扣件式钢管脚手架在高支模、大跨度模板中的应用

1、扣件式钢管脚手架在高支模、大跨度模板支撑中的应用曹学礼（江苏江中集团苏州分公司）【摘要】：本文结合工程实例对扣件式钢管脚手架在高、重、大跨度梁板模板支撑系统中的整体稳定性、方案编制、基本内容、计算方法、并根据有关规范规定、现场实际情况及现有材料等，结合实践经验对其进行探讨和总结。【关键词】：高层 大跨 高支架近年来，因模板高支架坍塌而导致重大恶性事故多起，因此对此方面的安全工作引起施工现场人员的重视。根据建设工程安全生产管理条例和建设部建质2004213号文件危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法要求，模板工程施工前应当单独编制安全专项施工方案，对水平砼构件模板支撑系统高度超过8

2、m或跨度超过18m，施工总荷载大于10KN/m2或集中荷载大于15KN/m2的模板支撑系统必须由建筑施工企业组织不少于5人的专家组，对编制的专项施工方案进行论证审查。1.工程概况苏州新城花园酒店二期工程位于苏州高新区狮山大桥西逸，建筑面积47667，地下二层，地上27层。框架剪力墙结构。地下室一、二层层高5.45 m，一层层高4.8m,二层层高4.7m，三层层高4.85m ,技术层层高2.15m，标准层层高3.3m，最大高度111.6m。 上部结构标准层以上1-4F、5-8F、9-16F、17-21F、22-26F为共享空间，高度分别为13.2m、13.85m、16.5m、及16.9m,长宽均

3、为15.210.0m。本文针对共享空间梁断面尺寸7502000，高度16.9m的模板支撑系统进行设计计算。2.模板支撑搭设方案对于高支模大跨度混凝土结构施工来说，支撑是一关键。该工程使用钢管排架作为大跨结构的施工支撑。由于梁截面较大，支模高度较高，且混凝土浇筑采用泵送施工，考虑脉冲水平推力和输送混凝土速度快所引起过载及侧压力等原因，扣件式钢管脚手架则具有平面布置灵活、架设效率高、可形成纵横通道等特点，为了确保模板系统有足够强度、刚度和稳定性，模板支撑系统采用483.0扣件式钢管满堂脚手架，梁底（侧）模板采用18厚多层板，主、次龙骨均采用50100木方。钢管排架顶部采用钢管行栊，木枋搁栅，上铺胶

4、合板形成大梁底模；大梁侧模面板亦采用多层板，内楞（竖向）用50100木枋，外楞（水平向）用双48脚手钢管，对拉螺栓选用12Q235钢制作。设计时，根据底模胶合板、搁栅木方的承载力及刚度确定搁栅木方及行栊钢管的间距，而钢管行栊验算时，除考虑其抗弯、抗剪承载力外，应特别注意验算其下部节点扣件的抗滑承载力。经计算本工程需采用双横杆、双扣件来支撑钢管行栊。另外，由于梁最高达2.000m，梁侧模需根据浇筑混凝土的侧压力及振捣中产生的荷载验算侧模胶合板、内楞、外楞的承载力、刚度以及对拉螺栓的间距和规格，同时，按墙考虑在梁腰部设置间距以不大于1.5米的“八”字斜撑，另外，由于梁跨度较大，为防止砼浇筑过程中梁

5、在其腹板平面外失稳，我们还在各梁间的梁腹部设水平拉杆或对撑并在每层楼板面处与周围已浇混凝土楼面进行拉接。具体作法见图： 图1 梁模板支撑架立面简图 3.结构布置与计算高支撑架的计算参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）。支撑高度在4米以上的模板支架被称为扣件式钢管高支撑架，对于高支撑架的计算规范存在重要疏漏，使计算极容易出现不能完全确保安全的计算结果。本计算书还参照施工技术2002.3.扣件式钢管模板高支撑架设计和使 用安全，供脚手架设计人员参考 模板支架搭设高度为16.9米，基本尺寸为：梁截面 BD=750mm2000mm，梁支撑立杆的横距(跨度方向) l=0.4

6、0米，立杆的步距 h=1.50米， 梁底增加2道承重立杆。采用的钢管现场取样实量类型为483.0。3.1 模板面板计算面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照多跨连续梁计算。作用荷载包括梁与模板自重荷载，施工活荷载等。3.1.1荷载的计算(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m)：q1 = 25.0002.0000.150=7.500kN/m(2)模板的自重线荷载(kN/m)：q2 = 0.3500.150(22.000+0.750)/0.750=0.333kN/m(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：经计算得到，活荷载标准值 P1 = (1.000+2.000

