公式即可，前者公式只適合于澆筑速度限定在10m/h以下，且坍落度≤180mm的條件。規(guī)范當(dāng)中并沒(méi)有提及澆筑速度的定義，從定義來(lái)看應(yīng)是澆筑厚度與澆筑時(shí)間的比值，據(jù)規(guī)范編寫(xiě)者的一些抽樣統(tǒng)計(jì)：施工中，當(dāng)澆筑小截面柱子時(shí)，澆筑速度通常在10m/h～20m/h；混凝土墻澆筑速度在3m/h～10m/h左右。我們?cè)趯?shí)際工程參數(shù)取值的時(shí)候，可以作為參考。荷載取值及組合荷載取值及組合的規(guī)范選用建議按照GB50666-2011新規(guī)范執(zhí)行，比原來(lái)的模板規(guī)范相比，該取值更趨于實(shí)際，如對(duì)作用在模板支撐及支架上的施工人員荷載與施工設(shè)備荷載Q1標(biāo)準(zhǔn)值的取值調(diào)整為：可按實(shí)際情況計(jì)算，且應(yīng)≥2.5KN/m2。新增加考慮了施工中的泵送混凝土或不均勻堆載產(chǎn)生的附加水平荷載Q3，該荷載項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)取值可取計(jì)算工況下豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值（即模板上混凝土和鋼筋）質(zhì)量）的2%，并以線荷載形式作用在模板支架上端水平方向上。風(fēng)荷載Q4的規(guī)定：基本風(fēng)壓還是按照10年一遇采用，但規(guī)定了基本風(fēng)壓應(yīng)≥0.2KN/m2，規(guī)定此項(xiàng)是對(duì)應(yīng)于不同地區(qū)和不同施工高度安裝的模板，其迎風(fēng)面所受的局部風(fēng)場(chǎng)下風(fēng)力等級(jí)是不同的，必須有一定的基本風(fēng)壓值而設(shè)置的。另外規(guī)范對(duì)模板及支架承載力計(jì)算和荷載組合作出了新的規(guī)定，如：引入了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r0,承載力設(shè)計(jì)值調(diào)整系數(shù)等，荷載效應(yīng)組合則按照規(guī)范中公式條執(zhí)行，按照模板及支架的設(shè)計(jì)流程，荷載組合應(yīng)遵循“承載力驗(yàn)算采用荷載設(shè)計(jì)值，撓度驗(yàn)算應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值”的原則，其他內(nèi)容在這不一一敘述，詳見(jiàn)規(guī)范條文?？奂摴苤Ъ茌S心與偏心受力的分析（圖一：兩種受力形式）。圖一：兩種受力形式在JGJ162-2008模板規(guī)范中條和6.1.9條都要求模板支架必須采用中心傳力的方式，頂部應(yīng)設(shè)可調(diào)支托。而在GB50666-2011中4.3.15條已經(jīng)修訂成宜采用中心傳力（可調(diào)托座）的方式，單根立桿的軸力標(biāo)準(zhǔn)值≤12KN(高大模板為10KN)，立桿頂部承受水平桿扣件傳遞的豎向荷載時(shí)（即模板擱置在扣件鋼管支架頂部的水平鋼管上），應(yīng)按照不小于50mm（高大模板為100mm）的偏心距進(jìn)行承載力驗(yàn)算，且應(yīng)考慮搭設(shè)的垂直偏差影響，還應(yīng)驗(yàn)算水平桿與立桿的直角扣件抗滑移承載力。新的規(guī)范并沒(méi)有強(qiáng)制支撐架頂部非設(shè)可調(diào)支托不可，此條文的出臺(tái)也說(shuō)明了規(guī)范編寫(xiě)者是考慮了當(dāng)前施工現(xiàn)場(chǎng)鋼管支撐架使用現(xiàn)狀的。圖一：兩種受力形式相比偏心受力而言，立桿軸心受力更安全可靠，高大模板應(yīng)采用軸心受力方式，一般模板工程在條件允許的情況下，優(yōu)先選擇頂部加設(shè)可調(diào)支托，特別是在目前市場(chǎng)扣件質(zhì)量良莠不齊的現(xiàn)狀前提下，因?yàn)閺钠氖芰Φ牧W(xué)傳遞機(jī)理：荷載→模板→次楞→主楞→扣件→立桿→地基來(lái)看，支架的承載力更依賴(lài)于扣件的抗滑移承載力。