模板高支架施工新技術應用

岳　麒（云南省房地產開發經營（集團）有限公司，云南 昆明 650217）

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模板高支架施工新技術應用

岳麒（云南省房地產開發經營（集團）有限公司，云南 昆明 650217）

通過某廠房車間模板高支架施工實例，通過模板及支撐體系的選型，闡述了模板高支架設計計算、構造措施。

模板高支架；設計計算；驗算；計算參數；搭設；構造

在現澆混凝土工程中，安裝模板及其支撐是一個重要的工序，它不單影響下一工序的鋼筋綁扎及，混凝土澆筑質量而且對施工安全有嚴重影響，支模尤其是超過4.5m的高支模，技術性要求比較高，稍有疏忽，極易發生模板、支撐失穩坍塌，這樣不僅會造成嚴重的質量事故，更為嚴重也會造成群死群傷的惡性事故，因此，我們應該把高支模的計算、檢查驗收作為一個重要環節認真抓起來。

以下我們介紹一下某廠房車間工程項目模板高支撐施工方案設計和使用安全計算。

1　工程概況

本工程為廠房車間，車間總建筑面積為92012m2，共分為A、B、C、D、E、F六個區（具體位置詳見圖1），由于B、D、E區模板支撐高度超過8m，屬于高支撐模板體系，故本方案只針對B、D、E區模板進行設計。

B區建筑面積3760m2，平面尺寸36m×45m，框架結構，二層，底層層高9m，二層層高8m；柱截面尺寸分別有1000mm× 1000mm、900mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分別有300×800mm、450×900mm、500×900mm、500× 1300mm、500×1600mm；板厚分別有100mm、120mm。

D區建筑面積21850m2，框架結構，平面尺寸266m×42m，由沉降縫劃分為六塊，為DA-DB/D8-D17軸、DA-DG/D1-D7軸、DH-DS/D1-D7軸、DT-DD1/D1-D7軸、DE1-DJ1/D1-D7軸、DK1-DS1/D1-D7軸，尺寸分別為52m×7.5m、42m×52.5m、42m×36m、42m×66m、42m×67m、42m×44.5m，除 DS1-DK1、DJ1-DE1軸為一層且層高為10m外其余均為二層，底層層高9m，二層層高8m；柱截面尺寸分別有1000mm×1000mm、900mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分別有 250mm×500mm、300mm×800mm、300mm×900mm、500mm×900mm、500mm×1000mm、500mm×1100mm、500mm× 1300mm、500mm×1600mm、600mm×1600mm；板厚分別有100mm、120mm、150mm。

E區建筑面積17081m2，框架結構，二層，底層層高9m，二層層高8m；平面尺寸129.5×90，由沉降縫劃分為三塊，為E1-D7/EJ-EP軸、E1-E11/EA-EH軸、E12-E22/EA-EH軸，尺寸分別為45m×37.5m、52.5m×65.5m、52.5m×60m；柱截面尺寸分別有1000mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分別有 250mm×400mm、300mm×800mm、450mm× 900mm、500mm×1000mm、500mm×1100mm、500mm×1300mm、500mm×1500mm、500mm×1600mm；板厚分別有 100mm、120mm（見圖1）。

2　設計計算參數

2.1材料參數

（1）φ48×3.5鋼管：截面積A=489mm2，截面抵抗矩W= 5080mm3，截面慣性矩 I=121900mm4，彈性模量 E=2.06×105N/ mm2，抗彎強度fm=205N/mm2；

（2）50×100木方：截面積A=5000mm2，截面抵抗矩W= 83333mm3，截面慣性矩I=4166666mm4，彈性模量E=1.0×104N/ mm2，抗彎強度fm=17N/mm2；

圖1　平面分區示意圖

（3）鋼模板（P3015）：截面抵抗矩W=5.94×103mm3，截面慣性矩I=26.97×104mm4，彈性模量E=2.06×105N/mm2，抗彎強度fm=205N/mm2；