7、)0.7500.150=0.338kN均布荷载 q = 1.27.500+1.20.333=9.399kN/m集中荷载 P = 1.40.338=0.473kN本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:W = 15.001.801.80/6 = 8.10cm3；I = 15.001.801.801.80/12 = 7.29cm4； 图2 计算简图 图3 弯矩图(kN.m) 图4 剪力图(kN) 图5 变形图(mm)经过计算得到从左到右各支座力分别为 N1=0.395kN N2=1.157kN N3=0.912kN N4=1.298kN N5=1.298kN N6=0.912kN N7=1.1

8、57kN N8=0.395kN 最大弯矩 M = 0.013kN.m 最大变形 V = 0.0mm(1)抗弯强度计算经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.01310001000/8100=1.605N/mm2 面板的抗弯强度设计值 f，取15.00N/mm2；面板的抗弯强度验算 f f,满足要求!(2)抗剪计算 可以不计算 截面抗剪强度计算值 T=3739.0/(2150.00018.000)=0.411N/mm2 截面抗剪强度设计值 T=1.40N/mm2 抗剪强度验算 T T，满足要求! (3)挠度计算 面板最大挠度计算值 v = 0.021mm 面板的最大挠度小于107.1/250,

9、满足要求!3.2 梁底支撑木方的计算3.2.1梁底木方计算 按照三跨连续梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下: 均布荷载 q = 1.298/0.150=8.652kN/m最大弯矩 M = 0.1ql2=0.18.650.150.15=0.019kN.m最大剪力 Q=0.60.1508.652=0.779kN最大支座力 N=1.10.1508.652=1.428kN木方的截面力学参数为本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:W = 5.0010.0010.00/6 = 83.33cm3；I = 5.0010.0010.0010.00/12 = 416

10、.67cm4；(1)木方抗弯强度计算抗弯计算强度 f=0.019106/83333.3=0.23N/mm2木方的抗弯计算强度小于13.0N/mm2,满足要求! (2)木方抗剪计算 可以不计算最大剪力的计算公式如下: Q = 0.6ql截面抗剪强度必须满足: T = 3Q/2bh T截面抗剪强度计算值 T=3779/(250100)=0.234N/mm2截面抗剪强度设计值 T=1.30N/mm2木方的抗剪强度计算满足要求! (3)木方挠度计算最大变形 v =0.6777.210150.04/(1009500.004166666.8)=0.001mm木方的最大挠度小于150.0/250,满足要求!

11、 3.3 梁底支撑钢管计算 3.3.1 梁底支撑横向钢管计算 横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取木方支撑传递力。 图6 支撑钢管计算简图 图7 支撑钢管弯矩图(kN.m) 图8 支撑钢管变形图(mm) 图9 支撑钢管剪力图(kN) 经过连续梁的计算得到 最大弯矩 Mmax=0.120kN.m 最大变形 vmax=0.076mm 最大支座力 Qmax=3.388kN 抗弯计算强度 f=0.120106/4491.0=26.61N/mm2 支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求! 支撑钢管的最大挠度小于475.0/150与10mm,满足要求!3.3.2 梁

12、底支撑纵向钢管计算纵向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。集中荷载P取横向支撑钢管传递力。 图10 支撑钢管计算简图 图11 支撑钢管弯矩图(kN.m) 图12 支撑钢管变形图(mm) 图13 支撑钢管剪力图(kN) 经过连续梁的计算得到 最大弯矩 Mmax=0.367kN.m 最大变形 vmax=0.164mm 最大支座力 Qmax=9.812kN 抗弯计算强度 f=0.367106/4491.0=81.70N/mm2 支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求! 支撑钢管的最大挠度小于400.0/150与10mm,满足要求!3.4 扣件抗滑移的计算 纵向或横向水平杆与立杆

13、连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算 (规范5.2.5): R Rc其中 Rc 扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN； R 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；计算中R取最大支座反力，R=9.81kN单扣件抗滑承载力的设计计算不满足要求,可以考虑采用双扣件!当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时,试验表明:单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN。3.5 立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式 其中 N 立杆的轴心压力设计值，它包括：横杆的最大支座反力 N1=9.81kN (已经包括组合系数1.4)脚手架钢管

