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模板支架立杆可调托座伸出顶层水平杆悬臂长度分析

2020-06-13 来源:好走旅游网
第49卷第4期2018年4月 建 筑 技 术 Vo1.48 No.4 Apr.2018 Architecture Technology 模板支架立杆可调托座伸出顶层水平杆 悬臂长度分析 王凤起 (中国建筑业协会,100081,北京) 摘要:模板支架立杆可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度,对模板支架的整体稳定性和局部稳定『生有 显著影响。通过梳理不同技术标准对此问题的不同规定,就如何理解与执行等进行分析。 关键词:模板支架;悬臂长度;可调托座 中图分类号:TU 755.2 文献标志码:B 文章编号:1000—4726(2018)04—0443-05 ANALYSiS OF CANTILEVER LENGTH FoR ADJ1【丁S,l1ABLE JAC KING OF FoRMWORK SUPPORT COLUMN WANG Feng-qi (China Construction IndustryAssociation,100081,Beijing,China) Abstract:Cantilever length for adjustable jacking has obvious influence on the whole satble bearing capacity and local stable bearing capaciyt for formwork support system.To expound the importance through summarizing the relevant provisions in different technical codes,SO then to expound the different provisions of various technical codes,and propose the technical points to fulfilling the technical requirement. Keywords:formwork support;cantilever length;adjusatble jacking 随着现代化建设和现代工程技术的发展,在建 定,阐述了立杆顶端悬臂长度的重要性,并就各技术 筑工程中位于极其重要地位的现浇混凝土结构工程的 标准的不同规定如何理解与执行等进行了分析。 施工中,模板支架在不断地发展和变化,不仅模板与 支架材料的品种和性能有了很大的拓展,其结构和构 2相关规定 造更为合理和可靠,构、配件更加系统、齐全和定型 2.1 GB 50204--2015《混凝土结构工程施工质量验 化,配合更加紧密且装拆更加便捷。然而由于各种原 收规范》 因,模板支架坍塌仍是近年来建筑施工领域安全事故 该规范无明确规定。 的高发区,超过一定规模的模板支架更是此类事故的 2.2 GB 50666--2011《混凝土结构工程施工规范》 高发区。 4.4.8采用扣件式钢管作高大模板支架时,支架 影响模板支架整体稳定性的因素是多方面的,其 搭设除应符合本规范第4.4.7条的规定外,还应符合 中模板支架立杆可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度 下列规定:宜在支架立杆顶端插入可调托座,可调 (以下简称立杆顶端悬臂长度,指模板支架顶层水平 托座螺杆外径不应小于36ram,螺杆插入钢管的长 杆中心线至可调托座支撑点的距离,用a表示)是重 度不应小于1 50 mm,螺杆伸出钢管的长度不应大于 要影响因素之一。立杆顶端悬臂长度对模板支架的整 300 mm,可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度不应 体稳定性和局部稳定性有很大影响,稳定承载能力随 大于500mm。 a值的增大而减弱。