近年来, 随着高层建筑、高架桥、高大公共建筑日益增多, 因模板支撑系统安装、拆除不当造成结构下沉、开裂等一系列质量问题;或因支撑系统承载力不够、失稳坍塌发生伤亡事故屡见不鲜。因此, 对于高支撑系统, 都应对支撑布置形式、荷载进行设计和验算, 并在施工中加强现场管理, 以保证施工质量和安全。
广东省一图书馆工程为3层框架结构, 总建筑面积21244.73m2。其中, 1/3轴至1/6轴中庭采光窗处梁面标高为15.55m (结构标高, 反板面700高) , 框架梁截面为b×h=600×1500mm。板面标高为14.85m (结构标高) , 板厚为150mm;模板支撑架从内地台搭设至梁底或板底, 高度分别为14.05m和14.70m。根据《广东省建设工程高支模系统施工安全管理办法》规定, 属高大模板支撑系统。
本工程高支模支撑采用钢管、扣件、可调托座等联成整体进行模板支撑系统设计, 高支模位置见图1 (高支模平面图) 和图2 (1-1剖面图) 。
钢管包括立杆、大横杆、小横杆、剪刀撑、附墙杆等。
钢管采用外径为48mm, 壁厚3.5mm, 其材质应符合国家现成标准《直缝电焊钢管》 (GB/T13793) 中规定的三号普通钢管, 其质量应符合《碳素结构钢》 (GB/T700) 中Q235-A级钢的规定。弯曲变形, 锈蚀钢管不得使用, 钢管上严禁打孔。
扣件包括直角旋转扣件、对接扣件及其附件、T型螺栓、螺母、垫圈等。扣件应采用可锻铸铁制作, 其材质应符合国家现成标准《钢管脚手架扣件〉 (GB15831) 的规定。
(1) 模板及其支架自重标准值:q1=0.75k N/m2
(2) 新浇筑混凝土自重标准值:q2=24k N/m3
(3) 钢筋自重标准值:对楼板q3a=1.1k N/m3
对梁:q3b=1.5k N/m3
(4) 施工人员及设备荷载标准值:
对支架立柱及其它支撑结构构件, 均布活荷载:
q4c=1.0kN/m2
(5) 振捣混凝土时产生的荷载标准值:对水平面q5a=2.0kN/m2;对垂直面q5b=4.0kN/m2
(6) 新浇筑混凝土时对模板侧面产生的压力标准值:
按以下二式计算, 并取二式中的较小值。
q6=0.22γct0β1β2V1/2, q6=γcH
(7) 倾倒混凝土时产生的荷载标准值:
倾倒混凝土时对垂直模板产生的水平荷载标准值可按下表采用:
注:作用范围在有效压头高度以内
支架的荷载设计值, 应采用荷载标准值乘以相应的荷载分项系数求得, 荷载分项系数按下表采用:
荷载分项系数
楼板模板采用18mm厚胶合板, 支撑模板的小楞采用60×80mm2红松木, 间距为400mm, 支撑小楞的大楞采用60×80mm2红松木, 间距为800mm, 板离梁边400mm处设一支承点, 然后每800×800mm2范围内设支承点。
梁600×1500:小楞间距为350mm, 大楞于梁两侧各设一道红松木60×80, 梁每700mm设一支承点;梁500×1000:小楞间距为400mm, 大楞于梁两侧各设一道红松木60×80, 梁每800mm设一支承点。
支撑立柱采用Ф48×3.5钢管, 支撑方法采用“满堂红”钢管加可调上托, 板模高度最高为14.05m。
楼板和梁的钢支柱布置如图3 (钢支撑支柱布置图) 所示。
(1) 长细比验算:
钢支撑立柱最高处高度为:h=14850-150-80-80=14540mm=14.54m L0=14540/10=1454mm (沿高度方向布置为:扫地杆距地面200, 4m以下步距为1.8m, 4m以上步距为1.5m, 最上面一道距板底为240mm, 共10道纵、横向水平杆拉结) , 由扣架脚手架规范公式5.6.2-3得模板支架立柱的计算长度L0=h+2a=1.8+0.24×2=2.28, i=15.8mm, 则有λ=2280/15.8=144<210, 长细比满足要求。查得稳定系数φ=0.332。
(2) 计算风荷设计值产生的支架立柱弯矩Mw
由于立杆最不利部位为底部, 查《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001) 得:风压高度变化系数μz=0.74, 汕头基本风压w0=0.8k N/m2;由于模板支架立柱位于外脚手架里侧, 考虑为同脚手架为全封闭状况, 脚手架外侧采用密目式安全网 (An/Aw=0.623, An为挡风面积, Aw为迎风面积) 。
