滿堂碗扣支架間排距快速選定的方法

陳 鴻 翔， 趙 云 飛

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

支架的作用是為結構物施工所用的模板提供支撐，一般用于橋梁工程中現澆混凝土梁結構或蓋梁結構、房建工程和水電工程中的梁或板結構、箱涵工程頂板混凝土結構等。在各種各樣的支撐結構體系中，碗扣支撐架結構是最為常見的一種結構支撐體系，在建筑業應用比較廣泛。

然而，在眾多不同的施工荷載中，碗扣支撐架的間排距布置是否合理直接影響到材料的數量和施工成本。在實際施工過程中，碗扣支撐架的間排距要經過多次布置、調整和驗算，最終達到合理的布置形式。對于沒有經驗的技術人員而言，這種初步布置和試算的方法比較浪費時間和精力。筆者介紹了一種通過碗扣支撐架結構特點、根據固定的間排距和步距計算出支撐架所能承受的施工總荷載范圍值的快速選定方法，從而初步選取合理的支撐架間排距和步距。

2 碗扣支撐架的設計規定

常用碗扣式鋼管支撐架的主要構配件包括立桿、橫桿、剪刀撐、可調底座、可調托座等。

2.1 碗扣支撐架結構設計值

根據《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ166-2016[1]要求：

(1)碗扣支撐架直徑為48.3 mm、壁厚3.5 mm；

(2)碗扣支撐架鋼管采用現行國家規范中規定的Q235普通鋼管；

(3)步距1.2 m，單桿最大允許承載力30 kN；步距0.6 m，單桿最大允許承載力40 kN；

(4)立桿頂端可調頂托伸出頂層水平桿的懸臂長度不超過650 mm；

(5)模板支撐架搭設高度不宜超過30 m。

2.2 碗扣支撐架截面特性參數

根據碗扣支撐架的截面數據和材質計算得出其截面特性參數值見表1。

表1 截面特性參數值表

3 碗扣支撐架間排距的計算

橋梁工程中常用的碗扣式鋼管支撐架體系間排距受水平桿件長度約束，其間排距只能按照300 mm、600 mm、900 mm和1 200 mm幾種方式組合，故按照逆向反推方式根據每種組合情況計算施工總荷載。

3.1 碗扣式鋼管支撐架施工總荷載的計算

根據碗扣支撐架結構設計值和立桿間排距組合，其單位米長度施工總荷載值見表2。

=166.7 kN/m

表2 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構造參數選用表 /m

式中N為單根立桿承載力值(kN)；步距1 200 mm，單桿最大允許承載力為30 kN；步距600 mm，單桿最大允許承載力為40 kN；A為支撐架間排距所圍成幾何體的面積(m2)。

3.2 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構造參數的選用

根據3.1中的計算得出橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構造參數選用表(表3)。

表3 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構造參數選用表

(1)表3中荷載值為單位長度構件橫截面荷載，為施工總荷載，包含恒載和可變荷載以及相關荷載組合。荷載取值范圍中，最大值為上限，不可超限；最小值不限。

(2)支架高度5 m為危大工程支架高度范圍、8 m為超危大工程支架高度范圍、20 m為鐵路規范要求不超高界限值、30 m為碗扣支架規范要求最大搭設高度界限值。

(3)由于實際鋼管壁厚的差異，支撐架結構選取后需重新簡算以確保支架體系的安全。

3.3 支架穩定性計算

根據《建筑施工腳手架安全技術統一規范》GB51210-2016[2]要求，需對支撐架做穩定性計算。

(1)立桿計算長度。立桿計算長度按照下式計算：

l0=k·μ·(h+2a)

式中h為步距；a為立桿伸出頂層水平桿長度，可按650 mm取值；當a=200 mm時，取a=650 mm，對應承載力的1.2倍；當200 mm

表4 附加系數選用表

(2)長細比。根據立桿計算長度和回轉半徑計算立桿長細比：

式中i為截面回轉半徑(mm)。

(3)穩定性簡算。根據長細比，查表得出安全系數Φ值[3]，最終進行立桿穩定性判定：

式中N為立桿最大軸力(kN)；Φ為安全系數，詳見《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》JGJ166—2016附錄C；A為立桿截面積(mm2)；[f] 為立桿允許抗壓、抗拉和抗彎強度設計值(MPa)。

