扣件式鋼管模板高支撐架的設(shè)計(jì)和使用安全

蔡從東

（永泰縣建筑文明安全監(jiān)察站）

扣件式鋼管模板高支撐架的設(shè)計(jì)和使用安全

蔡從東

（永泰縣建筑文明安全監(jiān)察站）

扣件式鋼管腳手架廣泛應(yīng)用于高支撐模板，而在施工中發(fā)生安全事故頻率較高的問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)例提出了高支撐模板體系的搭設(shè)施工方案、設(shè)計(jì)穩(wěn)定性驗(yàn)算的方法及安全施工管理的技術(shù)措施，將支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際有效結(jié)合，具有一定的參考價(jià)值。

模板支撐；設(shè)計(jì)；安全施工

1　工程概況

恒熙·領(lǐng)江郡小區(qū)入口屋面板寬度10.679m，進(jìn)深25.6m，橫向主梁斷面350×1200，縱向次梁斷面250×700，板厚150mm。

2　搭設(shè)施工方案

本工程模板高支撐滿堂架采用φ48×3.5鋼管，可鍛造鑄鐵扣件搭設(shè)，屋面板模板滿堂支撐架立柱縱橫向間距為1200mm，板支撐架立柱離梁側(cè)500mm，梁底設(shè)三根支撐鋼管立柱間距275mm。立桿步距，掃地桿距地面0.2m，第1～10步1.5m，第11步0.9m，第12步1.1m，立桿伸出頂層水平桿0.208m；離地面0.2m處設(shè)縱橫向掃地桿，水平剪刀撐上中下設(shè)三道，第一道設(shè)在掃在桿處，第二道設(shè)在第5步，第三道設(shè)在第11步（梁底處）。滿堂支撐架四周、通道中間兩根次梁外側(cè)邊、1-2-3-5軸兩軸中間沿豎向設(shè)置連續(xù)式剪刀撐，剪刀撐桿件的底端應(yīng)與地面頂緊；水平拉桿端部與2#4#已施工的建筑物柱梁頂緊；立桿支撐在一層地面上，鋼管立柱基礎(chǔ)回填土分層夯實(shí)，面層澆筑100厚C15混凝土整澆層。立桿底部設(shè)置不少于2跨，寬度不小于150mm，厚度不小于50mm的木墊板或12～16號(hào)槽鋼；為防雨水浸泡地基，在通道前后兩頭支撐體系最外側(cè)立桿外1m處設(shè)置淺水溝。

3　樓板模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

計(jì)算依據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162-2008）和《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2011），本計(jì)算書(shū)由恒智天成安全計(jì)算軟件生成。

驗(yàn)算小區(qū)入口通道屋面板：板厚150mm，板下支撐立桿縱橫向間距為1200mm，立桿步距，掃地桿距地面0.2m，第1～10步1.5m，第11步0.9m，第12步1.1m，立桿伸出頂層水平桿0.208m；由于市場(chǎng)各種原因鋼管按φ48×3.0計(jì)算。

3.1立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N

（1）上部結(jié)構(gòu)傳遞到立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N1

模板支架自重標(biāo)準(zhǔn)值0.3×1.2×1.2=0.432kN；新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值G2k=24×1.2×1.2×0.15=5.184kN，鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值G3k=1.1× 1.2×1.2×0.15=0.2178kN，施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q1k=1×1.2×1.2= 1.44kN，永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk=0.432+5.184+0.2178=5.8338kN；施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q1k=1×1.2×1.2=1.440kN/m；上部結(jié)構(gòu)傳遞到立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N1=max（Na，Nb）=8.528kN；由可變荷載效應(yīng)控制的組合：Na=0.9×（1.2×5.8338+1.4×1.440）=8.266kN；由永久荷載效應(yīng)控制的組合：Nb=0.9×（1.35×5.8338+1.4×0.7×1.440）= 8.528kN；

（2）腳手架鋼管的自重：N2=1.2×0.181×（16.7-0.15）=3.603kN；

（3）立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N：計(jì)算頂部立桿時(shí)：N=N1=8.528kN；計(jì)算底部立桿時(shí)：N=N1+N2=8.528+3.603=12.131kN。

