关于采用脚手架钢管扣件作为满堂模板支架时的施工设计要点[1]

摘要对目前采用脚手架钢管扣件作为现浇混凝土结构的模板支架，必须严格执行“混凝土结构工程质量验收规范”GB50204－2002对模板分项工程的强制性条文规定，及按照“建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范”JGJ130－2001对模板支架的具体要求做好施工设计，并能溶入具有符合标准规定的科学技术内涵，这样方能确保施工安全和质量，对此本文作了具体阐述和分析介绍。关键词施工设计承载力刚度稳定性1.当前采用脚手架钢管扣件作为满堂模板支架施工的现状1.1对标准规定的模板分项工程强制性条文的规定，普遍未能严格执行，也未能写出符合规范要求的承载力、刚度、稳定性计算和分析的施工设计。1.2模板支架施工设计疏忽的要害在于，一是没有正确按混凝土施工规范的要求，核算和控制施工荷载，最为明显的是当施工荷载超规范限值要求时未作有效的控制措施，如混凝土浇筑时，竟不作有效控制，直接造成模板支架的变形甚至失稳。二是采用脚手架钢管扣件作模板支架时，没有做到按有关钢管扣件安全技术规范的规定，核算模板支架承载力、刚度、扣件的抗滑移承载力是否能符合要求。钢管扣件作为模板支架时，搭设的构造要求也未能严格执行该规范强制性条文的有关规定，以确保其整体稳定。这样模板支架施工设计疏忽要害是导致产生安全隐患事故的直接根源。以致个别工程在施工过程中发生了模板支架整体坍塌而造成重大伤亡事故。1.3由于模板支架施工设计的疏忽，在不断的施工加载作用下产生意外的变形,使现浇混凝土楼面结构不时发生了在混凝土浇筑施工完毕的凝固阶段产生异常变形的开裂现象。这种裂缝并非正常的收缩变形或温度变形的裂缝，更非承载性的结构裂缝，给现浇混凝土楼面带来结构损伤。主要反映在楼面结构薄弱处产生不规则的裂缝，部分裂缝呈贯穿性且宽度已达到1mm左右，在混凝土洒水养护时水向下渗漏。2.国家标准“混凝土结构工程施工质量验收规范”GB50204－2002第4.1.1条和4.1.3条对模板分项工程的强制性条文规定：“模板及其支架应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工设备和材料供应等条件进行设计。模板及其支架应具有足够的承载力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑混凝土的重量、侧压力以及施工荷载。”“模板及其支架拆除的顺序及安全措施应按施工技术方案执行”。2.1模板的施工设计，因目前执行的GB50204－2002规范仅阐述质量验收的要求，把怎样规范进行施工的内容略去了，这给不熟悉原有施工规范内容的人带来了困难．这方面的工作，仍应参照原施工规范GB50204－92（下简称“原规范”）中关于关于“模板设计”的规定，结合工程施工采用钢管扣件作为模扳支架的实际情况来进行必要的施工设计工作。2.2目前，模板基本采用厚为15－18mm的板材(多层夹板)，并配置间距为150－250mm的方木楞50×50一l00mm作板材骨架。这种类型的木模尺寸能随需要而可大可小，相对于采用装配灵活的组合钢模板而言，使混凝土表面做到不再有明显的模扳接缝以及表面高低不平现象的发生，使混凝土结构表面可无需再粉刷。使用这种模板，混凝土施工荷载所需的承载力、刚度、稳定性的确保条件就在于有可靠稳定的模板支架。采用脚手钢管扣件作模板支架时，其浇筑混凝土产生的施工荷载应按“原规范”规定作为取值计算的依据。其承载力、刚度、稳定性构造要求，还应遵照行业标准“建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范”JGJ130—2001(下简称“脚手规范”)对模板支架的有关规定作为施工设计的依据，方能确保施工安全和质量。3.钢管扣件作为模板支架施工设计时的荷载取值及荷载效应组合计算的规定：3.1木模（板、木方）的自重kN/m3，按实际使用的木材品种规格，对照标“建筑结构荷载规范”GB50009－2001附录A的规定进行计算和确定(KN／m3)。3.2钢管和扣件的自重及截面特性，按照“脚手规范”附录B钢管截面特性注：按“脚手规范”7.3.4条强制性条文规定：“严禁将外径48mm与51mm的钢管混合使用。”