模板高支撑扣件式钢管脚手架体系的设计

摘要：高大空间结构的施工，常离不开钢管脚手架高支撑的设计和使用，在2011年之前因规范的制定不完善，仅能参考相关文献进行设计；本文依据扣件式钢管脚手架最新的技术规程，结合具体实例对满堂高支撑架进行设计，按照力的传递对立杆的稳定性进行计算分析，经过专家论证且在实施过程中得到严格执行，取得了良好的效果。

关键词：高支撑，满堂支撑架，稳定性

中图分类号：TU511.3+7 文献标识码：A 文章编号：

引言：现代建筑中高大空间的结构形式越来越多，给施工带来了新的技术难题，特别在模板的支撑需要更加安全可靠的设计方案来满足临时支撑要求。在国内所使用的模板支架中，扣件钢管脚手架由于构造简单、施工方便、使用成本相对较低等特点，在多、高层建筑现浇混凝土结构模板高大支撑系统施工中被广泛使用。但由于前期规范的制定不完善，管理不科学所造成的扣件钢管脚手架模板高支撑坍塌事故以致群死群伤频频发生，造成了重大人身伤亡和经济损失。

本文依据扣件式钢管脚手架最新的技术规程，结合具体工程项目的高大模板支撑体系的设计情况，解决施工中模板高支撑的稳定和安全问题，对于工程实际操作具有一定的指导意义。

一、工程简介

建安公寓9#楼工程，位于河北省高碑店市城区内。建筑面积89206㎡，框架剪力墙结构；地下2层，地上32层，檐高99.95米，地下一、二层为人防、车库及超市，地上一至四层为商业，五至三十二层为住宅。该工程地下一层层高6.0 m，首层层高5.7米，二至四层层高4.1米，依据高支撑的定义，将采用扣件式钢管脚手架材料搭设的、支撑高度大于等于4m的梁板楼（屋）盖模板支撑架，称为扣件式钢管梁板模板高支撑架[1]。本工程高支模的部位多、范围广，其中首层门厅12-20轴/O-Q轴范围梁板高9.80米，面积501㎡。为确保模板高支撑架的安全使用，模板高支撑的合理设计对于确保施工安全至关重要。

二、支撑架体设计

高支撑架的设计依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）等规范。

1、设计方案的选择

本工程支撑架体采用满堂红钢管扣件脚手架。考虑梁板较重，施工荷载对垂直杆件的压力大，架体高易造成杆件的长细比不合理等因素，支撑架体采用立杆轴心受压设计方案，同时增加立杆的数量，缩短大小横杆的步距，以保证垂直受压杆件的稳定。

（1） 模板与支架搭设参数

楼板模板支架搭设高度H：9.475m，立杆纵距lb：1.0m，立杆横距lb：1.0m；梁模板支架搭设高度H：9.1m，立杆纵距lb：1.0m，立杆横距lb：0.8m；水平杆最大步距h：1.2m；架体上模板面板采用15㎜厚多层胶合木模板；支撑面板的次楞梁采用40×80㎜方木，楼板次楞梁间距0.25m，梁次楞梁间距0.1m；主楞梁采用80×80㎜方木，间距同立杆纵距。立杆采用Φ48×3.5钢管（验算时按Φ48×3.0钢管）。

（2） 荷载参数

砼板厚度0.15m；梁截面宽度0.40m，梁截面高度0.70m；

永久荷载标准值：现浇砼自重（G2k）24KN/m3；主梁、次梁及支撑板自重（G1k）：0.6kN/㎡（规范JGJ130-2011表4.2.1-3）；满堂支撑架立杆承受的每米结构自重gk：梁0.1715kN/m，板0.1828kN/m（规范JGJ130-2011表A.0.3）；钢筋自重（G3k），梁取1.5kN/m3，板取1.1kN/m3。

可变荷载标准值（依据建筑施工模板安全技术规范JGJ162-2008）：施工人员及设备荷载（Q1k），当计算面板和直接支承面板的次楞梁时，均布荷载取：2.5kN/㎡，再用集中荷载2.5kN进行验算，比较两者所得的弯矩取其大值。当计算直接支承次楞梁的主楞梁时，均布荷载标准值取1.5kN/㎡；当计算支架立柱时，采用布料机上料进行浇筑砼时，均布荷载标准值取4kN/㎡。振捣砼时荷载标准值（Q2k）：2kN/㎡。

风荷载标准值：计算公式为，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））中规定计算，其中基本风压值应按规范D.4中重现期n=10年的规定采用，工程位于河北保定市，取0.30 kN/㎡，μz风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定采用，取1；μs脚手架风荷载体型系数，应按JGJ130-2011规范表4.2.6的规定采用，μs=1.3，敞开式脚手架的值按规范JGJ130-2011附录A表A.0.5采用，=0.14；

经计算=1×1.3×0.14×0.3=0.0546 kN/㎡

2、支撑体系结构验算

本论文主要讨论模板高支撑架体的设计，仅以楼板模板高支撑架体验算过程为例，对扣件抗滑移、扣件式钢管立杆、立杆基础承载力进行计算。其中模板面板计算；底方木次楞验算；梁模板面板计算；梁底次楞方木验算；主楞验算本论文正文删略；

