建筑工程高大模板及支撑体系设计和受力验算简析

【摘要】 文章以柳东新区标准厂房C区（5#、6#楼）工程高大模板的实际施工为例，详细介绍了高大模板的扣件式钢管脚手架、剪刀撑、支架抱柱装置、支架连板装置、模板结构等方案设计及加固技术措施。并对支撑系统及模板结构进行了承载力验算，从各方面确保支撑系统及模板的施工安全。

【关键词】 高大模板 支架设计 模板设计 承载力验算

1.项目简介

本项目为柳州市柳东新区标准厂房C区-Ⅰ标段（5#、6#楼）工程，其中5#楼建筑面积13939.85m?，6#楼建筑面积19470.32m?。基础形式采用独立柱基础，框架结构。地上三层，一层层高8.4m（夹层层高3.2m），二层层高6.6m。

针对该工程的特点，属于高大模板支撑体系的部分有：5#、6#楼二层楼板、三层通高屋面板、电梯顶板。各构件尺寸及模板支架搭设高度详见下表。

项目部位 梁截面 板厚 支架搭

设高度

二层楼板 250×700、250×800、300×600、300×700、300×900、350×500、350×700、350×900、350×1100、400×1100 120mm 8.4m

三层通高屋面板 300×700、300×800、350×900、350×1100、350×1000 120mm 22.5m

电梯顶板 250×700 120mm 23.1m

2.高大模板及支架方案

2.1模板材料类型

楼板及梁模板采用18mm厚木胶合板。断面7×7cm杉木枋作为梁侧板压条、梁及板底搁栅，M14螺栓作为梁侧面的对拉螺栓。

2.2高大模板搭设及支撑方案

本项目梁、板中高大模板均采用扣件式钢管支撑体系，钢管规格为Φ48.3×3.6。

经承载力验算，梁、板支模方案如下：

图1 梁、板支模方案示意（尺寸单位以毫米计）

（1）楼板支架及模板

楼板模板采用18mm厚胶合板，采用7×7cm杉木枋作板底搁栅，其间距30cm，木搁栅置于纵向水平钢管托梁上。

支撑系统采用扣件式钢管满堂脚手排架，立杆间距为1m×1m，立杆采用对接扣件接高。底部用15×15cm硬木做垫块，顶部采用可调顶托加双钢管托梁支撑楼板模板，顶托伸出长度不能大于20cm。水平钢管步距1.5m。

在支架底部离地面20cm处，按纵下横上的方式设置纵横方向水平扫地杆。在钢管立柱顶端设置一道纵横向水平封顶杆，尽量接近立杆顶部设置。其余每一步距处纵横向各设置一道水平杆。二层楼板支架在最上层步距两水平拉杆中间位置增设一道水平拉杆；三层通高屋面板及电梯顶板支架在最上两层步距水平拉杆中间位置分别增设一道水平拉杆。水平拉杆两侧端头尽量与周边结构物靠紧顶牢。

在整体支架的外侧四周设置连续式竖直剪刀撑。在脚手架内按间隔不大于4m设置纵向、横向竖直剪刀撑，所有竖直剪刀撑均按全高全长设置。剪刀撑倾角在45°～60°范围内，斜接5～7条立杆，宽度为6m。

施工中吊装钢筋、浇注砼、振捣等均对支架整体产生水平力，但目前支架承载力计算模型无法对水平力进行量化及验算，规范对水平力的计算也没有明确要求。本项目通过采取设置抱柱装置、连板装置等结构安全技术措施，将施工中支架承载的水平力通过水平杆转移至结构物主体，以确保支架安全。

1）抱柱装置

抱柱装置为使支架与建筑物的柱连结的装置，如图2所示，抱柱装置的设置在该柱混凝土浇筑5天后进行。

用钢管抱箍分别在封顶杆处设一道，封顶杆往下7.5m范围内每步设一道，再往下每≤4m设置一道，扫地杆设置一道。

A 与一柱连结的抱柱 B 与多柱连结的抱柱

1―混凝土柱；2―支架的水平杆；3―扣件；4―抱柱箍

图2 抱柱装置

2）连板装置

连板装置设置为使支架与建筑物楼板上预埋钢管连接的装置，如图3所示。

在二、三层楼板上预埋短钢管，钢管长度为12cm+25cm，钢管间距与竖直剪刀撑间距相同。将竖直剪刀撑平面内的水平杆与短钢管扣接。使高大模板支架与屋面已完工梁板连接成整体满堂架，进一步增强支架的整体稳定性。