附录A表A－2扣件单件自重（N/个）：直角扣件13.2，旋转扣件14.6，对接扣件18.4。3.3参与模板及其支架荷载效应组合的各项荷载仍遵照“原规范”的规定为：3.3.1木模板及钢管扣件自重标准值在按规定进行具体计算后，再按作用形式折算成均布线荷载标准值或集中荷载标准值。3.3.2新浇混凝土自重标准值，按规定普通混凝土采用24kN/m3。3.3.3钢筋自重标准值，按规定每m3混凝土体积取值为：楼板1.1KN，梁1.5KN。3.3.4施工人员及设备荷载标准值的计算规定如下：3.3.4.1计算模板及直接支承模板的小楞时，对均布荷载取2.5KN/m2,另应以集中荷载2.5KN再行验算；比较两者所得的弯矩值，按其中较大者采用；3.3.4.2计算直接支承小楞结构构件时，均布活荷载取1.5KN/m2。3.3.4.3计算支架立柱及其承载结构时,均布活荷载取1.0KN/m²。注：上述计算的限制条件：一是混凝土堆高高度在结构面标高上限加高度尺寸为100mm，超过时按实际的高度计算；二是大型浇筑设备如上料平台、泵管、脚手架如搁置在模板及其支架上时应按实另行计算。3.3.5振捣混凝土时产生的荷载标准值按规定为：对水平面模板可采用2.0KN／m2。。对垂直面模板可采用4.0kN／m2。(作用范围在新浇混凝土侧压力的有效压头高度之内)。3.4对模板及其支架的承载力和刚度进行计算时，参与荷载效应组合的荷载项按“原规范”规定为：3.4.1计算楼板承载力时为上述的3.3.l，3.3.2，3.3.3，3.3.4四项；3.4.2计算粱承载力时为上述的3.3.1，3.3.2，3.3.3，3.3.5四项；3.4.3对模板及其支架的刚度验算时为上述的3.3.1，3.3.2，3.3.3三项。3.5计算模扳及其支架时采用的荷载分项系数按“原规范”规定为：计算模板及其支架时荷载设计计算值，应采用荷载标准值乘以相应的荷载分项系数。荷载的分项系数取值为：模板及其支架自重、新浇混凝士自重、钢筋自重分项系数为：1.2；施工人员及施工设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载分项系数为l.4。3.6钢管钢材强度设计值与弹性模量按“脚手规范”表5.1.6规定为：Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计f:205N/mm2。弹性量扣件承载力设计值(KN)按表5.l.7规定为：对接扣件(抗滑)：3.2，直角扣件、旋转扣件(抗滑)：8.00。3.7对验算模板及其支架的刚度时，其最大变形允许值仍按“原规范”2.2.4条规定为：一、对混凝土外表不做粉刷对，为模板计算跨度的1/400；二、对混凝土外表做粉刷时，为模板计算跨度的1/250；三、支架的压缩变形值或弹性挠度，为相应的结构计算跨度的1／1000。4.脚手钢管扣件作模板支架时的施工设计4.l水平方向的钢管(牵杠、横楞)承载力、刚度计算4.1.l水平方向的钢管，其抗弯强度验算的计算式按“脚手规范”为σ＝M/W≤f,上式中M－在二个扣件之间自由长度产生的弯矩设计计算值。当在L范围内为均布荷载设计计算值qL时(q为每米线荷载KN／m)如为直接搁置模板的钢管连接楞，其M=1/8qL2(KN－m)；当在L范围内为集中荷载设计计算值Q时，如为搁置连接楞的受力楞，以及受架空短支撑立杆以集中荷载向下作用于水平方向的钢管时，其M=1/4QL(KN－m)。M.f分别为钢管的截面模量与抗弯强度设计值，均按规定取值。4.1.2连接钢管的扣件抗滑移承载力验算4.1.2.1当为多跨的水平方向钢管与立杆连接时的扣件，其抗滑承载力设计计算值R=Q≤RC(kN)均布荷载时R=qL≤RCRC为扣件抗滑移的承载力，按规定取用(见本文3.6条)。4.1.2.2当为单跨的水平钢管时R=Q/2或1/2qL均必须符合R≤RC。4.1.3水平方向钢管的挠度验算挠度验算时采用荷载效应组合的荷载项，按“原规范”对刚度验算时所规定的荷载效应组台的荷载项(见本文3.4.3条所述)。