但近年来,随着相关技术标准的 4.4.9采用碗扣式、盘扣式或盘销式钢管架作 不断丰富和发展,对于同一问题出现了不同规定,使 模板支架时,支架搭设应符合下列规定:插入立杆 广大工程技术人员在编制模板工程施工方案和实际工 顶端可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度不应大于 程施工中对于立杆顶端悬臂长度的控制,产生了一定 650 mm,其直径应满足与钢管内径间隙不大于6 mm 的困惑。 的要求。架体最顶层的水平杆步距应比标准步距缩小 本文系统地梳理了不同技术标准对此问题的规 —个节点间距。 2.3 JGJ 162--2008《建筑施工模板安全技术规范》 收稿日期:2018-01-05 作者简介:王凤起(1962一),男,山东巨野人,高级工程师,主任, 6.1.9支撑梁、板的支架立柱安装构造应符合下 e-mail:wangfengqi1019@163.corn. 列规定:钢管立柱底部应设垫木和底座,顶部应设可 ·444· 建筑技术 第49卷第4期 调支托,u形支托与楞梁两侧间如有间隙,必须楔紧, 托撑托板顶面的距离不应大于650 mm; 其螺杆伸出钢管顶部不得大于200 arm,螺杆外径与 (3)可调托撑螺杆伸出长度不应大于300 mm, 立柱钢管内径的间隙不得大于3 utrn,安装时应保证 插入立杆内的长度不应小于1 50 mm; 上下同心。 (4)可调托撑螺杆外径与立杆钢管内径的间隙 不宜大于3 mI/1,安装时上下应同轴; (5)可调托撑上的主龙骨(支撑梁)应居中。 2.4 GB 50666--2011《建筑施工扣件式钢管脚手架 安全技术规范》 (1)6.9.1满堂支撑架立杆步距与立杆间距不宜 超过本规范附录c表c一2至表c.5规定的上限值, 3立杆顶端悬臂长度相关分析 立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度a不应超 3.1控制立杆顶端悬臂长度的重要性 过0.5 m。满堂支撑架搭设高度不宜超过30 m。 3.1.1模板支架稳定性的计算 (2)6.9.6满堂支撑架的可调底座、可调托撑螺 杆伸出长度不宜超过300mm,插入立杆内的长度不 得,J\于150mm。 2.5 JGJ 166--2016《建筑施工碗扣式钢管脚手架安 全技术规范》 6.3.3立杆顶端可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂 长度不应超过650 mm,可调托撑和可调底座螺杆插 入立杆的长度不得小于150mm,伸出立杆的长度不 宜大于300mm,安装时其螺杆应与立杆钢管上下 同心,且螺杆外径与立杆钢管内径的间隙不应大小 3 mm。 2.6 JGJ 231--2010《建筑施工承插型盘扣式钢管脚 手架安全技术规范》 6.1.5模板支架可调托座伸出顶层水平杆或双槽 钢托梁的悬臂长度严禁超过650 mm,且丝杆外露长 度严禁超过400 mm,可调托座插入立杆或双槽钢托 梁长度不得小于150mm。 2.7 JGJ 30o__2013《建筑施工临时支撑结构技术 规范》 5.1.5支撑结构顶端可调托撑伸出顶层水平杆的 悬臂长度(h )应符合下列规定: (1)悬臂长度(h:)不宜大于500mm; (2)可调托撑螺杆伸出长度不应超过300rnm, 插入立杆内的长度不应小于150mm; (3)可调托撑螺杆外径与立杆钢管内径的间隙 不宜大于3 rnlTl,安装时上下应同轴; (4)可调托撑上的主龙骨(支撑梁)应居中。 2.8 DBll/T 583--2015《钢管脚手架、模板支架安 全选用技术规程》 7.2.4模板支架顶部可调托撑应符合下列规定: (1)扣件式模板支架顶层水平杆中心线至可 调托撑托板顶面的距离不应大于500mm,满足表 7.1.3-8住宅工程不应大于650mm的要求; (2)碗扣式模板支架顶层水平杆中心线至可调 虽然整体稳定性验算和抗倾覆验算在近几年涉及 到模板支架工程的技术标准中被普遍重视,除了构造 性的规定,还逐步给出更明确更简便的计算方法,但 无论是早期的立杆稳定承载力计算还是近几年的模板 支架整体稳定承载力的计算,仍然是以立杆为单独构 件的稳定承载力计算作为基本形式,通过在计算式中 增加修正系数以达到验算模板支架整体稳定『生或局部 稳定性的目的。 