模數化扣件式鋼管腳手架在模板體系中的應用

朱永春

長期以來在現澆混凝土模板支架時,大部分施工企業都是采取普通扣件式鋼管腳手架搭設,由于建筑層高的變化,普通扣件式鋼管腳手架在搭設時,立桿均采用扣件搭接,在《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》中6.3.5條和6.8.1.1條規定模板支架立桿必須采用對接連接,為滿足規范要求,利用現有普通扣件式鋼管腳手架立桿按建筑模數制作成不同長度,相互組合并輔以可調支撐頭,可滿足不同建筑層高的要求和規范要求。

1 模板腳手架立桿尺寸的確定

為滿足不同層高使用,并考慮鋼管本身的長度,以大量的中、小施工企業施工的住宅樓層高2.8 m為基準層高,再減去現澆板厚(120 mm)、主龍骨(100 mm ×100 mm)、次龍骨(50 mm×80 mm)、底部墊板(30 mm厚)和可調節支撐(100 mm～300 mm)的高度,將立桿基本尺寸定為2 250 mm,當層高有變化加高時再計入對接承插件(50 mm),并輔以按建筑模數制作成600 mm,900 mm,1 200 mm,1 500 mm,1 800 mm,2 100 mm的鋼管,立桿采用承插件對接,鋼管頂部采用承插U形托可調節螺桿支撐頭,以保證模板承載體系的立桿軸心受壓。

2 立桿對接承插件的連接和型式試驗

2.1 立桿對接承插件的連接

鋼管腳手架立桿的對接承插件參照《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規范》中連接上、下榀門架立桿鋼管所使用連接棒的原理,采用力學性能不低于Q235-A級的無縫鋼管,直徑38 mm,壁厚不小于3mm,長350mm,利用長50mm的φ 48鋼管焊接在其中部(此鋼管起傳力和固定鋼管連接棒的作用)制作而成,見圖1。普通鋼管立桿內徑約41 mm,對接承插件與立桿內壁的縫隙約1 mm～2 mm,符合規范中對連接棒的有關要求。模板腳手架按普通扣件式腳手架進行搭設,立桿模數化接長見圖1。

2.2 對接承插件力學分析和型式試驗

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》中對“對接扣件”的技術要求主要是材料應采用力學性能不低于KTH330-08牌號(抗拉強度為 330 N/mm2,延伸率為 8%)的可鍛鑄鐵或ZG230-450鑄鋼(屈服強度為230 N/mm2,抗拉強度為450 N/mm2);對接接頭具有一定的抗拉能力(拉力P=4 kN時,位移 Δ≤2mm)。對鋼管腳手架的豎向對接承插件進行型式試驗只測試對接承插件的抗壓強度,經過多組試驗,φ 38鋼管出現彎曲變形的平均極限值為126 kN,大于國家標準的要求50 kN,型式試驗滿足要求。

3 模數化鋼管模板腳手架計算和優化

3.1 模數化鋼管模板腳手架的計算和比較

根據一般工程設計現澆板為C25混凝土,厚度為 120 mm,樓板自重1.5 kN/m2,層高為3.6 m;現澆板模板面板采用12 mm厚的竹膠合板,主龍骨采用100 mm×100 mm的木龍骨,長度為2 500 mm,間距為1 300 mm,次龍骨采用50 mm×80 mm的木龍骨,間距為350 mm;支撐立桿間距為 1 300 mm,在梁下設立桿間距為1 300 mm;縱、橫向水平橫桿在架體底部和頂部200 mm設置,中間間距為1 500 mm,對整個模架進行計算如表1所示。當主龍骨的接長根據工程具體需要進行調整時,應使木方接頭位置設置在U形可調節支撐處(見圖2)。

1)通過表1數值對12 mm厚木膠合板計算(膠合板抗彎強度為15 N/mm2,彈性模量為5×103M Pa,凈寬度為 350-60=290 mm),強度=0.83 N/mm2＜15 N/mm2,滿足要求;撓度值 ω=0.13 mm≤[w]=0.725 mm,滿足要求。

表1 12 mm厚木膠合板計算參數

2)次龍骨計算(抗彎設計強度 fm=15 N/mm2,彈性模量 E=1×104N/m2,木龍骨跨度為水平鋼管間距,即1 300 mm),強度值δ=0.094 N/mm2＜fm=15 N/mm2,滿足要求;撓度值 ω=1.7 mm≤[ω]=3.25 mm,滿足要求。