（4）Q235對拉扁鐵（40×3）：抗拉強度f=215N/mm2；

（5）旋轉、直角扣件承載力取值為8kN，扣件抗滑承載力系數0.8。

2.2荷載參數

（1）模板自重：取0.6kN/m3；

（2）混凝土自重：取24kN/m3；

（3）鋼筋自重：梁取1.5kN/m3、板取1.1kN/m3；

（4）施工人員及設備荷載：取2.5kN/m2；

（5）振搗混凝土時產生的荷載：水平面取2.0kN/m3、垂直面取4.0kN/m2；

（6）傾倒混凝土時產生的荷載：取2kN/m2。

3　設計驗算

3.1柱模驗算

驗算條件：選取最大截面1000mm×1000mm的柱子進行計算，柱高10m，柱模板采用組合鋼模板拼裝，柱箍采用φ48× 3.5鋼管，柱箍間距500mm，豎向木楞采用50×100木方，木楞間距為500mm，柱中間水平方向縱橫設2道-40×3對拉扁鐵，對拉扁鐵豎直方向間距600mm。

澆筑速度為3m/h，混凝土溫度為20℃，用插入式振搗器振搗。

柱底部驗算：

（1）荷載計算

新澆混凝土對模板側面的壓力：

F2=γC×H

F1=0.22×24000×5.71×1×1×31/2=52.2kN/m2

F2=24000×10=240kN/m2

取小值F=52.2kN/m2

q1=（52.2×1.2+4×1.4）×0.5=34.12kN/m

q2=52.2×1.2×0.5=31.32kN/m

（2）柱模強度驗算

M=0.07ql2=0.07×34.12×5002=597100N·mm

σ=M/W=597100/5.94×103=100N/mm2＜fm=205N/mm2（符合要求）。

（3）柱模剛度驗算

ω=0.521ql4/100EI=0.521×31.32×5004/100×2.06×105×26.97×104

=0.73mm＜500/250=2mm（符合要求）。

（4）對拉扁鐵驗算

q=（52.2×1.2+4×1.4）=68.24；

N=68.24×0.5×0.6=20.47kN；

σ=N/A=20.47×103/40×3=170＜f=215N/mm2（滿足要求）。

（5）豎向木楞強度驗算

M=ql2/8=34.12×5002/8=1066250N·mm；

σ=M/W=1066250/83333=12.79N/mm2＜fm=17N/mm2（符合要求）。

（6）豎向木楞剛度驗算

ω=5ql4/384EI=5×31.32×5004/384×1×104×4166666=0.61＜500/250=2mm（符合要求）。

（7）柱箍驗算

按集中荷載考慮：

1=1000+50×2+100×2=1300；

M=ql/4=34.12×1300/4=11089N·mm；

σ=M/W=11089/5080=2.18N/mm＜fm=205N/mm（符合要求）；

ω=Fl3/48EI=31.32×13003/48×2.06×105×121900=0.06mm＜1100/250=4.4mm

（符合要求）。

3.2梁模驗算

驗算條件：選取最大截面600mm×1600mm的梁進行計算，梁模板采用組合鋼模板拼裝，梁底楞采用φ48×3.5鋼管，小楞間距 500mm，側模內楞采用 50×100木方，間距為300mm，外楞采用φ48×3.5鋼管，間距500mm，沿梁高方向設2道-40×3對拉扁鐵，對拉扁鐵縱向間距600mm。支撐立桿橫距為450mm，縱距為1000mm；