在不考虑风荷载和实际存在的偏心距的情况下, 技术标准中均将模板支架的立杆简化为轴心受压杆 件,其稳定承载力的计算公式为: N/( ̄o.A)≤, (1) 式中:Ⅳ为轴心压力设计值; 为轴心受压稳定 系数,根据长细比 查表取值;A为轴心受压杆件截 面面积;.厂为立杆材料抗压强度设计值。 其中长细比为2=lo/i,式中:,n为计算长度;i为 截面回转半径,是立杆材料的截面尺寸的固有几何 特性。 风荷载和偏心距对立杆稳定承载力的影响应在 式(1)的左侧增加算式来进行补充。 3.1.2立杆顶端悬臂长度对立杆稳定性的影响 研究表明:在其他搭设参数相同的情况下,立杆 顶端悬臂长度(a值)对支架整体稳定承载力有很大 影响,承载力随a值的增大而减小,a值过大会导致 模板支架立杆因局部失稳而导致整体坍塌。立杆顶段 虽然会受主龙骨(楞梁)一定的约束,但仍将其视为 悬臂构件。 2008年以前有关模板支架的技术标准,虽然对 于立杆顶段悬臂长度会影响模架稳定陛进行了规定, 但并没有研究成果将模架总体高度对于稳定性的影响 列入模架稳定性的计算模型中。自2009年下半年开 始,修订或新颁发的有关技术标准均对模板支架立杆 的计算长度进行了整体稳定}生方面的修正。 有关规范规定内容如下。 2018年4月 王风起:模板支架立杆可调托座伸出顶层水平杆悬臂长度分析 .445. (1)JGJ l 62—2008《建筑施工模板安全技术规 术规范》进—步对水平杆是否连续及有无剪刀撑的框 程》虽然对模板立柱的稳定陛计算给出了计算式,但 架式支撑结构的各种支撑结构的立杆稳定性的立杆计 是在立柱承载力设计值和采用的立杆材质及规格确定 算长度和有剪刀撑框架式支撑结构和桁架式支撑结构 的情况下,对轴心受压, ̄-fee稳定系数取值起决定性作 的单元桁架局部稳定性验算时的立杆计算长度分别进 用的计算长度,仅按纵横向水平拉杆的最大步距计算, 行了修正。虽然不再将立杆顶段悬臂长度直接放在立 并没有确定立杆的悬臂长度在验算立柱稳定l生时如何 杆计算式,但也是根据悬臂长度与步距的比值,通过 计算。 查表的方式来修正立杆计算长度。 (2)JGJ 23 l—201O《建筑施工承插型盘扣件钢 此规范进一步指出,模板支架的整体稳定性与钢 管支架安全技术规程》的5.3.2规定:支架立杆计算 管材质、支架类型、步距、立杆步数、立杆纵横间距、 长度应按式(2),(3)计算,并应取其中的较大值: 扫地杆高度、立杆顶端悬臂长度、单元框架跨数、是 (2)  ̄=h%2ka (3) 式中:f0为支架立杆计算长度(m);a为支架 可调托座支撑点至顶层水平杆中线线的距离(m); h为支架立杆中间层水平杆最大竖向步距(m);h 为支架立杆顶层水平杆步距(m),宜比最大步距减 少—个盘扣的距离; 为支架立杆计算长度修正系数, 水平杆步距为0.5m或1m时,可取1.60,水平步距 为1.5m可取1.2;k为悬臂端计算长度折减系数,可 取0.7。 在这—规程中,通过立杆计算长度修正系数卵以 及立杆的悬臂端计算长度折减系数k对立杆计算长度 的修正来保证支架整体稳定。 这是在总结以往的模板支架局部或整体坍塌事故 基础上,借鉴工程结构可靠性设计的思想,在大量试 验与理论分析的基础上,提出模板支架整体稳定承载 力的计算式,虽然在表达形式上是对单立杆的稳定计 算,但实质上是对模板支架整体稳定幽 计算。 (3)JGJ 13o一-20ll《建筑施工扣件式钢管脚手 架安全技术规范》对于满堂支撑架顶部立杆段的计算 长度做出规定为: f0= 。(h+2a) (4) 式中:k为满堂支撑架立杆计算长度附加系数, 按表3.1采用;h为步距;a为立杆伸出顶层水平杆 中心线至支撑点的长度;应不大于0.5m,当0.2m< a<0.5m时,承载力可按线性插入值; ,为考虑满 堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度系数,普通型 构造按本规范附录c表C一2、表C.4采用;加强型构 造按本规范附录C表C.3、表C.5采用(表1)。 