塔吊标准节作为承重支模架在建筑工程中的应用

[摘 要]800x4000mm型钢混凝土组合梁悬挑长度11.75m，相距44.6m，两根大梁之间为型钢桁架制作，梁顶标高11.400m，室外地面标高-1.400，局部超重超高，选用塔吊标准节作为该梁的承重支模架。

[关键词]塔吊标准节 承重支模架

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0140-03

金华市某工程的一层大门雨蓬采用型钢桁架制作，雨蓬两端设计采用2根800x4000mm型钢混凝土组合梁承重，两根大梁的外端悬挑长度均为11.75m，两根大梁之间相距44.6m，悬挑梁的底部是地下室的回填土，锚固在剪力墙内长度8.8m。该梁截面积为2.4平方米>0.6平方米，梁顶标高11.400m，室外地面标高-1.400，支模架高度11.400m+1.400m=12.800m>8m，属于超高超重支模架。由于金华市建设主管部门规定高大支模架不允许采用扣件式钢管脚手架搭设，塔吊标准节取用方便，承载力大，安全可靠，综合上述各方面因素，最终选用塔吊标准节作为该超重梁的承重支模架。

下面就该高大支模架的计算过程予以介绍：

一、塔吊标准节参数（参考虎霸QTZ80型号）

塔吊标准节截面尺寸为1.6x1.6m，每节长2.8米，每节之间用8个M30高强度螺栓连接。主弦杆采用135x135x10的方管，各斜腹杆和直腹杆分别采用60x60x4和50x50x4的方管。

标准节承重数据如下图所示

二、型钢砼梁的自重计算

1、型钢的自重计算

取型钢外挑部分竖腹杆FG3左右0.8米作为一个计算单元（上图黑框内）。该处有钢立柱为外挑部分型钢重量最大部分，以该部分为一个计算单元，计算出型钢自重，为最不力状态下的型钢自重。

该处有上弦杆SG1，截面尺寸为600x500x40x40L，下弦杆XG1，截面尺寸为600x500x40x40L，斜腹杆FG1，截面尺寸500x500x24x30L，竖腹杆FG3，截面尺寸500x500x30x30L。

以上构件截面面积分别上弦杆SG1，0.0608平方，下弦杆XG1，0.0608平方，斜腹杆FG1，0.0432平方，竖腹杆FG3，0.4056平方。

计算单元内的长度分别为上弦杆SG1，1.6m，下弦杆XG1，1.6m，斜腹杆FG1，2.2624m，竖腹杆FG3，3.2m。

计算单元内的体积分别为上弦杆SG1，0.087立方，下弦杆XG1，0.087立方，斜腹杆FG1，0.092立方，竖腹杆FG3，0.138立方，体积和为0.424立方。

查得Q345B型钢密度为7850KG/立方。

计算单元内型钢重3328.4KG。G=32.618KN。

计算单元内梁体积为0.8x4x1.6=5.12立方。

型钢自重为32.618÷5.12=6.37 kN/m3

2、型钢砼梁自重

型钢砼梁自重=25.5（钢筋砼自重）+6.37（型钢自重）=31.87 kN/m3

三、梁模板计算

依据规范：

《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》JGJ 162-2008

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

《建筑施工木脚手架安全技术规范》JGJ 164-2008

计算参数：

钢管强度为205.0 N/mm2。

模板支架搭设高度为11.5m，

梁截面 B×D=800mm×4000mm，立杆的纵距（跨度方向） l=2.00m（以一个标准节为一个计算范围，塔吊标准节的四个立杆直接受力，为了方便计算上部荷载，塔吊标准节暂时简化成四个钢管立杆，考虑到实际吊装塔吊标准节时，两个相邻的塔吊标准节之间会有一定间隙，故按2.0m的梁长计算），梁2侧立杆间距1.6m（塔吊标准节的四个立杆直接受力，为子方便计算上部荷载，塔吊标准节暂时简化成四个钢管立杆，梁2侧立杆间距为标准节尺寸1.6m）

梁底增加2道承重立杆。

面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。

内龙骨采用[12.6号槽钢U口水平，间距150mm。

梁底支撑龙骨长度1.60m。

顶托梁采用16号工字钢。

梁底按照均匀布置承重杆2根计算。

模板自重0.35kN/m2，型钢混凝土自重31.87kN/m3。

倾倒混凝土荷载标准值2.00kN/m2，施工均布荷载标准值1.50kN/m2。

按照模板规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下：

由可变荷载效应控制的组合S=1.2×（31.87×4.00+0.35）+1.40×2.00=156.196kN/m2

由永久荷载效应控制的组合S=1.35×31.87×4.00+0.7×1.40×2.00=174.058kN/m2

由于永久荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.35，可变荷载分项系数取0.7×1.40=0.98

1、模板面板算

面板为受弯结构，需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。

静荷载标准值 q1 = 31.870×4.000×0.800+0.350×0.800=102.264kN/m

活荷载标准值 q2 = （2.000+1.500）×0.800=2.800kN/m

面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

截面抵抗矩 W = 43.20cm3；

截面惯性矩 I = 38.88cm4；

1）抗弯强度计算

f = M / W < [f]