由扣架规范表4.2.4的规定有:风荷载体型系数μs=1.3φ=1.3×0.623=0.81。
由扣架规范式4.2.3得风荷标准值:
wk=0.7×μz×μs×w0=0.7×0.74×0.81×0.8=0.336kN/m2。
由扣架规范式5.3.4得Mwk=wkLah2=0.336×1.0×1.82/10=0.11k N/m。
由扣架规范式5.3.4得:Mw=0.85×1.4×0.11=0.13k N/m。
(3) 支架及拉结杆件自重标准值产生的轴向力NG1k=0.1291×14.54×1.5=2.82k N (参考双排脚手架步距1.5m, 纵距1.2m每米立杆自重查得并考虑一放大系数1.5) 。
(4) 组合风荷时, 计算支架立柱的轴向力设计值N
由扣架规范式5.6.2-2有: (考虑为泵送混凝土)
Nw=1.2 (NG1k+NG2k) +0.85×1.4∑NQK=1.2×[2.82+ (0.75×0.8×0.8+24×0.8×0.8×0.15+1.1×0.8×0.8×0.15) ]+1.19× (1.0+2.0) ×0.8×0.8=9.14kN。
(5) 不组合风荷时, 计算支架立柱的轴向力设计值N
由规范式5.6.2-1有:
N=1.2 (NG1k+NG2k) +1.4∑NQK=1.2×[2.82+ (0.75×0.8×0.8+24×0.8×0.8×0.15+1.1×0.8×0.8×0.15) ]+1.4× (1.0+2.0) ×0.8×0.8=9.54kN。
(6) 支架立柱稳定验算:
由规范式5.3.1-2有:
支架立柱稳定性满足要求。
支架立柱稳定验算由组合风荷产生的荷载效应所控制, 故不组合风荷产生的荷载效应不用验算。
框架梁按b×h=600×1500mm2验算
(1) 长细比验算:
钢支撑立柱最高处高度为:h=14850-800-80-80=13890mm (梁反700高) 。
L0=13890/10=1389mm (沿高度方向布置为:扫地杆距地面200, 4m以下步距为1.8m, 4m以上步距为1.5m, 最上面一道距板底为190mm, 共10道纵、横向水平杆拉结) , 由扣架脚手架规范公式5.6.2-3得模板支架立杆的计算长度L0=h+2a=1.8+0.19×2=2.18, i=15.8mm, 则有λ=2180/15.8=138<210, 长细比满足要求。查得稳定系数φ=0.357。
(2) 计算风荷设计值产生的支架立柱弯矩Mw
由于支架立柱最不利部位为底部, 查《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2001) 得:风压高度变化系数μz=0.74, 汕头基本风压w0=0.8k N/m2;由于模板支架立柱位于外脚手架里侧, 考虑为同脚手架为全封闭状况, 脚手架外侧采用密目式安全网 (An/Aw=0.623, An为挡风面积, Aw为迎风面积) 。
由扣架规范表4.2.4的规定有:风荷载体型系数μs=1.3φ=1.3×0.623=0.81。
由扣架规范式4.2.3得风荷标准值:
wk=0.7×μz×μs×w0=0.7×0.74×0.81×0.8=0.336kN/m2。
由扣架规范式5.3.4得:Mwk=wkLah2=0.336×0.8×1.82/10=0.09kN/m。
由扣架规范式5.3.4得:Mw=0.85×1.4×0.09=0.11kN/m。
(3) 支架及拉结杆件自重标准值产生的轴向力NG1k=0.1291×13.19×1.5=2.55k N (参考双排脚手架步距1.5m, 纵距1.2m每米立杆自重查得并考虑一放大系数1.5) 。
(4) 组合风荷时, 计算支架立柱的轴向力设计值N
由扣架规范式5.6.2-2有: (考虑为泵送混凝土)
Nw=1.2 (NG1k+NG2k) +0.85×1.4∑NQK=1.2×[2.55+ (0.75×0.6×0.7+24×0.6×1.5×0.7+1.5×0.6×1.5×0.7) /2]+1.19× (1.0+2.0) ×0.6×0.7/2=13.64kN。
(5) 不组合风荷时, 计算支架立柱的轴向力设计值N
由规范式5.6.2-1有:
N=1.2 (NG1k+NG2k) +1.4∑NQK=1.2×[2.55+ (0.75×0.6×0.7+24×0.6×1.5×0.7+1.5×0.6×1.5×0.7) /2]+1.4× (1.0+2.0) ×0.6×0.7/2=13.77kN
(6) 支架立柱稳定验算:
由规范式5.3.1-2有:
支架立柱稳定性满足要求。
支架立柱稳定验算由组合风荷产生的荷载效应所控制, 故不组合风荷产生的荷载效应不用验算。
该部分高支模位于大厅内, 模板支架支设于一层地板上, 按结构设计:一层地板为120mm厚的钢筋混凝土板。选取板面立杆下轴向力最大值13.77k N进行验算。
按P≤fg验算, 有fg=kcfgk=1.0×0.2N/mm2=0.2N/mm2
立杆下垫木块280×280×20, 此时, A=0.28×0.28=0.0784m2
p=N/A=13770/ (0.0784×106) =0.18N/mm2
∴立杆地基承载力满足要求。
(1) 依照《广东省建设工程高支撑模板系统施工安全管理办法》的规定, 本工程高支模立柱4.5m以下部分, 设置3道的纵横水平拉杆;立柱4.5m以上部分每增高1.5m相应加设一道水平拉杆。剪刀撑纵横设置, 距离为5m;斜杆与地面夹角为45°~60°。
(2) 所有立杆底部设置10×10×0.5cm钢垫板离地面30cm设置纵横扫地杆。
(3) 设置纵横向水平拉杆, 竖向间距1.6m;拉杆端部均顶住剪力墙、柱或紧箍柱和墙, 防止模板支架移位。
搭设人员必须具有登高工特殊工种上岗证, 在进场施工前, 首先必须进行安全三级教育, 保证教育时间, 经过三级教育后在经过统一的考试, 合格后方能上岗。然后, 在进行操作前, 还必须由工地施工员、安全员和班组长对本次作业的技术要求、特点、安全重点进行安全技术交底和班前安全活动。通过这两方面的教育和交底, 提高了操作人员的安全意识, 减少了违章行为, 为下一步施工过程中的安全起到了重要作用。
支模架与普通操作架比较, 除了满足施工操作的要求, 还必须满足混凝土结构的承重要求。所以在搭设时, 首先必须严格按照《建筑施工安全检查标准》 (JGJ59-99) 、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ130-2001) 和施工方案进行搭设, 其次在施工时还必须注意以下几个方面:①现场设警戒区域, 张挂醒目的警戒标志;②配备地面监护人员, 制止操作人员的违章行为, 防止非操作人员进入警戒区域, 并对搭设过程中遇到的问题及时处理或报告;③搭设时必须建立安全可靠的人员进出、材料运输通道和作业环境, 禁止野蛮施工;④搭设过程中及时对支模架的各项力学指标进行检测, 例如采用扭力扳手来检测扣件是否达到要求等。
搭设完毕后, 采用班组自检、项目部检查和公司及有关专家组共同检查的三级验收制度, 对照规范和施工方案对架体进行验收, 除了对有关力学性能和杆件连接形式、结构进行测试外, 还必须对架体的垂直度等指标进行测量, 未经技术和安全验收合格, 不得进行下一道工序施工;尤其是支架未加固完成, 不得在上部从事吊运钢筋或其他作业。
虽然经过了周密的计算和采取了必要构造措施, 但由于支模架高度较高, 而且无法设置足够的连墙杆, 如果浇捣走向不合理, 也会对支模架的稳定性产生一定的影响。因此, 根据施工规范的要求和施工缝留置方案, 分两组人员从梁板的边缘向施工缝处进行浇捣, 分层时浇捣时减少各层的厚度, 尽可能做到受力均匀。同时, 还配备了专门人员对混凝土泵车的行走路线等进行统一安排与协调, 确保施工计划的顺利进行。
为了处理突发事件, 保证施工安全, 还建立了应急预案。专门成立了应急班组, 其成员由各分管分项工程的施工员带领, 抽调各班组精兵强将, 进行全过程观察控制及监督实施。还准备好各种应急物资, 如钢管、楔子、方木、轧头等相关工具设备。
本工程高支模支撑系统按照现行规范、标准、规定等进行设计与验算, 并切实做好材料选用、施工过程控制及安全管理工作, 未出现支架下沉、涨模、结构开裂等质量问题和安全事故, 成功实现预期管理目标。
摘要：本文结合工程实例, 论述了扣件式钢管脚手架高支模支撑系统的设计计算及施工管理要点。
关键词：高支模系统,扣件式钢管,脚手架
推荐阅读：
简洁钢管运输合同05-26
