摘要：在高大空间结构的施上中，一直缺乏系统的高支撑脚乎架体系的设计计算规范，尽管在一此地方性的文件中提出了高支撑的相关要求，本文主要通过某办公楼工程实例，并参照相应的规范，着重介绍了扣件式钢管脚手架在高、重、大跨度梁板模板支撑中的设计及其施工方法，并借鉴前人的经验编制了本施工方案，抛砖引玉，供大家参考。
关键词：扣件式,脚手架,设计,施工
0 引言
对于钢管架，对比门式脚手架来说，布置方式更灵活，可视荷载的大小而决定其荷载的大小而决定其间距的疏密，其整体性也相对较好，特别是对于楼层高度和荷载都较大的支撑系统，有十分广阔的应用前景。长期以来在钢筋混凝土结构的施工中，最可靠的安全保证是模板及其支撑要具有足够的承载力、刚度和稳定性。多、高层建筑的地下室及群楼用作公共活动场所日趋普遍。由于消防、空调安装、吊顶或建筑物造型的需要，其层高经常超过4.5m，有的局部达到8～10m。因此，其施工的难度增大，为确保安全，必须进行高支撑模板系统的设计计算。而目前多以扣件式钢管脚手架作为模板支架，但由于很多项目经理、技术人员对超常规砼结构支模的重要性和严重性认识不足，对扣件式钢管排架支撑的承载力决定因素认识不足，导致了几例典型的模板支架倒塌事故，如南京电视台演播大厅屋盖模板支架整体倒塌、中国银行苏州分行综合业务楼共享空间屋盖模板支架整体倒塌等重大事故。本文主要通过工程实例，并参照相应的规范，介绍了扣件式钢管脚手架在高、重、大跨度梁板模板支撑中的设计及其施工方法，并借鉴前人的经验编制了本施工方案，抛砖引玉，供大家参考。
1、工程概况：
江门市某办公楼工程为七层框架混凝土结构，首层层高4.5m，二层以上层高3.0m。在地下室 车库斜道入口处，由于首、二层架空，三层梁板中B2、B5轴交B-J～B-M轴的梁为转换梁，梁上立柱，梁截面分别为800×1800和600×1800，是本工程的最大梁截面。梁板面标高为+ 7.5m，根据“广东省建设工程高支模系统施工安全管理办法”中的规定，属于高支模。此层的支模方案就要考虑计算，以确定在大荷载、高净空下合理安全地布置支撑系统，确保其承载力和稳定性满足要求
2、搭设方案：
2.1、搭设材料及尺寸：
本工程大悬挑结构的模板支架采用扣件式钢管脚手架，立杆支撑在一层地面和二、三层楼面上。主要采用外径48毫米、壁厚3.5毫米的钢管，其材质应符合GB700-793号钢的技术条件。扣件式联接采用铸铁扣件，应采用KT-33-8可锻铸铁扣件，绝对不能用铅丝绑扎。材料部门定货采购的钢管、扣件等，必须规格统一，材质优良，并应有出厂证明书和合格证书。连墙件的材质应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235—A级钢的规定。
考虑要利用悬挑部位原建筑外脚手架做为支撑的一部分，故取定立杆纵横间距为原外脚手架柱距的一半，均为700mm，水平杆纵横向间距为700mm，立杆步距取1500mm。南侧支撑布置、北侧支撑基本相同。
2.2、构造要求：
①立杆间连接宜采用对接扣件，为使接头按规范要求相互错开，底部立杆间隔交叉采用6.0m、6.5m钢管，上部立杆采用4.5m、5.0m钢管。
②在支撑体系四边与中间每隔4排立杆从底到顶搭设竖向剪刀撑，纵向3道，横向7道。
③每层砼施工分两步进行，先浇筑框架柱，待其到一定强度后与支撑体系做刚性连接后再浇楼面砼，以增强支撑体系的整体稳定性。
④支撑体系与结构通过框架柱和预埋钢管作刚性连接，连墙件偏离主节点不大于0.3m，两部五跨，从底部第一步纵向水平杆开始设置。南京十年一遇风压为0.25KN/m2，本模板支架为敞开式脚手架，仅局部设安全网，且每个连墙件覆盖面积<30m2，故验算时可不考虑风荷载作用。
⑤在基坑回填土上支设立杆时，回填土必须分层夯实，其上做8㎝碎石垫层和8㎝厚C20的砼面层，立杆下设底座和50×300mm木条。且在离底座底30cm处设置纵横向扫地杆。为防雨水浸泡地基，在支撑体系最外侧立杆外2.0m处设置一浅排水沟。
⑥每根立杆上相邻步距的大横杆交替设置于立杆的内外侧，以减小立杆的偏心荷载。
⑦整个体系设置3个加强层。
3、支撑稳定验算：
