碗扣式鋼管模板支撐架的設計方法研究

王國洪

[摘 要]近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，各項建設工程在規(guī)模和施工速度方面都超過以前，特別是高層、超高層等建筑，因此，要求建筑外腳手架的使用要安全。較高的工程事故發(fā)生率主要是由架設設備構造技術和使用安全管理工作的不足引起的。在我國建筑施工系統(tǒng)中，每年發(fā)生的傷亡事故或多或少都與架設設備的使用有關。因此，必須重視腳手架的施工設計。

[關鍵詞]碗扣式；模板構造；模板支撐架；結構計算

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.45.066

由于腳手架模板支撐架具有縮短工期、適應性強、施工便捷和施工安全等特點，越來越廣泛地應用于工業(yè)與民用建筑、城市高架道路、城市立交橋和其他土木工程中。隨著城市的迅速發(fā)展和多樣化，在施工工序中腳手架結構已經(jīng)變得不可或缺。但在施工過程中腳手架結構是事故頻發(fā)部位，引起的經(jīng)濟損失和人員傷亡越來越多，需要高度重視。

1 腳手架結構模板的類別

通過使用腳手架材料可搭設箱基模、梁板模、梁模和板模等模板支撐架，其中梁板模板是人們最經(jīng)常使用的。在板模支架中，有“高支撐架”和“早拆模板體系支撐架”。構造模板支撐架方式有碗扣式、門式和扣件式，模板支撐架的分類可按其構造類型、桿系結構體系、水平構架情況和支柱體系進行。除此之外，單雙排支撐架還分設斜撐與不設斜撐，在不設斜撐時其高度不應超過4m。

支撐架的設置應確保變形、絕對避免出現(xiàn)垮架和坍塌、滿足沉降和位移等要求，除此之外，以下幾點還應該注意：

（1）支架的承力點盡量位于立柱附近處，防止其他部位承受較大的彎矩。

（2）考慮施工中的最不利荷載，確保其安全系數(shù)不小于2。

（3）確保支柱的基底有足夠的強度，防止較嚴重沉降變形。

2 碗扣式腳手架構造模板支撐架的構造要求

碗扣式支撐架在道橋工程施工中使用較為廣泛，由于其立桿可承受軸心壓力，并且桿件的步距、間距固定，穩(wěn)定性好能提高承載力，還適合于超重、超高的梁板模板支撐架。用碗扣式腳手架材料可以組裝的支撐架類型很多（例如圖1）。根據(jù)不同長度的水平桿可以組成不同的支撐架。如果立桿間距不符合現(xiàn)有的橫桿長度時，可以使用兩個或者多個組架的橫桿，即采用交叉布置（見圖2）。

通常情況下，不需要使用整體模板支架時，可以把支架分成幾個獨立部分安裝，高度應小于寬度的3倍，但至少有兩跨組裝成一個整體。例如梁、板結構承受較小荷載且支撐范圍較大的模板支架。當支撐架的搭設高度大于10米或者支架承受較大荷載時，應使用整體支架，并且適當增設附加的連墻件、橫托撐以及 擴大底部架（見圖3）以增加整體穩(wěn)定性。

如果采用可調(diào)橫托撐（見圖4）作為側(cè)向支撐時，架設時應與橫桿相對并且兩側(cè)對稱設置。在采用格構式支柱組成的支撐架（見圖5）或支墩（見圖6）時，便可保證在施工期間交通正常，不受施工的影響。

3 腳手架模板支架的設計計算

3.1 腳手架結構工藝特點

在搭設樓板模板、梁板模板或梁模板支撐架時，如果采用腳手架結構，其結構應該具有以下特點：

（1）在構造的模板支架中，模板支架主要承受豎向荷載的作用，支架的整體穩(wěn)定性和承載能力由桿件的柔度和整體結構的約束情況決定。

（2）在各種模板支架中，其承載能力都取決于桿件的長細比λ和結構的約束條件，影響壓桿柔度λ的因素包括桿件之間的約束、扣件的擰緊程度、構件的截面尺寸、彈性模量和構件的長度。

（3）壓桿的柔度λ與立桿步距h、高寬比H/B、支架的高度H及立桿頂端的自由長度h1成正比，約束條件則介于一端固定、一端自由（μ=2.0）與兩端鉸支（μ=1.0）之間，壓桿的柔度λ受桿件線桿件連接的緊固程度、剛度以及構架尺寸等因素的影響。

（4）若忽略腳手架各立桿之間橫向作用，當下部使用兩根立桿的支架時，主立桿荷載向下傳7個步距后才能達到平均受力，當支架立桿的間距為0.6～1.5m的時候，雖然會有減少的趨勢，但難以得出準確數(shù)據(jù)，因此不予考慮。通常采用的解決辦法是改變桿距或適當?shù)恼{(diào)整模板荷載傳力點。

3.2 碗扣式鋼管模板支撐架承載能力的試驗值

在研制和使用碗扣式鋼管腳手架的過程中，通過試驗，在架體頂部施加荷載，模擬支撐架的工作情況，從表1的試驗結果中，仍可初步得出：

2.架設在桿件碗扣節(jié)點上的斜桿為“節(jié)點”斜桿；架設在其他桿件碗扣上的斜桿為“非節(jié)點”斜桿。

（1）隨著桿件步距的減小，極限荷載增大。

（2）設連墻撐的作用明顯。

（3）隨著設置斜桿的量的增加，極限荷載有所提高。

（4）對于設置非節(jié)點斜桿，其作用并不明顯。

通過比較試驗值與計算值可以看出，支架排數(shù)大于3時可按兩步三跨連墻計算，并可根據(jù)支架高度適當調(diào)整μ1w的取值。

3.3 設計承載驗算步驟

（1）算出模板底梁以上荷載的標準值。

（2）確定是變間距還是等間距布置支架立桿，一般依據(jù)模板結構形式和荷載分布情況來初步確定。

（3）計算出立桿軸力的設計值N，依據(jù)公式：

如果按以上設計步驟，在第3步的時候發(fā)現(xiàn)N′值偏大，對桿距要做出適當?shù)恼{(diào)整。按以上方法計算一般均可達到合格要求。

在各類模板支撐架構造中，與其他鋼管腳手架相比，碗扣式鋼管模板支撐架使用較多。碗扣式各個桿件之間都是軸心相交，因此桿件的剛度和整體性較好，適合構造各類重荷載的模板支撐架。

4 結 論

本文主要從腳手架模板的設計方面提出更經(jīng)濟、更安全的構造。解決承載不足、支撐腳穩(wěn)定性較差等原因引起的腳手架事故。然而針對當前腳手架事故的頻繁發(fā)生，我們應該從過去的事故中吸取教訓，通過學習理論知識、試驗分析以及實際應用來提高模板腳手架的安全性。本文對腳手架結構設計做了一些淺談，希望對以后的工程有一點幫助。

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