桥梁工程中满堂支撑架的设计计算及构造要求

桥梁工程中满堂支撑架的设计计算及构造要求编制单位：中建七局技术中心编制人：张鹏日期：2013年5月一概述二满堂支撑架设计步骤三满堂支撑架构造要求目录一概述1脚手架分类2脚手架安全事故3适用的法律法规、规范、标准清单4脚手架基本构造5满堂支撑架由钢管和扣件组成、具有加工简便、搬运方便、通用性强等特点,已成为当前我国使用量最大、应用最普遍的一种脚手架,占脚手架使用总量的70%左右。1脚手架分类扣件式脚手架碗扣式脚手架碗扣节点构成：由上碗扣、下碗扣、立杆、横杆接头和上碗扣限位销组成。碗扣节点结构合理，力杆轴向传力，使脚手架整体在三维空间、结构强度高、整体稳定性好、并具有可靠的自锁性能。1脚手架分类碗扣式脚手架门式脚手架主要由立柜、横框、交叉斜撑、脚手板、可调底座等组成。它具有装拆简单、承载性能好、使用安全可靠等特点。1脚手架分类门式脚手架主要由架体结构、提升设备、附着支撑结构和防倾、防坠装置等组成。它用少量不落地的附墙脚手架,以墙体为支承点,利用提升设备沿建筑物的外墙面上下移动。这种脚手架吸收了吊脚手和挂脚手的优点,不但可以附墙升降,而且可以节省大量材料和人工。1脚手架分类附着式升降脚手架资料来源：中国建设部《全国建筑施工安全生产形势分析报告（2011年度）》墙板结构3.75%土石方工程3.16%现场临时用电线路2.47%施工机具3.85%外用电梯1.98%临时设施1.19%外电线路0.99%井字架与龙门架6.72%基坑6.72%模板6.82%塔吊11.86%脚手架11.86%洞口和临边15.51%其他23.12%2脚手架安全事故安全多发事故部位分析(2011)2010年1月，昆明机场高速高架桥模板整体坍塌，造成3人受伤。该工程模板支撑体系没有水平剪刀撑，竖向剪刀撑没有由底部连续设置到顶，致使该架体在承受荷载以后难以形成整体合力，违反了国家颁布的安全技术规范。2脚手架安全事故2004年广州在建高速公路高架桥支架坍塌致9人死伤。事故原因：地基沉降超出规范标准，造成架体失稳而酿成惨剧的发生。2脚手架安全事故1《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-20112《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》JGJ128-20103《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》JGJ202-20104《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-20085《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》JGJ231-20106《建筑施工安全检查标准》JGJ59-20117《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-20113适用的法律法规、规范、标准清单4脚手架基本构造纵距步距纵,横向扫地杆立杆纵向水平杆横向水平杆剪刀撑横向斜撑抛撑脚手板连墙件满堂支撑架：在纵、横方向，由不少于三排立杆并与水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等构成的承力支架。该架体顶部的钢结构安装等（同类工程）施工荷载通过可调托撑轴心传力给立杆，顶部立杆呈轴心受压状态，简称满堂支撑架。5满堂支撑架满堂脚手架：在纵、横方向，由不少于三排立杆并与水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等构成的脚手架。该架体顶部作业层施工荷载通过水平杆传递给立杆，顶部立杆呈偏心受压状态，简称满堂脚手架。5满堂支撑架普通型满堂支撑架加强型满堂支撑架二满堂支撑架设计步骤1荷载取值及其组合2验算内容1荷载取值及其组合永久荷载：1模板、支架的自重2新浇混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力。荷载可变荷载：1）施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载。2）振捣混凝土时产生的振动荷载；3)新浇筑的混凝土对侧面模板的压力；（4）倾倒大方量混凝土时产生水平方向的冲击荷载(5)其他可能产生的荷载，如雪荷载、冬季保温设施荷载等。