梁、板下支撑立杆纵横间距为0.7m，立杆步距为1500mm。φ48×3.5钢管截面积A=489mm2，抗压强度设计值为：f=205N/mm2，回转半径i=15.8mm。立杆长细比λ=L0/I=1500/15.8=94.9。立杆轴心受压时，据立杆长细比λ查《钢结构设计规范》得Ψ=0.63。故立杆轴心受压时的稳定承载力设计值为：
F=ΨfA=0.63×205×489=6.32t。
3.1 板下支撑稳定验算：
⑴设计荷载：
恒载 模板以及钢管支撑自重：0.55t/㎡
新浇砼重量：0.11×2.400=0.264t/㎡
钢筋重量：0.11×0.250=0.0275t/㎡
∑=0.842t/㎡
活载 施工人员及设备重量：0.10t/㎡
泵送砼倾倒产生荷载：0.40t/㎡
振捣产生的荷载：0.20t/㎡
(现场施工情况复杂，为安全见，取三荷载之和∑=0.70t/㎡
设计荷载q=1.2×0.842+1.4×0.70=2.00t/㎡
⑵支撑验算：
①钢管支撑的稳定性计算：
作用在立杆上荷载为N=2.00×0.72=0.98t
②钢管扣件抗滑验算：
当立杆长度与支模长度相差较小时，可在立杆顶加可调支托进行调高。否则可用两只旋转扣件作钢管接长。作用在立杆扣件上的荷载为N=0.98t<1.2t，故立杆双扣件搭接能满足抗滑要求。
3.2 承受上层结构及支撑体系荷载的结构楼板的承载能力验算(以门厅屋面板为例)：
板厚： δ=11㎝
双向板底筋： φ8@200
双向支座负筋： φ8@200
板底最大弯矩：
Maz=0.0367ql2=0.0367×2.00×10×2.42=4.23KN·m
支座最大弯矩：
Mao=-0.0784ql2=-0.0784×19.34×2.42=-9.03KN·m
板上下配筋均为φ8@200，As=As，=251mm2,
砼已达设计强度C35,fcm=19.1Mpa
ho=h-(c+d/2)=110-(15+8/2)=91m
X=fy*As/(fc*b)=210×251/19.1×1000=2.76mm
Mu=fc*b*X* (ho-x/2)=19.1×1000×2.76×(91-2.76/2)
=4.72KN·m>Maz=4.23KN·m，板底配筋满足要求;
Mu=4.72KN·m<9.03KN·m，板面负筋不能满足承载能力要求。
故该楼板下层必须增设支撑。采用在上部支撑下原位重新顶上支撑，立杆顶部与砼面接触处用木方顶紧，底部与砼楼地面间设50×300mm的垫木。
3.3 F、A轴大梁梁下支撑稳定计算：
取受荷载较不利的大梁――F、A轴上九层楼面的连续梁计算，其截面300×1000。其最不利受荷是当其正上方第十层梁浇筑时，两层梁的恒载和施工活载传到支撑立杆上，其荷载计算如下。
1)设计荷载：
恒载 模板自重： (0.3+2×1.0)×0.05=0.115t/m
新浇砼重量： 0.3×1.0×2.4=0.72t/m
钢筋重量： 0.3×0.20=0.06t/m
∑g=0.895t/m
活载 施工人员及设备的荷载：(0.3+0.35×2)×0.25=0.25t/m
(考虑浇筑施工时梁两侧各0.35m宽板带传给梁的荷载)
设计荷载 q=1.2×2×0.895+1.4×0.25=2.498t/m
(考虑十层梁浇筑时传给九层梁的恒载，恒载乘2)
2) 支撑验算：
梁支模仍采用广东省目前最典型的支模方式——钢管排架顶部水平钢管传力支模。梁自重及施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至水平钢管，水平钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆。这样立杆所受的力为偏心力，
偏心距为e=53mm，
偏心率ε=M*A/(N*W)=e*A/W=53×489/5000=5.18≤30，
据立杆长细比λ、偏心率ε查《钢结构设计规范》得弯矩作用平面内稳定系数Ψp=0.186。
故立杆偏心受压时的稳定承载力设计值为：Fp=Ψp fA=0.186×205×489=1.89t。
① 钢管支撑的稳定性计算：
作用在立杆上荷载为N=2.498×0.7/3=0.583t
② 件抗滑验算：
作用在立杆扣件上的荷载为N=0.583t <0.8t，故抗滑能满足要求。鉴于结构的重要性，在直角扣件下在增设一个等扣件。
3.4 檐沟边大梁梁底支撑稳定计算：
本结构九、十层悬挑结构设计为桁架结构，为满足设计要求，决定将斜梁施工缝留置在梁端2000m处;为减少支撑受荷，在梁内预留斜板钢筋，将梁板分开浇筑。