澆筑速度為3m/h，混凝土溫度為20℃，用插入式振搗器振搗。

（1）荷載計算

q1=0.6×1.2×0.6+（24+1.5）×1.2×0.6×1.6+2×1.4×0.6= 31.48kN/m；

q2=0.6×0.6+（24+1.5）×1.6×0.6=24.84kN/m；

新澆混凝土對模板側面的壓力：

F2=γC×H

F1=0.22×24×5.71×1×1×31/2=52.2kN/m2

F2=24×1.6=38.4kN/m2

取小值F=38.4kN/m2

q3=（38.4×1.2+4×1.4）×1.6=82.68kN/m2

q4=38.4×1.2×1.6=73.72kN/m2。

（2）梁底模強度驗算

M=ql2/8=31.48×0.52/8=0.98kN·m

σ=M/W=0.98×106/5.94×103=165mm＜fm=205N/mm（符合要求）。

（3）梁底模剛度驗算

ω=5ql4/384EI

ω=5×24.84×5004/384×2.06×105×26.97×104=0.36mm＜500/ 250=2mm（符合要求）。

（4）梁底小楞強度驗算

M=0.07×0.452×31.48=0.45kN·m

σ=M/W=450000/5080=88.5＜fm=205N/mm（符合要求）。

（5）梁底小楞剛度驗算

ω=0.521ql4/100EI

ω=0.521×24.84×4504/100×2.06×105×121900=0.21＜500/ 250=2mm（符合要求）。

（6）梁側模強度驗算

M=ql2/8=82.68×300×300/8=930150N·mm

σ=M/W=930150/5.94×103=156＜fm=205N/mm（符合要求）。

（7）梁側模剛度驗算

ω=5ql4/384EI

ω=5×82.68×3004/384×2.06×105×26.97×104=0.16＜300/250= 1.2mm（符合要求）。

（8）對拉扁鐵驗算

N=82.68×0.3×0.5/2=6.2

σ=N/A=6.2×103/40×3=51N/mm2＜f=215N/mm2（滿足要求）。

（9）梁側內楞強度驗算

q=82.68×0.5=41.34kN/m

M=0.08×41.34×500×500=826800N·mm

σ=M/W=826800/83333=9.9mm＜fm=17N/mm（符合要求）。

（10）梁側內楞剛度驗算

q=72.72×0.5=36.36kN/m

ω=0.677ql4/100EI

ω=0.677×36.36×5004/100×1×104×4166666=0.36＜500/250= 2mm（符合要求）。

（11）立柱穩定性驗算

靜荷載：

①腳手架鋼管的自重G1=0.129×10.8=1.39kN

②模板的自重：G2=0.6×1.6×1+0.6×0.3×1=1.14kN

③鋼筋混凝土樓板自重：G3=25.5×0.3×1.6×1=12.24kN

NG=1.39+2.28+24.48=14.77kN

活荷載：施工荷載標準值與振搗混凝土時產生的荷載。

NQ=（2.5+2）×0.3×1=1.35kN

不考慮風荷載時，立桿的軸向壓力設計值。

N=1.2NG+1.4NQ=19.61kN

公式一：

k1計算長度附加系數取1.155；計算長度系數μ=1.7。

立桿計算長度L0=k1μh=1.155×1.7×1.5=2.945m

L0/i=2945/15.8=186

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.207。

σ=N/φA=19610/（0.207×489）=193.77N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

公式二：

L0=h+2a=1.5+2×0.3=2.1m

L0/i=2100/15.8=133

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.381。

σ=N/φA=19610/（0.381×489）=105.25N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

公式三：

k1計算長度附加系數取1.185；K2取1.019

L0=K1K2（H+2A）=1.185×1.019×（1.5+2×0.3）=2.536m

L0/i=2536/15.8=160

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.274。

σ=N/φA=19610/（0.274×489）=146.35N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

3.3板模驗算

驗算條件：選取150mm的板進行計算，模板支撐高度為10.8m，板模板采用11厚層板支設，板底木楞采用50×100木方，間距為300mm，支撐立桿縱橫距均為1000mm，步距為1500mm，立桿伸出頂層橫桿的長度為300mm。