图3 连板装置（尺寸单位以毫米计）

（2）梁侧模板与梁底模板及支撑架的安装

模板采用18mm厚胶合板，梁侧模外侧次楞采用7×7cm木枋作竖向压条，间距为30cm（梁高

图4 梁模板图（尺寸单位以毫米计）

梁支撑立杆用钢管Φ48.3×3.6搭设双排钢管排架，排距为1m，梁立柱的纵向间距为1m（梁高

3.支架及模板方案各结构承载力验算

3.1楼板模板及支架承载力验算

以120mm厚，支撑高度23.1m的电梯顶板为例进行验算。

3.1.1参数信息

（1）模板支架参数

立杆横、纵向间距均为1m；步距1.5m；模板支架搭设高度23.1m；根据规范允许的偏差，钢管均按保守的Φ48×3.0取值计算。

（2）荷载参数

根据规范规定并结合本项目实际情况，各荷载参数取值如下：

1）混凝土与钢筋自重25.5kN/m3；

2）模板与支架自重荷载Q2：1.0kN/m2；

3）施工人员及设备荷载标准值Q3：1.5kN/m2。

4）振捣混凝土时产生的荷载标准值Q4：取2kN/m2。

（3）材料参数

面板采用胶合板，厚度为18mm；板底搁栅采用7×7cm方木，间隔30cm。

面板弹性模量E=9500N/mm2；抗弯强度设计值[σ]=13N/mm2。

方木抗剪强度设计值1.4N/mm2；弹性模量E=9000N/mm2；抗弯强度设计值[σ]=13N/mm2。

Ф48×3钢管，截面回转半径i=1.59cm；净截面面积A=4.24cm2；截面抵抗矩W=4.49cm3；抗压强度设计值：[σ]=205N/mm2。

（4）楼板参数

图5 楼板支撑架荷载计算单元

3.1.2模板面板计算

模板面板为受弯构件，按三跨连续梁进行验算，如图6所示，其截面惯性矩和截面抵抗矩分别为：

W=100×1.82/6=54cm3；

I=100×1.83/12=48.6cm4；

图6 面板计算简图

混凝土与钢筋自重荷载Q1=25.5×0.12=3.06kN/m2，则面板承受的线性均布荷载：

q=3.06+1+1.5+2=7.56kN/m

Mmax=0.1ql2=0.1×7.56×0.32=0.068KN・m；

σmax=Mmax/W=（0.068×103）/（54×10-3）=1.26N/mm2

νmax=0.677ql4/（100EI）=0.677×7.56×3004/（100×9500×48.6×104）=0.042mm；

νmax=0.042mm

3.1.3方木搁栅计算

方木间距为0.3m，按三跨连续梁计算，截面惯性矩和截面抵抗矩分别为：W=b×h2/6=7×72/6=57.17cm3；I=b×h3/12=7×73/12=200.08cm4。

q=7.56×0.3=2.27kN/m；

Mmax=0.1ql2=0.1×2.27×12=0.227KN・m；

σmax=Mmax/W=（0.227×103）/（57.17×10-3）=3.97N/mm2

νmax=0.677ql4/（100EI）=0.677×2.27×10004/（100×9000×200.08×104）=0.85mm；

νmax=0.85mm

3.1.4托梁钢管计算

托梁采用双Ф48×3钢管：W=8.98cm3；I=21.56cm4；

按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

集中荷载F取纵向板底支撑传递力，F=2.27kN；计算结果如图7所示。

图7 托梁计算图

最大弯矩Mmax=0.76kN・m；

故σmax=76000/8980=8.5N/mm2

最大剪力Qmax=4.85KN

故τmax=4850/（7×7×102）=0.99N/mm2

最大变形Vmax=1.1mm

最大支座力Qmax=8.26kN。

3.1.5钢管支架立杆

立杆承受上部托梁传递的压力及自重，托梁压力由上述计算为8.26kN，钢管自重计算参照《扣件式规范》附录A计算：0.138×23.1=3.20kN。立杆的轴向压力N=8.26+3.2=11.46kN。立杆的稳定性计算：

σ=N/（φA）=11460/（0.632×424）=42.8N/mm2

式中φ=0.632（轴心受压立杆的稳定系数，由长细比l0/i查表得到）。

3.2梁模板及支架承载力验算

本文以40×110cm梁为例进行模板及支架承载力验算，因梁底处的模板及支撑承受最大荷载，故仅进行梁底处模板及支撑承载力验算即可。其计算方法同楼板，计算结果如下：

（1）梁底模板

σmax=2.41N/mm2；

νmax=0.127mm。

（2）梁底方木搁栅

σmax=3.3N/mm2；

τmax=0.607N/mm2；

νmax=2.737mm。

（3）纵向支撑钢管

σmax=56.6N/mm2；

νmax=0.196mm；

最大支座力Qmax=10.13kN。

（4）扣件抗滑移

双扣件承载力设计值取16kN，按照扣件抗滑承载力系数0.75，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12kN。

根据前面计算结果得到R=10.13kN

（5）立杆的稳定性

钢管立杆受压应力计算值σ=141.8N/mm2

3.3验算结果分析

由验算结果可得，所有结构承载能力及挠度变形均满足设计及规范要求。

4结束语

本项目施工过程中，高大模板及支撑系统牢固稳定，达到安全施工要求。各梁、板产生的挠度变形均在规范及设计允许范围内。浇筑的梁板砼外形平整、美观，得了业主及监理单位的高度评价。

参 考 文 献

[1]建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（2002年版）JGJ130-2001[S]；

[2]苏文灿・谈高大模板的设计与施工[C]・山西建筑，2013，04。

[3]国振喜、张树义・实用建筑结构静力计算手册[M]・北京：机械工业出版社，2009，01。

作者简介：1983年出生，男，广西柳州人，现任湖南湖大建设监理有限公司广西分公司现场监理员，大学本科。