3.2驗(yàn)算立桿長(zhǎng)細(xì)比λ，確定穩(wěn)定系數(shù)φ

依據(jù)JGJ130-2011規(guī)范第5.4.6條：頂部立桿段：λ=kμ1（h+ 2a）/i，非頂部立桿段：λ=kμ2h/i，其中：λ-立桿長(zhǎng)細(xì)比；k-立桿計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)，驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，取k=1；i-立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑，i= 1.590×10-2m。

（1）頂部立桿段計(jì)算λ驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)取k=1計(jì)算λ：λ=1×1.758× （1.1+2×208×10-3）/（1.590×10-2）=167.618；計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)φ時(shí)，查《JGJ130-2011規(guī)范》表5.4.6，k=1.217，λ=1.217×167.618=203.991，查《JGJ130-2011規(guī)范》A.0.6表得到φ=0.174；

（2）底部立桿段計(jì)算λ驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)取k=1計(jì)算λ：λ=1×1.893×1.5/（1.590×10-2）=178.585；計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)φ時(shí)，查《JGJ130-2011規(guī)范》表5.4.6，k=1.217，λ=1.217×178.585=217.338，查《JGJ130-2011規(guī)范》A.0.6表得到φ=0.154；

（3）驗(yàn)算立桿長(zhǎng)細(xì)比鋼管立桿長(zhǎng)細(xì)比λ=178.585小于鋼管立桿允許長(zhǎng)細(xì)比210.000，滿足要求。

3.3風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的立桿段彎矩Mw

（1）計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk=μz·μs·ω0其中μz-風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，按照荷載規(guī)范的規(guī)定采用：腳手架頂部μz=0.674，腳手架底部μz=0.650；μs-風(fēng)荷載體型系數(shù)：μs=1.3φ=1.3×0.105=0.137；φ為擋風(fēng)系數(shù)。ω0-基本風(fēng)壓（kN/m2），按照荷載規(guī)范規(guī)定采用：ω0= 0.7kN/m2；經(jīng)計(jì)算得到，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：腳手架頂部Wk=0.674× 0.137×0.7=0.064kN/m2；腳手架底部Wk=0.650×0.137×0.7= 0.062kN/m2。

（2）計(jì)算立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩：Mw=0.9×1.4WkLh2/ 10，腳手架頂部Mw=0.9×1.4×0.064×1.2×1.52/10=0.022kN·m；腳手架底部Mw=0.9×1.4×0.062×1.2×1.52/10=0.021kN·m。

3.4立桿的穩(wěn)定性計(jì)算

立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式：σ=N/（φA）+Mw/W≤[f]，其中：σ-鋼管立桿應(yīng)力計(jì)算值（N/mm2）；A-立桿凈截面面積：A=4.24× 102mm2；Mw-風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩；W-立桿截面模量：W= 4.49×103mm3；[f]-鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：[f]=205N/mm2；頂部立桿應(yīng)力計(jì)算值：σ1=8.528×103/（0.174×4.24×102）+0.022×106/ （4.49×103）=120.472N/mm2；底部立桿應(yīng)力計(jì)算值：σ=12.131×103/ （0.154×4.24×102）+0.021×106/（4.49×103）=190.902N/mm2；鋼管立桿穩(wěn)定性計(jì)算σ=190.902N/mm2小于鋼管立桿抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值[f]=205N/mm2，滿足要求。

4　梁模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

選取350×1200進(jìn)行驗(yàn)算，樓層高度17.6m，板支撐架立柱離梁側(cè)500mm，梁底設(shè)三根支撐鋼管立柱間距275mm。立桿步距，掃地桿距地面0.2m，第1～10步1.5m，第11步0.9m，立桿伸出頂層水平桿0.208m；

梁底模板面板計(jì)算：

4.1梁底模板面板荷載計(jì)算及組合

模板自重標(biāo)準(zhǔn)值G1k=0.25×1=0.250kN/m；新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值G2k=24×1×1.2=28.800kN/m；鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值G3k=1.5×1× 1.2=1.800kN/m；永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk=G1k+G2k+G3k=30.850kN/m；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q2k=2×1=2.000kN/m。

（1）計(jì)算彎矩采用基本組合：q=max（q1，q2）=39.247kN/m；由可變荷載效應(yīng)控制的組合：q1=0.9×（1.2×30.850+1.4×2.000）= 35.838kN/m；由永久荷載效應(yīng)控制的組合：q2=0.9×（1.35×30.850+ 1.4×0.7×2.000）=39.247kN/m。