刚度验算：分项系数均为1.0强度验算：恒载分项系数1.2，活载分项系数1.4抗倾覆稳定验算：恒载分项系数0.9，活载分项系数1.4；同时组合施工荷载和风荷载时,荷载组合系数取0.9。荷载分项系数1荷载取值及其组合自重荷载标准值1荷载取值及其组合满堂支撑架立杆承受的每米结构自重标准值，宜按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011附录A表A.0.3采用。自重荷载标准值2荷载取值及其组合满堂支撑架常用构配件与材料、人员自重标准值，宜按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011附录A表A.0.4采用。作用于脚手架及模板支撑架上的水平风荷载标准值，应按下式计算：Wk=0.7μz·μs·Wo式中：Wk——风荷载标准值（kN/m2）μz——风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定采用μs——风荷载体型系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》表4.2.6的规定采用；Wo——基本风压（kN/m2），应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4的规定采用，取重现期n=10对应的风压值。风荷载荷载标准值2荷载取值及其组合脚手架的风荷载体型系数2荷载取值及其组合满堂支撑架上荷载标准值取值应符合下列规定：1永久荷载与可变荷载（不含风荷载）标准值总和不大于4.2kN/㎡时，施工均布荷载标准值应按本规范表4.2.2采用；2永久荷载与可变荷载（不含风荷载）标准值总和大于4.2kN/㎡时，应符合下列要求：1）作业层上的人员及设备荷载标准值取1.0kN/m2；大型设备、结构构件等可变荷载按实际计算；2）用于混凝土结构施工时，作业层上荷载标准值的取值应符合现行行业标准《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162的规定。2荷载取值及其组合支撑架上可调托撑上主梁、次梁、支撑板等自重应按实际计算，对于下列情况可按表4.2.1-3采用：1）普通木质主梁（含Φ48.3×3.6双钢管）、次梁，木支撑板；2）型钢次梁自重不超过10号工字钢自重，型钢主梁自重不超过H100×100×6×8型钢自重，支撑板自重不超过木脚手板自重。荷载标准值2荷载取值及其组合荷载效应组合设计脚手架的承重构件时，应根据使用过程中可能出现的荷载取其最不利组合进行计算，荷载效应组合宜按表4.3.1采用2荷载取值及其组合满堂支撑架用于混凝土结构施工时，荷载组合与荷载设计值应符合表4.3.2的规定2荷载取值及其组合3验算内容1模板强度和刚度2立杆稳定性计算；3立杆地基承载力计算；满堂支架的一般截面形式如图1所示，现场施工箱梁底模多采用木模板，模板刚度较小。一般情况下，底模下设置纵向和横向两层支承方木，纵、横向梁的上、下位置根据不同的施工实际情况决定。根据受力特点，应验算模板和横、纵梁强度和刚度。1模板强度和刚度浇筑混凝土荷载底模与底模连接的纵（横）梁横（纵）梁可调拖撑立杆1模板强度和刚度当浇筑混凝土时，作用在梁底支架上的荷载分布是不均匀的，腹板位置支架承受的荷载较大，翼缘位置支架承受的荷载相对较小，腹板之间支架承受的荷载介乎上述两者之间。便于分析起见，模板、支架的设计计算过程中假定混凝土为理想流体材料，材料颗粒之间不存在剪应力，这个假定对于一次浇筑完成的箱梁是恰当的，因为混凝土尚未初凝，应力重分布现象不明显；对于两次浇筑的箱梁，先浇的混凝土底板已经初凝，具备了一定的应力重分布能力，上述假定会有一定偏差，但总体来说底板初凝形成的应力重分布对于支架受力是有利的。1模板强度和刚度底模下部支点为规则排列的纵向或横向梁，因此底模内力和挠度可以按照均布荷载作用下3跨单位宽度的连续单向板计算模式进行，计算方法如下。底模强度验算1模板强度和刚度底模刚度验算1模板强度和刚度横、纵梁刚度验算一般情况下，底模下设置纵向和横向两层支承方木，纵、横向方木的上、下位置根据不同的施工实际情况决定。方便描述起见，这里规定与底模直接接触的方木称为小楞，支承小横杆的方木称为大楞。