檐沟边大梁梁底支撑按整个支撑体系内立管间距700mm验算，确定其是否需要加密。因檐沟处纵横梁节点处荷载较大，取其下一榀排架验算。
1)设计荷载：
恒载 模板自重：
[(0.25+2×0.6)+(0.6×2+0.43×2)+0.5]×0.7×0.05
+(0.3×2+0.5×2)×2.0/2×0.05=0.220t
新浇砼重量：
[0.25×0.6+0.07×(0.6+0.43)+0.5×0.11]×0.7×2.4
+0.3×0.5×2.0/2×2.4=0.826t
钢筋重量(按砼重1/10计)：0.1×0.826=0.083t
∑g=1.129t
活载 施工人员及设备的荷载：
(0.6+0.25+0.5)×0.25×0.7=0.236t
设计荷载 q=1.2×1.129+1.4×0.236=1.685t
2)支撑验算：
⑴ 钢管支撑的稳定性计算：
顶部立杆杆底承受荷载N=1.685/2=0.843t
⑵ 扣件抗滑验算：
作用在立杆扣件上荷载N=1.685/2=0.843t>0.8t，单扣件抗滑不能满足要求。考虑结构的重要性，将梁下支撑立管加密至@350，并在节点下排架及左右两榀排架采用双扣件抗滑，这样能满足要求。
4、其他主要技术与安全措施：
1)九、十、十一层悬挑结构设计为桁架结构，此处各层挑梁在支模时需待顶层(十一、十层)梁砼强度达到设计要求时方可拆模。
2)参加支撑体系搭设的作业人员必须是持证上岗的架子工，作业时戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。对施工人员进行详细的技术、安全交底，施工中及时检查，对未按施工方案施工之处及时整改，浇筑前全面检查，确保万无一失。
3)剪刀撑、斜撑要随立杆、水平杆同步搭设，底层斜杆下端必须支撑在垫板上。施工中要经常校验立杆垂直度，全高垂直偏差不得大于架高的1/400，且不大于100mm。
4)加强对构配件的质量检查，不合格不准使用。
5)控制扣件螺栓扭力矩：采用扭力扳手，将扣件节点扭力矩控制在40～65N·m。
6)在支撑体系角杆上端设置避雷针，与整幢建筑物楼层内避雷系统连成整体。
7)在砼浇筑施工时，安排专人负责观察支撑有无异常响声、变形，发现异常情况立即通知现场施工人员撤离。
8)施工时要从建筑内侧向外侧平行浇筑，泵管尽量不要放到悬挑部位，施工人员不可在悬挑部位聚集太多。在砼浇筑施工前要向施工人员就这些注意事项详细交底。
5、设计与施工体会
1)按照规范要求，对木模板系统的计算是采用概率极限状态设计法的要求，采用分项系 数设计表达式进行的。因此，在高支模设计中，各种参数的取值是否合理，将影响计算数据的准确性和支撑系统的安全性。
2)本模板支架的基础虽为斜坡，但支承在经夯实并浇筑混凝土的地面上，支架基础很容 易满足支模施工和使用要求，因此，本设计对基础考虑得不多。当高、重、大跨度梁板模板支架支承在下层结构楼面上时，则要考虑下层楼面的结构承载力，必要时要进行加固处理。 当模板支架支承在泥土地面上时，应在平整、夯实后加设满足承载力要求的垫块支承立杆, 并采取排水措施。
3)经计算分析，钢管的承载力较大(可用步距调整)，其平面间距主要受木枋的强度和 刚度影响。当木枋的强度和刚度满足不了要求时，可考虑使用双木枋(即两条木枋叠起来使用)。由于木枋长度一般都是长2m，因此设计时垂直梁轴线方向的间距可以先定下来，一般 为2m的1/2、1/4或比之略小，而沿梁轴线方向的间距则要通过试算来决定。
4)于施工中产生的振动荷载较大，竖向支撑由扣件式钢管脚手架组成，而安装的误差 很难保证杆件在竖直的一条线上，因此扣件式钢管脚手架要排列整齐和顺直，并要及时安设好纵横向水平拉杆、剪刀撑等。上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。
5)由于支架的搭设是由架子工作业的，而支架上的模板系统则由木工来完成，因此，在 设计与施工过程中，要综合考虑各班组的情况，协调好各班组的工作，才能设计出既确保安全、方便施工，又节约钢管用量的支模系统。
参考文献：
1 建设部 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，《建筑安全》(2003.03)