（2）基本組合荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算

圖1　彎矩和剪力計(jì)算簡(jiǎn)圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到從左到右各支座力分別為：N1=2.576kN，N2= 8.585kN，N3=2.576kN。

4.2梁底支撐梁的計(jì)算

（1）第一層支撐梁的計(jì)算

支撐梁直接承受模板傳遞的荷載，按照均布荷載作用下的三跨連續(xù)梁計(jì)算。

支撐梁均布荷載計(jì)算：計(jì)算彎矩和剪力采用（考慮支撐梁自重）：q=8.585+0.081=8.666kN/m，最大支座力N=1.1ql=1.1×8.666× 1.2=11.439kN。

（2）第二層支撐梁的計(jì)算

①荷載計(jì)算及組合：第二層支撐梁承受第一層支撐梁傳遞的集中力按照第一層支撐梁的計(jì)算方法計(jì)算。計(jì)算彎矩和剪力時(shí)從左至右各集中力依次為：N1=3.507kN，N2=11.439kN，N3=3.507kN；

②梁側(cè)模板傳遞的自重荷載：計(jì)算彎矩和剪力時(shí)N=1.35×0.5× 1.05×1.2=0.851kN；

③第二層支撐梁自重均布荷載：計(jì)算彎矩和剪力時(shí)取0.081kN/m；

④考慮梁側(cè)部分樓板混凝土荷載以集中力方式向下傳遞：永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gkb=（25×0.15+0.3）×1.2×0.5/2=1.215kN；活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qkb=1.0×1.2×0.5/2=0.300kN；計(jì)算彎矩和剪力時(shí)取F=max （F1，F(xiàn)2）=1.741kN；由可變荷載效應(yīng)控制F1=0.9×（1.2×1.215+1.4× 0.300）=1.690kN；由永久荷載效應(yīng)控制F2=0.9×（1.35×1.215+1.4× 0.7×0.300）=1.741kN。

4.3第二層支撐梁受圖（如圖2）

圖2　彎矩和剪力計(jì)算簡(jiǎn)圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到從左到右各支座力分別為：N1=3.834kN，N2= 16.011kN，N3=3.834kN，最大支座反力：F=16.011kN。

5　穩(wěn)定性計(jì)算

5.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算

（1）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk=μz·μs·ω0其中ω0-基本風(fēng)壓（kN/m2），按照荷載規(guī)范規(guī)定采用：ω0=0.7kN/m2；μs-風(fēng)荷載體型系數(shù)：μs=0.137；μz-風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，按照荷載規(guī)范的規(guī)定采用：μz=0.650；經(jīng)計(jì)算得到，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：Wk=0.650× 0.137×0.7=0.062kN/m2。

（2）驗(yàn)算立桿長(zhǎng)細(xì)比λ，確定穩(wěn)定系數(shù)φ。立桿計(jì)算長(zhǎng)度按下式計(jì)算：l0=βHβaμh式中：μ-立桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，查表取值，得μ= 1.534，βa-掃地桿高度與懸臂長(zhǎng)度修正系數(shù)，查表取值，得βa= 1.032；βH-高度修正系數(shù)，查表取值，得βH=1.144；h-立桿步距（mm）。帶入數(shù)值得，l0=1.144×1.032×1.534×1.5=2.715m，立桿長(zhǎng)細(xì)比：λ=l0/i=2.715/1.59×10-2=170.78，λ=170.78，查穩(wěn)定系數(shù)表得，φ= 0.243，梁底立桿步距進(jìn)行加密，得加密區(qū)立桿的穩(wěn)定系數(shù)：φ′= 1.2φ=1.2×0.243=0.292；立桿長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：實(shí)際長(zhǎng)細(xì)比λ=170.78小于立桿允許長(zhǎng)細(xì)比180，滿足要求。

（3）計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值。立桿的彎矩設(shè)計(jì)值M，M=γQMLK=1.4× 0.062×1.2×1.52/10=0.024kN·m。

5.2立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N

腳手架鋼管的自重：N1=1.2×0.142×15.282=2.602kN；縱向鋼管的最大支座反力：N2=16.011kN；不組合風(fēng)荷載時(shí)，立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N=N1+N2=2.602+16.011=18.613kN；組合風(fēng)荷載時(shí)，立桿的軸向力設(shè)計(jì)值N=N1+N2=2.602+16.011=18.613kN。