3.3.1荷載的計算

（1）鋼筋混凝土板自重：q=（24+1.1）×0.3×0.15=1.13kN/m。（2）模板自重：

q=0.6×0.3=0.18kN/m。

（3）施工荷載標準值與振搗混凝土時產生的荷載：q=（2.5+2）×0.3=1.35kN/m。

3.3.2模板支撐方木強度驗算

均布荷載：q=（1.13+0.18）×1.2=1.57kN/m；

集中荷載：P=1.35×1.4=1.89kN/m；

最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的彎矩和：

M=Pl/4+ql2/8

M=1.89/4+1.57×12/8=0.668kN·m；

σ=M/w=0.668×106/83.333×103=8N/mm2＜fm=17.0N/mm2（滿足要求）。

3.3.3模板支撐方木抗剪計算

最大剪力Q=ql/2+P/2

截面抗剪強度必須滿足：T=3Q/2bh＜［T］

Q=1.57×1/2+1.89/2=1.73kN

T=3×1730/（2×50×100）=0.52N/mm2＜［T］=1.7N/mm2（滿足要求）。

3.3.4模板支撐方木撓度計算

均布荷載：q=1.13+0.18=1.31kN/m；

集中荷載：P=1.35kN/m；

最大撓度考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的撓度和：

ω=Pl3/48EI+5ql4/384EI

ω=1.35×10003/48×10000×4166666+5×1.31×10004/（384× 10000×4166666）=0.41＜1000/250=4（滿足要求）。

3.3.5木方支撐鋼管計算

支撐鋼管按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；

集中荷載 P取縱向板底支撐傳遞力，P=1.57×1+1.89= 3.46kN；

M=0.267ql=0.267×3.46×1000=923820N·mm；σ=M/w=923820/5080=181.8N/mm2＜fm=205N/mm2（滿足要求）；ω=1.883ql3/100EI=2.59mm＜1000/150=6.7mm（滿足要求）。

3.3.6扣件抗滑移驗算

模板支撐體系均采用扣件連接；

縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力R（1.57+1.89）×1×1=3.46kN；

R=3.46kN＜Rc=8kN（滿足要求）。

3.4立桿的穩定性驗算

靜荷載：

（1）腳手架鋼管的自重G1=0.129×10.8=1.39kN

（2）模板的自重：G2=0.6×1×1=0.6kN

（3）鋼筋混凝土樓板自重：G3=25.1×0.15×1×1=3.76kN

NG=1.39+0.6+3.76=5.75kN

活荷載：施工荷載標準值與振搗混凝土時產生的荷載。

NQ=（2.5+2）×1×1=4.5kN

不考慮風荷載時，立桿的軸向壓力設計值。

N=1.2NG+1.4NQ=13.25kN

公式一：

k1計算長度附加系數取1.155；計算長度系數μ=1.7。

立桿計算長度L0=k1μh=1.155×1.7×1.5=2.945m。

L0/i=2945/15.8=186

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.207。

σ=N/φA=13250/（0.207×489）=130.89N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

公式二：

L0=h+2a=1.5+2×0.3=2.1m

L0/i=2100/15.8=133

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.381

σ=N/φA=13250/（0.381×489）=71.11N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

公式三：

k1計算長度附加系數取1.185；K2取1.019。

L0=K1K2（H+2A）=1.185×1.019×（1.5+2×0.3）=2.536m

L0/i=2536/15.8=160

由長細比查表得軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.274。

σ=N/φA=13250/（0.274×489）=98.89N/mm2＜［f］=205N/mm2（滿足要求）。

3.5立桿底座及基礎承載力驗算

立桿底座驗算：

Rb底座承載力設計值取40kN。

N≤Rb

N=1.2NG+1.4NQ=13.25kN＜Rb=40kN（滿足要求）。

立桿地基承載力驗算：

50板長4m寬250mm；fk地基承載力設計值取120kN；K為調整系數碎石土取0.4。

N/Ad≤Kfk

Ad=4000×250=1×106mm2

13250/1×106=0.013＜0.4×120=48（滿足要求）。

4　模板及支撐體系搭設技術參數

4.1柱

柱模板采用組合鋼模板拼裝，柱箍采用φ48×3.5鋼管，距承臺頂300設置第一道柱箍，柱底部3m范圍內柱箍間距500mm，柱中及頂部柱箍間距600mm豎向木楞采用50×100木方，木楞間距為500mm，柱中間水平方向縱橫設2道-40×3對拉扁鐵，對拉扁鐵豎直方向間距600mm。