3)方木主龍骨計算(抗彎設計強度 fm=15 N/mm2,彈性模量E=1×104N/m2,木龍骨跨度為立桿鋼管間距,即1 300 mm),強度值 δ=10.9 N/mm2＜15 N/mm2,滿足要求。撓度值 ω=2 mm≥[ ω]=L/1 000=1.3 mm,滿足要求 。

4)對φ 48×3鋼管立桿計算,荷載值(每根立柱承受1.3 m×1.3 m范圍的荷載,傾倒混凝土產生的荷載為2 kN/m2)N=15.75 kN;穩定性值 L=1 600 mm,查表得允許荷載為:N=27.2 kN＞15.75 kN,滿足要求。

5)模數化鋼管模板腳手架與普通鋼管模板腳手架自重的比較。a.普通鋼管模板腳手架自重。當現澆梁、板施工鋼管立桿采用扣件相互搭接的方式,或鋼管立桿采用靠扣件通過水平鋼管向下傳力,以搭接的方式調整支設高度時,普通立桿的支設間距通常為900 mm,且平均每根立桿搭接按500 mm計算,每個節點均有縱橫向水平桿拉結,立桿為 68.75 m,264 kg,水平桿為 114 m,437.76kg,共用扣件150個,202.5kg,模架自重為904.26kg,約547.02 N/m2。b.模數化鋼管模板腳手架自重。模數化鋼管模板腳手架立桿的支設間距為1 300 mm,立桿無搭接,每個節點均有縱橫向水平桿拉結,立桿為27 m,93.96 kg,水平桿為70.5 m,245.34 kg,共用扣件72個,96.48 kg,模架自重為435.78 kg,約263.62 N/m2。通過上述數值比較模數化鋼管模板腳手架自重比普通鋼管模板腳手架自重減少283.4 N/m2,約減少1/2的自重,從而更有利于現澆板的質量。

3.2 模板的優化

模板在優化時,根據現場不同情況設計要求,可將上部主龍骨根據房間開間尺寸按照模數化配置,再與此支撐體系相結合組成模數化工具式模架體系,便于施工組裝和重復使用。另外,在使用中由于承載力提高了,相應的增大了立桿的可調間距,在模板優化時使模架在平面內布置更加靈活,并可與模板可拆縫的設計相結合,組成更加合理方便的早拆體系,提高模板的使用效率。

4 實例

石河子某學校教學樓工程為5層框架結構,建筑面積34 020m2,地下一層(車庫)層高為3.6 m,地上一層～四層(教室)層高為3.9 m,五層(多功能廳)層高為 4.2 m。每一層面積為 5 670 m2。根據本工程建筑物結構層高為3.6 m,3.9 m,4.2 m的特點,結合結構構件截面尺寸以及模板面板、主次龍骨的尺寸綜合考慮選用模數化扣件式鋼管系列組合,主立桿定尺鋼管為2 250 mm等尺寸,根據層高等工程具體情況進行組配,地下一層采用的為2 250 mm+900 mm,二層～四層采用的為2 250 mm+1 200 mm,五層采用的為2 250 mm+1 500 mm等組合進行施工。根據該工程的具體施工情況,每層平均5 670 m2劃分四段流水施工,每段約1 500 m2,共配置兩段模板,通過計算支撐鋼管由常規的間距900 mm改為現在的1 300 mm,可節約鋼管約為 6 708 m,節約扣件數約為5 520個,由于立桿數量減少了6 708 m,扣件數減少了5 340個,減少了工人上扣件和立鋼管的時間,同比人工功效提高20%左右,基礎及主體施工時縮短工期7 d。

5 應用效果和優點

1)充分合理的利用現有普通扣件式鋼管支撐材料,避免了材料的浪費。2)符合了《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》中僅適用于軸心受壓傳力方式的要求,滿足了施工質量要求,保證了模架的穩定性、安全性。3)采用符合建筑層高模數的系列定尺鋼管后,既滿足了在建筑層高內的高度調整,又滿足了在層高變換情況下的高度調整。4)通過該體系的運用,減少了鋼管、扣件的使用數量,提高了工效,降低了施工成本,縮短了工期。

[1] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范(2002修訂版)[S].

[2] GB 15831-2006,鋼管腳手架扣件[S].

[3] JGJ 128-2000,建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規范[S].

[4] JG 13-1999,門式鋼管腳手架[S].

[5] 林婉華.建筑施工手冊[M].第3版.北京:中國建筑工業出版社,2003.