4 實例驗證

某項目混凝土連續箱梁采用碗扣式支撐架進行現澆施工[4]：支架高度為12 m，孔跨布置為42 m+76 m+42 m，梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。箱梁頂寬12.8 m，箱梁底寬6.8 m。其中0#塊長11 m，選取梁端截面，其斷面結構尺寸見圖1。

4.1 荷載組合

根據0#段梁端截面尺寸計算出混凝土自重荷載(表5)。荷載組合情況見表6[5]。

4.2 支撐架間排距、步距的選取

根據表6計算出的施工總荷載值與表3進行對比后選取出的合理間排距見表7。

圖1 某項目箱梁截面圖

表5 某項目箱梁截面自重荷載值計算表

表6 某項目箱梁施工總荷載值計算表

表7 某項目箱梁支撐架間排距選取表

由于腹板位置荷載最大，翼緣板、底板位置立桿縱向間距以腹板位置縱向間距為主。

按照表7中間排距和步距的布置，通過實例模型，采用用Midas Civil結構計算軟件計算得出單根立桿最大支反力為：19.9 kN<[N]=30 kN，滿足要求。

4.3 立桿穩定性驗算

(1)立桿計算長度。支架高度為12 m，立桿頂端懸出300 mm，根據3.3節選取相關參數值，則立桿計算長度：

l0=k·μ·(h+2a)=1.217×1.1×(1 200+2×300)=2 410(mm)

(2)長細比。計算立桿長細比：

(3)穩定性簡算。查表(1，3)得出安全系數Φ=0.301，根據3.3節a的取值要求，經線性內插得承載力系數為1.16。

(4)支架高度與立桿穩定性關系對比。取立桿伸出頂層水平桿長度最為特殊的三種長度：200 mm、300 mm和650 mm，驗算立桿穩定性：

①當立桿頂端懸出200 mm、立桿計算長度系數μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、承載力系數為1.2、則支架高度H變化引起附件系數k值變化，立桿穩定性驗算結果見表8。

表8 支架高度與立桿穩定性關系對比表

②當立桿頂端懸出300 mm、立桿計算長度系數μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、線性內插得承載力系數為1.16，則支架高度H變化引起附件系數k值變化，立桿穩定性驗算結果見表9。

③當立桿頂端懸出650 mm、立桿計算長度系數μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、承載力系數為1、則支架高度H變化引起附件系數k值變化，立桿穩定性驗算結果見表10。

表9 支架高度與立桿穩定性關系對比表

表10 支架高度與立桿穩定性關系對比表

綜上對比，當立桿步距確定后，施工總荷載在一定范圍之內，不論支架搭設的高與低，立桿的穩定性將直接受到立桿頂懸臂長度的影響且起決定性的影響作用。

5 結論及建議

(1)通過上述實例的簡單計算和驗證，在表3中的施工總荷載區域內，所選取的支架間排距和步距、結構承載力和穩定性能夠滿足設計要求，能夠準確、快速選定支架的布置形式。

(2)通過多個支撐結構體系實例對比，支架間排距和步距選取表(表3)亦適用于房建及水電工程中的梁和板、箱涵頂板等工程構筑物的臨時支撐結構，類似工程項目可借鑒。

(3)表3中，支架布置形式沒有隨支架高度遞增而變化，通過實際施工驗證，5 m高支架與20 m高支架的布置形式基本一致，其主要原因是支架的寬高比和剪刀撐嚴格按照規范規定進行搭設。另外，在3.3節中，將支架立桿穩定性驗算與表8～10中的不同情況進行對比得知，立桿頂端的懸臂長度a值對立桿穩定性起決定性作用，而支架高度的k系數對支架立桿穩定性的影響不是太大。

(4)在支撐架搭設過程中，筆者建議：支架與墩柱之間應抱箍以增強其整體穩定性；同時，根據不同的搭設高度，剪刀撐的搭設步距需滿足規范中的相關要求。

(5)初步選定支架間排距和步距后，應根據實際材料和截面特性重新進行結構計算復核。