由于水平方向钢管存在着长度不一,与支撑用十字扣件联接,形成防滑移的饺支座;长钢管可为多跨连续梁,短钢管可为双跨或单跨(如边缘部位)梁,在这样情况下,确定水平方向受力钢管的挠度时,应按单跨作最不利的挠度值进行计算和控制:当为集中荷载Q时，挠度V=QL³/48EI≤[V]当为均布荷载qL时，挠度V＝5qL4/384EI≤[V][V]－最大挠度允许值,按“原规范”2.2.4条的规定采用(见本文3.7条)。L－两扣件连接之间水平方向钢管的自由长度。E、I分别为钢管的弹性模量和惯性矩，均按规定采用(见本文3.6及3.2条)。4.2竖直方向立杆的钢管稳定性计算对模板钢管立杆支架的计算，按“脚手规范”第5.6节“模板支架计算”5.6.2条的规定，对模扳支架立杆稳定性承载力验算公式为(5.3.1－1)、(5.3.2－1)与(5.3.4)。4.2.1不组合风荷载时按公式(5.3.1－1)N/φA≤f验算N－该立杆承受的荷载效应组合的竖向荷载的设计值按公式(5.6.2-1)计算。荷载效应组合的荷载项取值按舰定：楼板的模板立杆支撑承载力按本文3.4.l条，梁的模板立杆支撑承载力按本文3.4.2条。E：2.06×105N／mm2。φ－计算轴心受压立杆的稳定系数，应根据立杆的长细比λ具体计算值，再按“脚手规范”附录c表取φ值。A－钢管立杆支撑截面积按规定采用(见本文3.2条)。λ－受压立杆承载力验算时的长细比，按“脚手规范”5.3.1条λ＝L0/i计算L0－模板支架立杆的计算长度，应按“脚手规范”5.6“模扳支架计算”(5.6.2－3)公式计算，L0=h+2a.h－立杆的步距。当为落地立杆时，应定为步距中选择最长尺寸的一档步距；当为架空支架立杆时，即为立杆在上下二根水平横管扣件连接之间的自由长度。a－模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度，即为立杆冒出顶层横管的长度(见该规范5.6.2条的条文说明)。i为钢管截面回转半径，按规定采用(见本文3.2条)。4.2.2对模板支架立杆需组合风荷载时，其承载力验算公式（5.3.1－2）：N/φA＋MW/W≤f．W－立杆钢管的截面模量，按规定取值(按本文3.2条)Mw－计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，按公式(5.3.4)计算。Mw=0.85×1.4Mwk＝0.85×1.4ωkLah2/10Mwk风荷载标准值产生的弯矩，在上式中Mwk＝1/10ωkLah2；ωk－风荷载标准值，按“脚手规范”公式(4.2.3)计算ωk=0.7μzμsωo;μzωo分别为风压高度变化系数和基本风压(kN／m2),按“建筑结构荷载规范”GB50009—2001表7.2.1和地区基本风压值见附录D.4表，短期为n=10年内本地区采用的基本风压值μS－风荷载体型系数，按“脚手架规范”表4.2.4规定采用；La－立杆纵距；h－立杆步距。4.3关于钢管扣件模板支架的整体稳定应按“脚手架规范”第6节“构造要求”第6.8“模板支架”的规定进行施工。4.3.l模板支架立杆的稳定措施按6.8.l条规定为：4.3.1.1模板支架立杆的构造应符合“脚手规范”第6.3.l、6.3.2、6.3.3、6.3.5条的规定：其中6.3.l、6.3.3为一般情况下应该做到的条文，即为：每根立杆底部应设置底座或垫板，底层步距不应大于2m。6.3.2和6.3.5为强制性条文，必须执行,模板立杆必须设置纵、横向扫地杆(具体要求可见“脚手规范”6.3.2纵横向扫地杆构造)。立杆接长除顶层顶步可采用搭接外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。对接、搭接应符台下列规定：l、立杆上的对接扣件应交错布置;两根相邻立杆的接头不应设在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm;各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；2、搭接长度不应小于lm，应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。4.3.1.2支架立杆应竖直设置，2m高度的垂直允许偏差为15m。4.3.l.3设在支架立杆根部的可调底座，当其伸出长度超过300mm时，应采取可靠措施固定。4.3.1