其中 f ―― 面板的抗弯强度计算值（N/mm2）；

M ―― 面板的最大弯距（N.mm）；

W ―― 面板的净截面抵抗矩；

[f] ―― 面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2；

M = 0.100ql2

其中 q ―― 荷载设计值（kN/m）；

经计算得到 M = 0.100×（1.35×102.264+0.98×2.800）×0.150×0.150=0.317kN.m

经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.317×1000×1000/43200=7.333N/mm2

面板的抗弯强度验算 f < [f]，满足要求！

2）抗剪计算

T = 3Q/2bh < [T]

其中最大剪力 Q=0.600×（1.35×102.264+0.98×2.800）×0.150=12.672kN

截面抗剪强度计算值 T=3×12672.0/（2×800.000×18.000）=1.320N/mm2

截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm2

面板抗剪强度验算 T < [T]，满足要求！

3）挠度计算

v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250

面板最大挠度计算值 v = 0.677×102.264×1504/（100×6000×388800）=0.150mm

面板的最大挠度小于150.0/250，满足要求！

2、梁底支撑龙骨的计算

（1）梁底龙骨计算

作用荷载包括梁与模板自重荷载，施工活荷载等。

1）钢筋混凝土梁自重（kN/m）：

q1 = 31.870×4.000×0.150=19.122kN/m

2）模板的自重线荷载（kN/m）：

q2 = 0.350×0.150×（2×4.000+0.800）/0.800=0.578kN/m

3）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载（kN）：

经计算得到，活荷载标准值 P1 = （1.500+2.000）×0.800×0.150=0.420kN

均布荷载 q = 1.35×19.122+1.35×0.578=26.594kN/m

集中荷载 P = 0.98×0.420=0.412kN

变形的计算按照规范要求采用静荷载标准值，受力图与计算结果如下：

变形计算受力图

经过计算得到从左到右各支座力分别为

N1=10.844kN

N2=10.844kN

经过计算得到最大弯矩 M= 6.547kN.m

经过计算得到最大支座 F= 10.844kN

经过计算得到最大变形 V= 1.460mm

龙骨的截面力学参数为

本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

截面抵抗矩 W = 62.14cm3；

截面惯性矩 I = 391.50cm4；

1）龙骨抗弯强度计算

抗弯计算强度 f = M/W =6.547×106/62140.0=105.36N/mm2

龙骨的抗弯计算强度小于215.0N/mm2，满足要求！

2）龙骨抗剪计算

截面抗剪强度必须满足：

T = 3Q/2bh < [T]

截面抗剪强度计算值 T=3×10.843/（2×50×50）=6.506N/mm2

截面抗剪度设计值 [T]=125.00N/mm2

龙骨的抗剪强度计算满足要求！

3）龙骨挠度计算

最大变形 v =1.460mm

龙骨的最大挠度小于1600.0/400（木方时取250），满足要求！

（3）梁底顶托梁计算

托梁按照集中与均布荷载下多跨连续梁计算。

均布荷载取托梁的自重 q= 0.277kN/m。

变形的计算按照规范要求采用静荷载标准值，受力图与计算结果如下：

经过计算得到最大弯矩 M= 28.907kN.m

经过计算得到最大支座 F= 159.079kN

经过计算得到最大变形 V= 2.498mm

顶托梁的截面力学参数为

截面抵抗矩 W = 141.00cm3；

截面惯性矩 I = 1130.00cm4；

1）顶托梁抗弯强度计算

抗弯计算强度 f = M/W =28.907×106/1.05/141000.0=195.25N/mm2

顶托梁的抗弯计算强度小于215.0N/mm2，满足要求！

2）顶托梁挠度计算

最大变形 v = 2.498mm

顶托梁的最大挠度小于2000.0/400，满足要求！

四、计算结论

根据上述计算书内龙骨采用[12.6号槽钢U口水平，间距150mm。顶托梁采用16号工字钢。

内龙骨[12.6号槽钢的支座反力为F= 10.844kN，沿梁长方向2m范围内可布置[12.6号槽钢一共15根，则在2米区域（单个标准节计算单元）至内龙骨位置支座反力至和为10.844x15x2=325.32KN。

2米区域内（单个标准节计算单元）16号工字钢重力为20.5KG/M × 2× 2× 9.8÷1000=0.8036KN

2米区域内（单个标准节计算单元）塔吊标准节承受的重力为G4=325.32KN+0.8036KN=326.1236KN

参照第2小节塔吊标准节参数，塔吊标准节顶部允许承受的重量G=384KN，2米区域内（单个标准节计算单元）塔吊标准节承受的重力G4=326.1236KN

G4

五、承重架体稳定措施

在塔吊标准节两侧搭设钢管操作架，沿梁两侧搭设立杆间距900*900mm，步距1800mm，每侧搭设三排立杆。

标准节侧向稳定措施：最上层标准节顶部用钢丝绳斜拉固定在地锚上（地锚用短钢管斜打入地面，钢丝绳与地面45度角），沿梁长方向每隔3M一道。

标准节正向稳定措施：剪力墙边预埋钢板，标准节与剪力墙体间设置刚性连接。

支模架底部基础做法：采用2000mm宽300mm厚钢筋混凝土条基，下方设100厚C20素砼垫层，下部宕渣分层回填夯实（压实系数不小于0.94），经过CAD画图排布，将标准节基础标高设置为-1.400m。