14、的自重 N2 = 1.20.12916.900=2.618kN N = 9.812+2.618=12.430kN 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 查表得到； i 计算立杆的截面回转半径 (cm)；i = 1.60 A 立杆净截面面积 (cm2)； A = 4.24 W 立杆净截面抵抗矩(cm3)；W = 4.49 钢管立杆抗压强度计算值 (N/mm2)； f 钢管立杆抗压强度设计值，f = 205.00N/mm2； l0 计算长度 (m)； 如果完全参照扣件式规范不考虑高支撑架，由公式(1)或(2)计算 l0 = k1uh (1) l0 = (h+2a) (2) k1 计算长度附加

15、系数，按照表1取值为1.185；u 计算长度系数，参照扣件式规范表5.3.3；u = 1.70a 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.20m；公式(1)的计算结果： = 145.88N/mm2，立杆的稳定性计算 f,满足要求!公式(2)的计算结果： = 64.02N/mm2，立杆的稳定性计算 f,满足要求!如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算 l0 = k1k2(h+2a) (3) k2 计算长度附加系数，按照表2取值为1.042；公式(3)的计算结果： = 91.57N/mm2，立杆的稳定性计算 f,满足要求!模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，

16、否则存在安全隐患。 模板支架计算长度附加系数 k1 表1 步距 h(m) h0.9 0.9h1.2 1.2h1.5 1.5h2.1 k1 1.163 1.167 1.185 1.243 模板支架计算长度附加系数 k2 表2 H(m) 4 6 8 10 12 14 16 18 20 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 1.0

17、72 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 1.0

18、24 1.030 1.035 1.042 1.048 1.062 1.076 1.090 1.104 2.04 1.0 1.007 1.012 1.018 1.022 1.029 1.035 1.039 1.044 1.060 1.073 1.087 1.101 2.25 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.057 1.070 1.081 1.094 2.70 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.053 1.066 1.078 1.091 以上表参照

19、杜荣军：扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全4.构造要求4.1 模板支架立杆的构造应符合下列要求： (1) 每根立杆底部应设置底座，并必须按有关规定设置纵、横扫地杆。 (2) 高支模立杆步距不得大于1.5m,并应设置纵横水平拉杆。 （3） 立杆接长必须按有关规定采用对接扣件连接。 （4）支架立杆应竖直设置，2m高度的垂直允许偏差为15mm。4.2 满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定： （1） 剪刀撑应纵横设置，且不少于两道，其间距不得超过6.5m；支撑主梁的立杆必须设置 剪刀撑。 （2） 满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设 置。 (3) 高于4m的模板

20、支架，其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平 剪刀撑。剪刀撑的构造应符合有关规定。5.模板支架施工5.1 施工准备进行技术交底；对构配件进行验收；清除搭设场地杂物，平整搭设场地， 并使排水畅通。5.2 支架基础必须满足支模施工和计算要求，验收合格后按施工方案的要求放线定位。由于支撑搭设在斜道上，坡度为14.6，因此，搭设立杆前，要先根据支模平面图放出每根立杆的位置，然后在斜道上凿平不小于150150平面，以确保放置底座面水平，保证立杆垂直 。5.3 按施工方案和上述构造要求搭设模板支架，并应满足混凝土结构工程施工质量验收 规范（GB502042002）的有关规定。5.4 支

21、架的拆除（1）支模的拆除必须经验算复核并符合混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502 042002）及其它有关规定，严格控制拆模时间，拆模前必须有拆模申请及经审批。（2）拆除时应遵循先上后下，先搭后拆，后搭先拆，一步一清的原则，部件拆除的顺 序与安装顺序相反，严禁上下同时作业，拆除时应采用可靠的安全措施。（3）卸料时应由作业人员将各配件逐次传递到地面，严禁抛掷。（4）运至地面的构配件应及时检查、整修与保养，清除杆件及螺纹上的沾污物，变形 严重的，送回仓库修整。配件经检查、修整后，按品种、规格分类存放，妥善保管。6.安全管理由于工程结构施工难度较大，施工中专人负责检查监督，确保高支脚手架搭设合理、规范、安全。（1）明确支摸施工现场安全责任人，负责施工全过程的安全管理工作。在支摸搭设、拆除 和混凝土浇筑前向作业人员进行安全技术交底。（2）支模施工应按经审批的施工方案进行，方案未经原审批部门同意，任何人不得修改变 更。（3）支模分段或整体搭设安装完毕，经技术和安全负责人验收合格后方能进行钢筋安装。（4）支摸施工现场应搭设工作梯，作业人员不得从支撑系统爬上爬下。（5）支摸搭设、拆除和混凝土浇筑期间，无关人员不得进入支摸底