小楞承受底模传来的均布荷载，大楞承受小楞传来的集中荷载，考虑到大、小楞的搭接和荷载的不利布置，小楞按3跨连续梁进行计算，大楞按集中荷载下的两跨连续梁计算。1模板强度和刚度小楞强度计算1模板强度和刚度小楞刚度计算1模板强度和刚度大楞刚度计算1模板强度和刚度大楞刚度计算式中：N——计算立杆段的轴向力设计值（N）2立杆稳定性计算计算立杆段的轴向力设计值（N）2立杆稳定性计算由风荷载产生的立杆段弯矩设计值Mw2立杆稳定性计算当满堂支撑架采用相同的步距、立杆纵距、立杆横距时，应计算底层和顶层立杆段；当架体的步距、立杆纵距、立杆横距有变化时，除计算底层立杆段外，还必须对出现最大步距、最大立杆纵距、立杆横距等部位的立杆段进行验算；当架体上有集中荷载作用时，尚应计算集中荷载作用范围内受力最大的立杆段；立杆稳定性计算部位2立杆稳定性计算立杆计算长度2立杆稳定性计算立杆计算长度系数2立杆稳定性计算立杆计算长度系数2立杆稳定性计算满堂支撑架的立杆稳定性计算公式，虽然在表达形式上是对单根立杆的稳定计算，但实质上是对满堂支撑架结构的整体稳定计算。因为公式5.4.6-1、5.4.6-2中的μ1、μ2值是根据脚手架的整体稳定试验结果确定的。2立杆稳定性计算满堂支撑架有两种可能的失稳形式：整体失稳和局部失稳。整体失稳破坏时，满堂支撑架呈现出纵横立杆与纵横水平杆组成的空间框架，沿刚度较弱方向大波鼓曲现象，无剪刀撑的支架，支架达到临界荷载时，整架大波鼓曲。有剪刀撑的支架，支架达到临界荷载时，以上下竖向剪刀撑交点（或剪刀撑与水平杆有较多交点）水平面为分界面，上部大波鼓曲（图8），下部变形小于上部变形。所以波长均与剪刀撑设置、水平约束间距有关；2立杆稳定性计算满堂支撑架的失稳形式一般情况下，整体失稳是满堂支撑架的主要破坏形式。局部失稳破坏时，立杆在步距之间发生小波鼓曲，波长与步距相近，变形方向与支架整体变形可能一致，也可能不一致。当满堂支撑架以相等步距、立杆间距搭设，在均布荷载作用下，立杆局部稳定的临界荷载高于整体稳定的临界荷载，满堂支撑架破坏形式为整体失稳。当满堂支撑架以不等步距、立杆横距搭设，或立杆负荷不均匀时，两种形式的失稳破坏均有可能。由于整体失稳是满堂脚支撑架的主要破坏形式，故本条规定了对整体稳定按公式(5.2.6-1)、(5.2.6-2)计算。为了防止局部立杆段失稳，除对步距限制外，尚规定对可能出现的薄弱的立杆段进行稳定性计算。2立杆稳定性计算满堂支撑架的失稳形式通过对满堂支撑架整体稳定实验与理论分析，采用实验确定的节点刚性（半刚性），建立了满堂扣件式钢管支撑架的有限元计算模型；进行大量有限元分析计算，得出各类不同工况情况下临界荷载，结合工程实际，给出工程常用搭设满堂支撑架结构的临界荷载，进而根据临界荷载确定：考虑满堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度系数μ1、μ2。试验支架搭设是按施工现场条件搭设，并考虑可能出现的最不利情况，规范给出的μ1、μ2值，能综合反应了影响满堂支撑架整体失稳的各种因素。2立杆稳定性计算稳定性计算长度系数u的说明3地基承载力计算立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求：Pk=≤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）；A——基础底面面积（m2）；fg——地基承载力特征值（kPa），地基承载力特征值满足以下规定：1当为天然地基时，应按地质勘察报告选用；当为回填土地基时，应对地质勘察报告提供的回填土地基承载力特征值乘以折减系数0.4；2由载荷试验或工程经验确定。三满堂支撑架构造要求1满堂扣件式支撑架构造要求2满堂碗扣式支撑架构造要求满堂支撑架立杆步距与立杆间距不宜超过附录C表C-2～表C-5规定的上限值，立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度a不应超过0.5m。满堂支撑架搭设高度不宜超过30m。1满堂扣件式支撑架构造要求立杆布距、间距及满堂支撑架搭设高度满堂支撑架顶部可调托撑的螺杆外径不得小于36mm，直径与螺距应符合《梯型螺纹》的规定；支托板厚不应小于5㎜，螺杆与支托板应焊牢，焊缝高度不得小于6㎜；螺杆与螺母旋合长度不得少于5扣，螺母厚度不得小于30mm。可调托撑的抗压承载力设计值不应小于40kN。满堂支撑架的可调底座、可调托撑螺杆伸出长度不宜超过30