規(guī)范中模板支架條文中的構(gòu)造措施分析在新的GB50666-2011中和4.4.8條詳細(xì)說(shuō)明了具體的構(gòu)造措施，如立桿步距上下兩端應(yīng)設(shè)置雙向水平桿，水平桿與立桿的交錯(cuò)點(diǎn)應(yīng)采用扣件連接；支架長(zhǎng)度或?qū)挾龋?m時(shí)，應(yīng)設(shè)置中部縱向或橫向的剪刀撐，支架高度大于3倍步距時(shí)，支架頂部宜設(shè)置1道水平剪刀撐等，另外對(duì)高大模板支架也作了具體要求，特別是強(qiáng)調(diào)扣件高大模板支架搭設(shè)應(yīng)完整以及立桿上每步的雙向水平桿均應(yīng)與立桿扣接，且應(yīng)與施工方案一致等要求。在JGJ162-2008中條中第1條要求：梁和板的立柱，其縱橫向間距應(yīng)相等或成倍數(shù)，從實(shí)際操作層面來(lái)看，很難做到此條，也不盡合理。模板支架可以按主梁—次梁—樓板的順序按照方案設(shè)計(jì)的間距布置立桿，并盡量布置為規(guī)則的矩陣。矩形的建筑結(jié)構(gòu)，支架立桿應(yīng)布置為規(guī)則的矩陣，使縱橫向水平桿貫通。折線形、弧形建筑結(jié)構(gòu)的支架立桿也應(yīng)盡量布置為規(guī)則的矩陣，邊梁處按計(jì)算書(shū)確定的縱橫距加密立桿。有研究發(fā)現(xiàn)：模板支撐架設(shè)置掃地桿與剪刀撐后，支架仍為扣件滑移破壞，其承載力提高不多，但增設(shè)掃地桿和剪刀撐后，支架立桿的有效壓力明顯降低了，說(shuō)明支架的整體性得到提高，支架各部分參與工作的程度加深了。因此，支架設(shè)置必要的掃地桿及剪刀撐有利于提高支架的整體穩(wěn)定性，防止在混凝土輸送管的抖動(dòng)下支架的整體失穩(wěn)，增加安全儲(chǔ)備。施工建議方案編制建議建質(zhì)[2009]87號(hào)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》中要求施工總荷載大于15kN/m2或集中線荷載大于20kN/m的模板支撐系統(tǒng)方案需要專(zhuān)家論證，對(duì)這個(gè)荷載取值的定義在業(yè)內(nèi)一直有一些爭(zhēng)議，主要存在三種說(shuō)法：其一是構(gòu)件的自重取值；其二是是按照J(rèn)GJ162-2008中表荷載標(biāo)準(zhǔn)值的組合；從施工實(shí)際邏輯講，按照后者組合取值較為合理，也有一些地方直接規(guī)定如板厚超過(guò)≥500mm(總荷載大于15kN/m2),梁截面面積超過(guò)0.72m2(線荷載大于20kN/m)就需要專(zhuān)家論證，這個(gè)數(shù)據(jù)的推定也是跟規(guī)范條文相契合的。方案中工程概況除簡(jiǎn)要介紹項(xiàng)目的建設(shè)單位、工程名稱(chēng)、建筑面積、建筑層高、建筑高度等基本情況外，應(yīng)著重說(shuō)明與方案編制有關(guān)的技術(shù)參數(shù)、施工工況、材料種類(lèi)規(guī)格等。如：模架高度、構(gòu)件的空間位置和尺寸（特殊部位在何處）、施工條件（輔助機(jī)械等）、地質(zhì)情況、周?chē)h(huán)境，采用的混凝土種類(lèi)、坍落度和布料方式、布料機(jī)械的型號(hào)、混凝土的澆筑方向、采用的模板及其支撐材料種類(lèi)和規(guī)格、立桿支承條件等。與方案編制無(wú)關(guān)的內(nèi)容應(yīng)簡(jiǎn)略。