论大厦高支模架的设计与施工

　　摘要：本文结合广州市某工程实例，对在扣件式钢管高支模架体系的施工设计中，施工方案的编制依据、支模架材料的选用参数取值、高支架设计与计算，以及施工节点和支撑体系的设计与施工过程的安全管理等事项进行了论述。
　　关键词：建筑工程；扣件式钢管高支模架；方案设计；构造措施；安全管理
　　
　　按照建设部建质[2004]213号文规定，水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m为高支模架工程。高支模架工程一直是结构施工中质量安全控制的重点。由于扣件式钢管支模架取材容易(钢管、扣件同普通外架)、搭设方便、成本较低，因此扣件式钢管支模架应用十分普遍。然而，由于影响使用扣件式钢管支模架的因素很多，致使近年的安全事故也呈上升趋势。针对施工中易出现的安全问题，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)》(以下称：技术规范)要求，今以某大厦工程为例，对扣件式钢管高支模架的设计与施工进行讨论，总结已成功实施的多项高支架工程经验，作为扣件式钢管高支模架的设计、施工的参考。
　　1工程概况
　　某大厦工程总建筑面积86829m2，建筑高度99．45m，地上28层，地下1层。其底层南侧圆弧形大堂，③轴一⑦轴／④轴一⑩轴部分层高9．45m和13．95m，结构施工支模承重架为高支模架。最大梁截面为400mmx1000mm，梁跨度12m，板厚130mm。支撑体系如图1所示。
　　
　　图1支撑体系剖面示意图
　　
　　2扣件式钢管高支模架施工方案设计
　　高支模架专项方案必须根据工程结构形式、荷载大小、基础情况、施工设备、施工方式和材料供应等条件进行编制，以确保高支模架具有足够的承载能力、刚度、稳定性，使之能可靠地承受结构重量、混凝土的侧压力及其它施工荷载。
　　2．1方案编制
　　依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)》、《混凝土结构设计规范(GB50010-2002)》、《建筑结构荷载规范(GB50009-2001)》、《钢结构设计规范(GB50017-2003)》等规范和工程结构施工图及现场实际情况。
　　2．2支模架材料的选用及参数取值
　　本工程选用φ48×3．5钢管、扣件。支模架材料选用应首先考虑与外架统用的φ48X3．5钢管、扣件，以便于材料的采购。钢管、扣件须经有资质的检测单位检测合格，且每批钢管、扣件都应有出厂合格证。
　　由于一般工程上使用的钢管均属已周转多次的旧钢管，虽经抽检合格，但仍不能保证所使用的钢管100％与检测结果一致，因此，在计算中钢管的壁厚要根据检测结果适当折减，如壁厚3．5mm钢管计算按3．2mm。本工程所采用的钢管已经使用过一个工程，故计算时壁厚按3．2mm。
　　扣件抗滑承载力取值。当直角扣件的拧紧力矩达40～65N•m时(《技术规范》中规定，扣件在螺栓拧紧力矩达65N．m时不得发生破坏)，试验表明：单扣件在l2kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8．0kN；双扣件在20kN的荷载下会滑动其抗滑承载力可取12．0kN。当使用旧扣件时，其承载力宜折减，一般取折减系数0．8。本工程扣件抗滑承载力取折减系数0．8。
　　2．3高支撑架设计、计算
　　2．3．1高支撑架立杆间距与横杆步距设计以本工程最大梁(400×1000)为例，模板支撑及构造如图2所示。
　　
　　图2模板支撑及构造断面图