表1满堂支撑架立杆计算长度附加系数 高度H/m I H≤8 l 8<H≤10 f 10<H≤20 I20<H≤30 k l 1.155 I 1.185 I 1.217 l 1.291 (4)JGJ 30O一2013《建筑施工临时支撑结构技 否设置剪刀撑、水平杆是否连续等均有一定的关系。 (5)JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式脚手架安 全技术规范》的5.3.9条规定:模板支撑架立杆计算 长度应按式(5)计算: =向 ( +2口) (5) 式中:h为步距;a为立杆伸出顶层水平乜q"I长度, 可按650mm取值;当a=200mm时,取a=650mm 对应承载力的1.2倍;当200mm<a<650mm时, 承载力可按线性插入; 为立杆计算长度系数,步距 为0.6m,1.0m,1.2m,1.5m时,取1.1;步距为l。8m, 2.0m时,取1.0;k为立杆计算长度附加系数,按表2 采用。 表2立杆计算长度附加系数 架体搭设高度H/mIH≤8 I 8<H≤10l10<H≤20[20<H≤30 k I 1.155 I 1.185 l 1.217 l 1.291 注:当验算立杆允许长细比时,取k-=I.000。 该规范是与GB 51210---2016《建筑施工脚手架 安全技术统—标准的》(以下简称《统一标准》)同 步编制的,是按照《统一标准》的理论,并通过大量 试验进行统计分析,对碗扣式脚手架进行了系统的修 订。该规范中的支撑陡脚手架稳定性计算长度的表达 形式采用h+2a的传统表达形式,这隐含了将节点视 为铰接的基本假定,但应对h+2a的基本表达形式要 进行必要的修正,包括了对于步距、架体搭设高度和 立杆顶端悬臂长度的修正。 由此可以看出,模板支架稳定性的计算方法是随 着试验和理论的研究不断发展的,但不论是否考虑模 板支架的整体稳定眭而做出修正,在各相关规范稳定 承载力的计算中,均为立杆顶端悬臂长度对立杆计算 长度的影响列出了单独的计算式,实际工程和理论分 析表明,立杆顶端悬臂长度甚至对模板支架的稳定承 载力起着决定性作用。所以控制模板支架立杆顶端悬 臂长度,避免因模板支架局部或整体失稳而造成巨大 的生命财产损失是相当必要的。 ·446· 建筑技术 第49卷第4期 3.2对于立杆顶端悬臂长度不同规定的理解和执行 建议 较好,且立杆节点间距是模数化的,步距控制简便, 数值准确,但也会因此影响架体步距的调整,个别情 对于不同的立杆顶端悬臂长度规定的理解应建立 况下不能满足规范关于立杆顶端悬臂长度的规定。 在对相应技术标准计算模型和所使用的稳定承载力理 扣件式模板支架的横杆与立杆之间是通过扣件连 论的基础上。模板支架立杆稳定承载力的计算中,早 接的,是偏心传力,稳定眭稍差,且保证立杆纵横间 期是将杆件交点视为“铰”,简化为半刚性的多层多 距和步距准确性的措施较为繁琐,但因扣件连接也使 跨空间框架结构进行单立杆计算;后期是在总结工程 步距的调整较为灵活,容易满足规范关于立杆顶端悬 安全事故的的基础上,通过试验与理论分析,将杆件 臂长度的规定。 交点作为半刚性节点进行处理,更符合实际情况,且 除根据模板支架本身的特点来确定模板支架的选 综合分析研究了模板支架的支撑高度、宽度比及斜杆 型外,还应考虑工程特点,如模板支架的基础或支撑 (或剪刀撑)的配置率等因素的影响而进行的修正, 是在整体稳定性的角度提出的计算方法和构造要求。 (1)对于扣件式钢管模板支撑架,由于杆件之 间是通过扣件连接的,除对接接长外,杆件之间的连 接均不是轴心对正的,力的传递是偏心的,当杆件规 格、架体构造和连墙设置等条件相同时,其稳定f生承 载能力比碗扣式、盘扣式等近乎轴心传力的模板支撑 架差,所以更严格地控制立杆顶端悬臂长度有利于保 证其整体稳定陛。 (2)对于立杆顶端插入的可调托座,螺杆直径 小于立杆直径,两者惯洼矩不同,且螺杆与立杆之间 存在一定缝隙,在施工操作中无法保证两者之间是绝 对同轴的,总会存在一定的偏心,且在螺杆发生做倾 斜的情况下,偏心矩会因插入立杆中长度的减少和伸 出立杆外长度的增加而增加。