4.2梁

梁模板采用組合鋼模板拼裝，梁底楞采用φ48×3.5鋼管，間距500mm，側模內楞采用50×100木方，間距為300mm，外楞采用φ48×3.5鋼管，間距500mm，沿梁高方向設2道-40×3對拉扁鐵，對拉扁鐵縱向間距600mm。支撐立桿橫距為450mm，縱距為1000mm，橫桿步距 1500mm，掃地桿距地面200mm設置。

4.3板

板模板采用11厚層板支設，板底木楞采用50×100木方，間距為300mm，滿堂支撐架立桿縱橫距均為1000mm，步距為1500mm，立桿伸出頂層橫桿的長度為100mm，掃地桿距地面200mm設置。

5　構造措施及安全注意事項

5.1構造措施

（1）每根立桿底部必須設置50板墊塊，立桿之間的接頭宜采用扣件對接，如采用搭接時搭接部分必須用三個扣件固定，相鄰立桿的對接不得在同一高度內，接頭位置應錯開500mm。

（2）縱、橫向水平桿需設置在立桿內側，每根鋼管長度不小于3跨，接長采用對接且對接扣件須交錯布置，兩個相鄰接頭在的1/3水平方向應錯開500mm，各接頭中心至最近主節點的距離不大于步距。

（3）連墻件采用剛性連墻件，連墻件水平方向沿每根框架柱設置，高度方向每步設置一道。

（4）縱、橫向剪刀撐間隔3跨設置，水平剪刀撐在架體底部、中部、頂部各設置一道；剪刀撐的接長采用搭接，搭接長度不小于1m且用三個扣件固定。

（5）扣件螺栓擰緊力矩須在40～65N·m，各桿件端頭伸出扣件蓋板邊緣的長度不得小于100mm，對接扣件開口必須朝上或朝內。

（6）立桿的自由長度不得大于300mm。

5.2安全注意事項

（1）滿堂支撐架架體在梁底必須滿掛水平安全兜網。

（2）二層滿堂支撐架必須待一層梁板混凝土的同條件試塊強度達到75%后方可進行搭設。

（3）架工應持證上崗，凡患有高血壓、心臟病等其它不適應上架操作和疾病未愈者，嚴禁上架作業。

（4）在高空搭（拆）架體時，上架操作人員必須拴安全帶，戴安全帽。

（5）在腳手架上操作時，嚴禁人員聚集一處，材料集中堆放荷重限制在2000N/m2內。

（6）架子使用中必須堅持檢查，若發現有松動、變形處，必須先加固，后使用。

（7）蹬高作業時，連接件必須放在箱盒或工具袋中，嚴禁安放在模板或腳手架上，扳手等工具必須系在掛身上或工具袋內，不得掉落。

（8）模板裝拆時，上下應有人接應，模板應隨用隨轉運，不得堆放在腳手架上。

（9）安裝柱模板時應進行臨時支撐固定，以防傾覆。

6　技術總結和應用效果分析

目前，扣件式鋼管模板高支撐體系在一些公共建筑、城市高架橋、交通建設等工程中應用非常廣泛，在模板高支撐體系的計算中除了滿足支撐體系的安全保證外還應從節約成本、降低造價方面入手，本工程對模板支撐體系的間距曾進行過反復調整、驗算，最終把間距確定為1m，比保守設計600mm的間距放大近一倍，不僅節約了支撐架鋼管的用量，同時縮短了搭設時間。

［1］《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ130-2001）.中國建筑工業出版社，2001.

［2］杜榮軍.扣件式鋼管模板高支撐架設計和使用安全.施工技術，2002，3.

［3］杜榮軍，編著.混凝土工程模板與支架技術.機械工業出版社.

［4］《建筑施工手冊》（第四版）.中國建筑工業出版社，2003，9.

岳麒（1979-），男，漢族，副高級工程師，大學本科，主要從事房地產開發、施工、造價工作。

U445.46

A

2095-2066（2016）17-0153-04

2016-6-1