　　①梁下立杆纵距(沿跨度方向间距)设计应考虑以下两个因素：其一，宜与板支架立杆间距统一考虑。尽量使梁板支模架水平杆拉通，使梁支撑体系与板支撑体系连成整体。一般板立杆间距可设计为1．0～1．2m，梁立杆间距0．5～0．6m，即粱立杆增加一倍。如图3所示。其二，考虑梁的跨度，立杆宜沿梁跨度方向等分布置，使立杆受力均匀。因此，本工程梁下立杆纵距取0．5m，板立杆间距取1m。纵横向水平杆均拉通。
　　
　　图3梁下立杆
　　②梁下立杆横向间距设计：一般情况下比梁宽大400mm。当梁纵横方向均有几跨时，宜综合考虑柱截面大小，立杆横距比柱大300mm为妥，使梁纵向横杆能全跨拉通，以增加整体稳定性。
　　③当线荷载小于1．5kN／m或梁宽小于500mm时宜采用木方支撑平行于梁截面方式，梁底中间不宜增设立杆，以免产生梁底立杆受力集中现象。当梁线荷载较大或梁截面宽大于500mm，梁底中部考虑设置2排立杆，梁底方木支撑垂直于梁截面，使承重横杆的计算变成3跨连续梁，从而使它承受的弯矩减少。
　　④支撑架步距设计：由于高支模架高度高、立杆稳定性要求严格，步距按常规设置无法满足安全要求，因此高支撑架步距以0．9～1．5m为宜，不宜超过1．5m。施工中各道步距可根据实际高度作相应调整上大下小。
　　2．3．2荷载取值模板自重：0．35kN／m2；钢筋自重：1．50kN／m3；施工均布荷载标准值：2．5kN／m2；振捣混凝土荷载标准值：2．0kN／m2；混凝土的重力：24．000kN／m3；
　　计算设计值时，模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值应乘以分项系数1．2；施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值乘以分项系数1．4。
　　在实际计算时应特别注意，实际如采用泵送则勿将泵送冲击荷载漏算；计算承重立杆稳定性时应将立杆承重范围内的楼板混凝土荷载考虑进去。如用软件进行支架安全验算时，应手工调整荷载值，以确保支架安全。
　　2．3．3支撑架受力计算必须验算的内容有4个:
　　①梁底支撑的计算：本工程梁底支撑采用方木，方木需进行强度及抗剪验算，计算简图如图4。
　　
　　图4方木强度及抗剪验算
　　方木强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。具体计算步骤略。本工程方木最大应力计算值14．783N／mm2小于方木抗弯强度设计值[f]=17．000N／mm2；方木受剪应力计算值0．739N／mm2小于方木抗剪强度设计值[T]=1．600N／ram2；方木的最大挠度ω=2．501mm小于方木的最大允许挠度[ω]=4．000mm2。方木的强度、抗剪、挠度满足要求。
　　②梁跨度方向钢管的强度计算：作用于支撑钢管的荷载包括梁与模板自重荷载，施工活荷载等，通过方木的集中荷载传递。
　　支撑钢管按照集中荷载作用下的简支梁计算，计算简图如图5。
　　
　　图5简支梁计算
　　具体计算步骤略：
　　支撑钢管的最大应力计算值52．088N／mm2小于支撑钢管的抗弯强度设计值205．00N／mm2，满足要求!
　　③扣件抗滑移的计算：按规范表5．1．7，直角、旋转单扣件承载力取值为8．00kN，按照扣件抗滑承载力系数0．80，本工程实际的旋转单扣件承载力取值为6．40kN。
　　本工程支撑钢管传给立杆的竖向作用力为3．942kN，小于6．40kN，单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
　　④梁两侧立杆的稳定性计算：作用于立杆底部的轴心压力设计值，包括承重横杆传来的竖向作用力、脚手架钢管的自重、楼板的混凝土模板的自重、楼板钢筋混凝土自重荷载。具体计算步骤略，钢管立杆的压应力σ42．712N／mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205．00N／mm2，稳定性满足要求!
