工业厂房建设中的高支模计算探讨

摘要：本文就工业厂房建设的实际,结合石家庄格力电器工业园二期七标注塑车间工程就高支模支撑系统的设计实例进行分析探讨，详细介绍了高支模支撑体系的设计和验算，为高支模设计积累了经验。

关键词：工业厂房；高支模；验算

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、工程概况

石家庄格力电器工业园二期七标，包括注塑车间二、物资分拣车间二两栋单体工程，总建筑面积为60796.6m2，框架结构，混凝土灌注桩复合地基，独立柱基础。其中注塑车间二的长×宽为182.1m×96m，2层结构，首层结构层高11m，属于高支模。最大梁截面600mm×1100mm、梁跨度15m，楼板厚度120mm，板最大跨度3.75m。

二、支撑方案的选定

采用扣件式钢管脚手架支撑系统，满堂式布置，纵横向间距为900mm，步距1200mm，距地面200mm处设置纵横扫地杆一道，剪刀撑在主梁两侧沿全高连续设置。梁底模架搭设高度为9.55m，板底模架搭设高度为10.53m，采用钢管并通过调整底座及顶托的螺栓来满足支模高度的要求。

支撑架材料的选取：

方木：采用50mm×100mm木方；

支撑系统：选用扣件式脚手架及配件（48×3.0mm钢管及配件）；

垫板：采用脚手架配套底托，垫板为50×200mm木板垫放。

三、框架梁支撑架计算

（一）计算参数的选取

1.模板支撑及构造参数

梁截面宽600mm；梁截面高1100mm；混凝土板厚120mm。

脚手架立杆纵距900mm；立杆横向间距或排距900mm；步距1200mm；梁支撑架搭设高9.55m；采用的钢管类型为Φ48×3.00mm；单扣件连接。

承重架支设：多根承重立杆，木方支撑垂直梁截面；梁底增加承重立杆2根。

2.荷载参数

混凝土的重力密度，取24.0kN/m3；钢筋自重1.50kN/m3；模板自重0.35kN/m2；施工均布荷载标准值2.5kN/m2；振捣混凝土荷载标准值2.0kN/m2。

3.材料参数

木材（柏木）：抗弯强度设计值fm：17.0(N/mm2)，抗剪强度设计值fv：1.7(N/mm2)。

钢材：抗弯强度设计值fm：205.0(N/mm2)。

（二）梁底支撑的计算

本工程梁底支撑采用方木。强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。

1.荷载的计算：

(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m)：

q1=(24.000+1.500)×1.100×0.900=25.245kN/m；

(2)模板的自重线荷载(kN/m)：

q2=0.350×0.900×(2×1.100+0.600)/0.600=1.470kN/m；

(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：

经计算得到，活荷载标准值P1=(2.500+2.000)×0.600×0.900=2.430kN；

2.方木的支撑力验算

均布荷载q=1.2×25.245+1.2×1.470=32.058kN/m；

集中荷载P=1.4×2.430=3.402kN；

方木计算简图

经过计算得到从左到右各方木传递集中力[即支座力]分别为：

N1=2.298kN；N2=8.794kN；N3=9.219kN；N4=2.298kN。

方木按照三跨连续梁计算。

本算例中，方木的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=5.000×10.000×10.000/6=83.33cm3；

I=5.000×10.000×10.000×10.000/12=416.67cm4；

方木强度验算:

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

均布荷载q=9.219/0.900=10.243kN/m；

最大弯距M=0.1ql2=0.1×10.243×0.900×0.900=0.830kN.m；

最大应力σ=M/W=0.830×106/83333.3=9.956N/mm2；

抗弯强度设计值[f]=13.0N/mm2；

方木的最大应力计算值9.956N/mm2小于方木抗弯强度设计值13.0N/mm2,满足要求。

方木抗剪验算：

最大剪力的计算公式如下:

截面抗剪强度必须满足:

其中最大剪力:V=0.6×10.243×0.900=5.531kN；

方木的截面面积矩S=0.785×50.00×50.00=1962.50N/mm2；

方木受剪应力计算值T=5.53×1962.50/(416.67×50.00)=0.52N/mm2；

方木抗剪强度设计值[T]=1.700N/mm2；

方木的受剪应力计算值0.521N/mm2小于方木抗剪强度设计值1.700N/mm2,满足要求。

3.支撑钢管的强度验算

支撑钢管按照连续梁的计算如下

计算简图(kN)

支撑钢管变形图(kN.m)

支撑钢管弯矩图(kN.m)

经过连续梁的计算得到：

支座反力RA=RB=1.735kN；

最大弯矩Mmax=0.087kN.m；

最大挠度计算值Vmax=0.016mm；

支撑钢管的最大应力σ=0.087×106/4490.0=19.392N/mm2；

支撑钢管的抗压设计强度[f]=205.0N/mm2；

支撑钢管的最大应力计算值19.392N/mm2小于支撑钢管的抗压设计强度205.0N/mm2,满足要求。

（三）扣件抗滑移的计算:

按规范规定，直角、旋转扣件承载力取值为8.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，实际直角、旋转扣件承载力取值为6.40kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5):

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取6.40kN；

R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

计算中R取最大支座反力，根据前面计算结果得到R=1.74kN；

R

（四）立杆的稳定性计算

立杆的稳定性计算公式

其中N--立杆的轴心压力设计值，它包括：

横杆的最大支座反力：N1=1.735kN；

脚手架钢管的自重：N2=1.2×0.149×10.000=1.787kN；

N=1.735+1.787=3.522kN；

φ--轴心受压立杆的稳定系数，由长细比lo/i查表得到；

i--计算立杆的截面回转半径(cm)：i=1.59；

A--立杆净截面面积(cm2)：A=4.24；

W--立杆净截面抵抗矩(cm3)：W=4.49；

σ--钢管立杆轴心受压应力计算值(N/mm2)；

[f]--钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205.00N/mm2；

lo--计算长度(m)；

如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，按下式计算

lo=k1uh(1)

k1--计算长度附加系数，取值为：1.155；

u--计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3，u=1.700；

上式的计算结果：

立杆计算长度Lo=k1uh=1.155×1.700×1.200=2.356m；

Lo/i=2356.200/15.900=148.000；

由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.316；

钢管立杆受压应力计算值；σ=3521.989/(0.316×424.000)=26.287N/mm2；

钢管立杆稳定性计算σ=26.287N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205.00N/mm2，满足要求。

如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算

lo=k1k2(h+2a)(2)

k1、k2取值参照：杜荣军《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》表中数值；

k1--计算长度附加系数取值1.185；

k2--计算长度附加系数，h+2a=1.400取值1.035。

上式的计算结果：

立杆计算长度Lo=k1k2(h+2a)=1.185×1.035×(1.200+0.100×2)=1.717m；

Lo/i=1717.065/15.900=108.000；

由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.530；

钢管立杆受压应力计算值；σ=3521.989/(0.530×424.000)=15.673N/mm2；

钢管立杆稳定性计算σ=15.673N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205.00N/mm2，满足要求。

施工中该工程框架梁支撑体系严格按以上设计方案搭设，其刚度、稳定性均符合设计要求，该工程支撑体系设计验算结果正确。

综上所述，本文以石家庄格力电器工业厂房注塑二车间高支模工程为实例，介绍了高支模及其支撑系统的设计和检验，以期为类似的高支模工程提供参考借鉴作用。

参考文献

[1]童国庆.土建施工中的高支模施工技术研究[J].门窗,2014,05:165.

[2]王海容.浅析土建施工中的高支模施工技术[J].科技创新与应用,2014,14:241.