（1） 扣件抗滑移计算

立杆与主楞之间U型托板直接托顶，扣件抗滑承载力不需要验算，满足要求。

（2） 扣件式钢管立杆轴心压力设计值计算

作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。

1）静荷载标准值包括以下内容

脚手架的自重：

NG1=0.1828×9.475=1.732kN；

立杆承受的每米结构自重计算参照《扣件式规范》附录A 表A.0.3。

模板的自重：

NG2=0.6×1×1=0.6kN；

钢筋混凝土楼板自重：

NG3=（24+1.1）×0.15×1×1=3.765kN；

经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 6.097 kN；

2）活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载

经计算得到，活荷载标准值 NQ = (4+2 ) ×1×1 = 6.0 kN；

3）不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算

N = 1.2NG + 1.4NQ = 15.716kN；

4）考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算

= 1.2NG + 0.9×1.4NQ = 14.889kN；

NQ-----各活荷载标准值对立杆产生的轴向力之和，另加的值；

----风荷载产生的立杆段弯矩设计值（N·mm）；

=0.01kN·m；

风荷载标准值（kN/㎡）,；

（3）立杆稳定性验算

1）不考虑风荷载

立杆的稳定性计算公式：f

式中：N ---- 轴心压力设计值(kN)：

---永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和（kN）；

---可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和（kN）；

φ ---- 轴心受压稳定系数，由长细比 λ = lo / i 查表得到；

i ---- 立柱的截面回转半径（㎝），i = 1.59 ㎝；

A ---- 立柱截面面积(㎝2)，A = 4.24 ㎝2；

f ---- 钢材抗压强度设计值N/㎜2，f = 205 N/㎜2；

立杆计算长度lo：

顶部立杆段： l0=kμ1(h+2a)

非顶部立杆段： l0=kμ2h

式中：k ---- 满堂支撑架立杆计算长度附加系数，依据规范JGJ130-2011表5.4.6，8

h ---- 为纵横水平杆最大步距，取1.2 m；

a ---- 立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度，取0.2 m；

μ1、μ2 ----考虑满堂支撑架整体稳定因素的立杆计算长度系数，依据规范JGJ130-2011附录C，剪刀撑设置加强型，μ1取1.636，μ2取2.181；

立杆计算长度按上述公式计算结果：

l0 = 1.185×1.636×（1.2+2×0.2）= 3.102 m；

l0 = 1.185×2.181×1.2 = 3.101 m；

立杆长细比计算：λ = lo / i = 310.2 / 1.59 = 195.1

按照长细比查表A.0.6得到轴心受压构件的稳定系数φ=0.189；

=196.12 N/㎜2< f = 205 N/㎜2

立柱稳定性满足要求!

2）考虑风荷载组合

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：

式中，Nw ----考虑风荷载时，立杆的轴心压力最大值（N）；

----风荷载产生的立杆段弯矩设计值（N·mm）；

W---立杆净截面抵抗矩（cm3）；W=4.49；

=188.1 N/㎜2< f = 205 N/㎜2

立柱稳定性满足要求!

（4）立杆基础承载力计算

立杆底垫板对地面压力公式：fg

式中：Pk ---- 立杆基础底面处的平均压力标准值（kPa）；

Nk ---- 上部结构传至立杆基础顶面的轴向力标准值（kN）Nk=15.72kN；

A ---- 基础底面积（㎡）A = 0.25×1.0 = 0.25；

fg ---- 地基承载力特征值（kPa）。

=62.88 kN/㎡

按结构设计说明，地下室顶板的活荷载设计值为4kN/㎡，考虑设计的荷载分项系数1.4后，地下室顶板砼在达到设计强度时，承担的设计容许承载力为5.6 kN/㎡（4×1.4 = 5.6 kN）。

从上可知，立杆基础承载力计算不满足楼盖顶板的承载要求，其超出部分荷载57.28 kN/㎡，需由地下室底板承担。因此，该层楼盖结构浇筑砼时，地下室顶板对应本层立杆部位处结构模板支顶不得拆除，底座应垫木方，保证力有效的传递到基础底板。

框架梁部位高支撑验算方法与之相同，经验算满足要求本文略。

结论：本工程高支撑模板拆除后，混凝土表面光洁，无跑模、漏浆、下沉现象，证明本工程模板高支撑扣件式钢管脚手架体系的设计是相当成功的，为今后的类似施工提供了宝贵的借鉴经验。

参考文献：

[1] 杜荣军 扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全，施工技术，2002（3）

[2] 杜荣军 建筑施工脚手架实用手册，北京：中国建筑工业出版社，1994

[3] 建筑施工手册（第四版缩印版），中国建筑工业出版社

[4] 江正荣 建筑施工计算手册，北京：中国建筑工业出版社，2001

[5] 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011

[6] 《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008

[7] 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）