　　3施工节点、支撑体系的设计
　　3．1支撑架每一步均设置纵横方向水平杆实际操作中横向水平杆跳开数排设置或不拉通的现象十分普遍，这样势必造成立杆在横向无支撑体系，无形中增大了立杆的计算长度，降低了立杆的稳定性，导致整个架子的承载能力下降。
　　3．2设置水平剪刀撑
　　按照《技术规范》的要求，满堂高支撑架两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑，以增强支撑体系的横向稳定性。
　　3．3竖向剪刀撑的设计
　　沿高支架四周满设剪刀撑，中部主框架梁或中间每隔4排支架立杆设置一道竖向剪刀撑，由底至顶连续设置。剪刀撑斜杆与地面的倾角宜在45o～60o问，斜杆的接长宜采用搭接，搭接长为1m，用3个旋转扣件固定。
　　3．4顶部支撑点的设计
　　承重横杆与立杆连接：当设计最大支座反力大于8kN时，横杆与板底立杆的连接扣件采用双扣件；当最大支座反力大于12kN时，采用钢顶托方式连接。
　　3．5柱钢箍与梁支撑架连接
　　宜先浇筑框架柱混凝土，模板承重架利用柱作为连墙件，上、中、下三点以增加安全系数。连接方法如图6。
　　
　　图6柱钢箍与梁支模架连接详图
　　4施工过程的安全管理
　　(1)高支模架地基支座处理：保罗大酒店高支模架立在地下室顶板上，故在大堂顶结构未浇筑时不拆除地下室模板支架。一般情况下，当支模架立在自然地面或回填土上时，宜先浇筑地面基层混凝土，再搭设架子，以提高支模架基础承载力。保证支架不下沉，此种情况多见于厂房工程；当支模架搭在楼层结构上时，应对楼层结构承载力根据现场实际情况进行验算，因高支撑荷载较大，一般在上层结构混凝土未浇筑之前，不宜拆除下部结构支模架。另外，每根立杆下设垫板，以保证有很好的承载能力。
　　(2)严格按照方案设计尺寸搭设，保证立杆间距和水平杆步距符合方案要求。在搭设前，事先考虑好立杆和水平杆接头位置。立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置。立杆搭设时，必须采用“一”字扣连接，绝对不允许采用中途倒挂短钢管。钢管搭接接头在同一水平面上按50％错开。
　　(3)确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《技术规范》的要求。2m高度的垂直偏差小于I5mm，使每根立杆均能有很好的承载。
　　(4)确保扣件和钢管的质量：每个扣件的拧紧力矩都要控制在45～60N•m，用力矩扳手进行校合。
　　(5)竖向剪刀撑对保证架体的稳定性具有重要作用，必须严格按专项方案和规范要求设置。
　　(6)在搭设施工过程中有专人负责搭设过程中的安全，并逐级进行详细的安全技术交底。
　　(7)精心设计混凝土浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载；实际施工中如有条件应尽量采用由中部向两边扩展的浇筑方式。
　　(8)严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施；在混凝土浇捣的过程中，混凝土不得大量堆积在同一处，禁止无关人员站在楼板上面。
　　(9)浇筑混凝土前必须检查支撑是否可靠、扣件是否松动。浇筑混凝土时必须由模板支设班组设专人看模，随时检查支撑是否变形、松动，若出现问题应组织人力及时恢复。
　　5结语
　　(1)某大厦工程大堂顶结构一次性浇筑完毕，未发生任何意外情况，拆模后经测量挠度数据基本为0，仅表现为测量误差，支撑体系稳定。说明支模架设计和施工是成功的。
　　(2)总结某大厦工程和众多扣件式钢管高支模架工程经验，由于扣件式钢管高支模架取材容易，施工方法简便，因此成本较低。具体使用中只要经过详细设计计算，构造措施到位并合理搭设，其安全性能是有保障的。
　　(3)扣件式高支模架在方案设计计算时，应特别注意四个问题：根据现场实际情况计算荷载；扣件、钢管承载力应根据检测结果取值或乘一个折减系数；方木承重横杆强度、扣件抗滑移、立杆稳定性等必须经过验算满足要求；梁板立杆间距宜统一考虑，水平杆尽量拉通，形成整体。
　　(4)高支模架工程的构造措施很重要，必须采取足够的构造措施来保证支模架的稳定性。例如支撑中设置剪刀撑及加强层、支模架与柱可靠连接等。
　　(5)在支模架体系搭设过程中还必须加强中间检查。混凝土浇筑前，技术人员特别是出方案者必须会同施工项目部和监理部共同对支模架体系进行彻底检查，并且有完整的验收记录。
　　(6)施工企业方案编制后应组织专家进行论证，按专家的意见进行补充完善，确保工程的质量和安全。