模板支撐架方案應(yīng)以圖示為主、文字為輔，編制模架方案，應(yīng)著重施工圖的繪制，以便清晰準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，具體模架施工圖應(yīng)能清楚反映以下幾個(gè)方面內(nèi)容：(1)本方案所涉及的有關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間位置和截面尺寸；(2)模板支撐立桿、剪刀撐及各種水平桿件的平面位置和間距；(3)縱橫水平桿、水平剪刀撐的豎向間距，垂直剪刀撐的設(shè)置情況；(4)直接支承模板的小楞、大楞、對(duì)拉螺栓的規(guī)格和布置等；(5)模板及其支架的詳細(xì)構(gòu)造；(6)立桿支承條件如：立桿基礎(chǔ)做法、立桿底座、墊板，立桿支承在建筑物結(jié)構(gòu)層的加固措施等；(7)局部高支模與周邊建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件或樓層模板支撐體系的連結(jié)；(8)用于模架施工的材料種類(lèi)、規(guī)格、技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)要求等。方案計(jì)算中考慮的是立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算，但整體穩(wěn)定性需靠構(gòu)造措施來(lái)保證，必須注意如剪刀撐、抱柱、連墻桿以及規(guī)范中的支架高寬比要求等計(jì)算過(guò)程應(yīng)注意事項(xiàng)(1)模架的設(shè)計(jì)計(jì)算工作量較大，并需要進(jìn)行多方案比較和優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算，但不能完全依賴(lài)軟件，對(duì)軟件中不符合工程實(shí)際的內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，采用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的，應(yīng)說(shuō)明軟件的名稱(chēng)及版本。(2)計(jì)算書(shū)所采用的材料品種、規(guī)格，應(yīng)與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的材料種類(lèi)和規(guī)格相同，質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,對(duì)多次重復(fù)利用的鋼管、扣件、楞木等構(gòu)配件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮技術(shù)性能降低的因素；如現(xiàn)場(chǎng)支撐架鋼管厚度一般為2.8mm～3.2mm，就不能按按3.6mm計(jì)算。木方斷面設(shè)計(jì)為50*100mm、100*100mm木方，而實(shí)際進(jìn)場(chǎng)木方斷面一般為40*90mm、90*90mm木方或者更小,編制方案的人員必須了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。施工監(jiān)控中應(yīng)加強(qiáng)的環(huán)節(jié)與事項(xiàng)基本要求：重視方案交底：結(jié)合平、剖、節(jié)點(diǎn)詳圖進(jìn)行交底，如鋼管基本排架尺寸、梁下木枋鋪放方向等，重視一“頂”一“底”的搭設(shè)質(zhì)量，如：頂部立桿上的水平桿步距適當(dāng)縮小、雙向水平桿均不能少等；底部立桿的掃地桿、立桿基礎(chǔ)牢靠、排水良好等；重視基本的抗側(cè)力、抗扭等剪刀撐的搭設(shè)。過(guò)程檢查內(nèi)容要求：基本架體尺寸、基本步高、雙向水平搭設(shè)是否完整、立桿接頭部位、豎向和水平剪刀撐搭設(shè)、大梁下的搭設(shè)細(xì)部等，重點(diǎn)抽查頂層雙向水平桿與立桿的扣件擰緊力矩?；炷潦┕ぶ幸螅簢?yán)禁水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件同時(shí)澆筑，混凝土澆筑方法、順序、速度應(yīng)符合施工方案要求，如梁板采取由中間向兩邊對(duì)稱(chēng)澆筑的施工方向等；嚴(yán)格控制施工中荷載的實(shí)施與混凝土的堆積高度：如模板上混凝土堆料厚度不超過(guò)200mm等。結(jié)束語(yǔ)：近年來(lái)，因模板支撐架坍塌造成多人死亡和重傷的事故屢見(jiàn)不鮮，慘痛的教訓(xùn)令人深思，血的代價(jià)不容我們重蹈覆轍！而