5.3單元框架穩(wěn)定性驗(yàn)算

不組合風(fēng)荷載時(shí)：σ=N/（φA）=18.613×103/（0.243×4.24×102）= 180.33N/mm2；不組合風(fēng)荷載時(shí)，鋼管立桿穩(wěn)定性計(jì)算σ=180.33N/mm2小于鋼管立桿抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值[f]=205N/mm2，滿足要求。

5.4立桿局部穩(wěn)定性計(jì)算

組合風(fēng)荷載時(shí)：NE′=3.142×2.06×105×4.24×102/170.782/1000= 29.526kN，σ=N/（φA）+M/W（1-1.1φN/N′E）=18.613×103/（0.243×4.24× 102）+0.024×106/4.49×103×（1-1.1×0.243×18.613/29.526）=186.63N/mm2；組合風(fēng)荷載時(shí)，鋼管立桿穩(wěn)定性計(jì)算σ=186.63N/mm2小于鋼管立桿抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值[f]=205N/mm2，滿足要求。

6　支撐架抗傾覆驗(yàn)算

式中：gk-支撐結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值與受風(fēng)面積的比值（kN/m2），gk=G2K/LH；G2K-支撐結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；L-支撐結(jié)構(gòu)縱向長(zhǎng)度（m）；B-支撐結(jié)構(gòu)橫向長(zhǎng)度（m）；H-支撐結(jié)構(gòu)高度（m）；ωk-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）。帶入數(shù)值得H/B=16.7/4=4.175，0.54gk/ωk= 0.54×0.142×4×6×16.7/（7×16.7×0.062）=4.224，經(jīng)比較，H/B≤0.54gk/ωk，支撐架抗傾覆驗(yàn)算滿足要求。

7　立桿的地基承載力計(jì)算

立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力應(yīng)滿足下式的要求p≤fg，地基承載力設(shè)計(jì)值：fg=fgk×kc=85.000kPa；其中，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：fgk= 85kPa；模板支架地基承載力調(diào)整系數(shù)：kc=1；立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力：p=N/A=74.451kPa；立桿的軸向力設(shè)計(jì)值：N=18.613kN；基礎(chǔ)底面面積：A=0.25m2。p=74.451kPa＜fg=85.000kPa。地基承載力滿足要求。

8　模板支撐系統(tǒng)安全施工管理措施

①梁板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可拆模。②參加支體系搭設(shè)的作業(yè)人員必須持省級(jí)建設(shè)行政主管部門(mén)頒發(fā)的證上崗，作業(yè)時(shí)戴安全帽、系好安全帶、穿防滑鞋。對(duì)施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、作業(yè)安全交底，施工中及時(shí)檢查，對(duì)未按施工方案施工之處及時(shí)整改，搭設(shè)完畢由建設(shè)單位組織項(xiàng)目部項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、安全員、監(jiān)理單位總監(jiān)、專監(jiān)驗(yàn)收，確保萬(wàn)無(wú)一失。③剪刀撐、斜撐要隨立桿、水平桿同步搭設(shè)，底層斜桿下端必須支撐在墊板上。施工中要經(jīng)常校驗(yàn)立桿垂直度，全高垂直度偏差不得大于1/400，且不大于100mm。④加強(qiáng)對(duì)構(gòu)配件的質(zhì)量檢查，不合格者不予使用。⑤扣制扣件螺栓扭力矩，采用扭力扳手，將扣件節(jié)點(diǎn)扭力矩控制在（40～65）N·m。⑥鋼管支撐體系的縱橫向水平桿、水平剪刀撐端部與已澆筑的柱梁頂緊，連成整體。⑦在混凝土澆筑施工時(shí)，安排專人負(fù)責(zé)觀察支撐有無(wú)異常響聲、變形，發(fā)現(xiàn)異常情況立即通知現(xiàn)場(chǎng)施工人員撤離。本高支撐模板系的混凝土已于2014年7月13日順利澆筑完成，澆筑混凝土中無(wú)異常情況，施工質(zhì)量好。

TU755.2

A

1673-0038（2015）22-0041-03

2015-5-13

蔡從東（1967-），男，工程師，畢業(yè)于天津大學(xué)建筑施工技術(shù)專業(yè)。