所以控制螺杆外径与立 柱钢管的间隙、插入立杆顶端的长度和伸出立杆外的 长度是保证模板支架稳定陛的重要措施之一。 (3)随着各种真架试验的开展及半刚性节点结 构的设计理论与计算方法的研究,模板支架稳定承载 力的计算和影响因素越来越走近于工程施工实际,所 以在立杆顶端悬臂长度的控制上,采用更新的技术标 准更能保证模板支架的稳定承载力;另外,应遵从技 术标准的分级与服从原则。 (4)近年来的研究和有关模板支架的技术标准 都表明,按如下的规定有利于施工作业和保证模板支 架的稳定承载力。1)可调托座的螺杆伸出钢管长不宜 大于300ram,插入立杆内的长度不宜小于150mm; 2)偏心传力的扣件式架体的可调托座伸出顶层水平 杆的悬臂长度不应大于500 mm;3)轴心传力的碗扣 式、销固式等架体的可调托座伸出顶层水平杆的悬臂 长度不应大于650mm。 3.3立杆顶端悬臂长度控制的技术要点 3.3.1 选用合适的模板支架种类 碗扣式、销固式等模板支架是轴心传力,稳定性 面标高的不同、支撑高度是否满足模数等。当因为存 在不同板厚、升板、降板、斜板、踏步等情况时,若 采用碗扣式支架或承插式支架则不易实现立杆同一步 距节点设置纵横水平杆的构造要求;当支撑高度不满 足模数时,使用碗扣式或承插式模板支架则不易满足 立杆顶端悬臂长度的限制,则可选用其扣件式等模板 支撑架。 3.3.2合理确定架体步距 架体的步距在满足模板支架稳定承载能力计算的 基础上,应根据规范中关于扫地杆和立杆顶端悬臂长 度的规定,通过调整架体的步距,使其满足稳定承载 力和构造的要求。 3.3.3做好构配件计划及其质量控制 应根据模板支架方案做好构配件计划,应根据不 同的立杆纵距、横距和不同的支撑高度分别做出不同 规格的杆件计划,并应注明使用部位。 构配件的计划数量要充足,避免因数量不足而导 致工人在施工过程中减少水平杆的设置导致步距过大 或立杆顶端悬臂长度超出规范规定的问题发生。 对于因不同板厚、升板、降板及踏步等造成的立 杆基底标高和支撑顶标高的不同,以及因不同的梁高 与板的高差而造成的模板架体支撑高度的不同,应分 别做出不同的构配件计划。 根据构配件计划,将不同部位的杆件进行标记, 模板支架搭设时按标识使用杆件,确保满足构造要求。 规范对于立杆顶端悬臂长度和可调托撑螺杆伸出 长度的限制是按标准构配件进行规定的,如果进场的 构配件直径或壁厚小于规范允许偏差,那么将大幅降 低模板支架的稳定承载能力,所以必须按规定对构配 件进行检查验收,必要时应进行取样送检。 3.3.4减小顶层步距 当立杆顶端悬臂长度超过规范规定时,可采取在 顶层增加纵横向水平杆或减小顶层步距的措施以满足 规定。 2018年4月 王凤起:模板支架立杆可调托座伸出顶层水下杆悬臂长度分析 .447. (1)JGJ l66—2016《建筑施工碗扣式钢管脚手 架安全技术规范》中5.3.9条规定模板支撑架立杆计 (1)有剪刀撑时的扫地杆高度与悬臂长度修正 系数 和高度修正系数 均为l,那么立杆计算长 算长度为lo=kp(h+2a),JGJ 130—2011《建筑施工扣 度与无剪刀撑时相同,均为lo=ph。 件式钢管脚手架安全技术规范》规定满堂支撑架顶部 《建筑施_r=承插型盘扣件钢管支架安全技术规程》中 5.3.2条规定lo=h'+2ka,由以上计算公式可看出:减 (2)扫地杆高度h 与步距h之比 跟悬臂长 立杆段的的计算长度为f0=舡。(h+2a),JGJ 231—2O10 度h:与步距2.33之比 中的较大值a=O.2。 (3)单元框架 向跨距 与步距h之比 =1。 (4)无剪刀撑和有剪刀撑的框架式支撑结构的 小步距有利于立杆计算长度的减少,则架体的稳定承 刚度比相等,均为K=0.665。 载力将会提高。 (2)JGJ 1 62—2008《建筑施工模板安全技术规 范》的6.1.9条规定:支撑梁、板的支架立柱构造与 安装“当层高在8-20m时,在最顶步距两水平拉杆 中间应加设一道水平拉杆;当层高大于20m时,在 最顶两步水平拉杆中间应分别增加一道水平拉杆。” (3)JGJ 23 1—2010《建筑施T承插型盘扣件钢 管支架安全技术规程》的5.3.2规定:h’(支架立杆 顶层水平杆步距)宜比最大步距减少一个盘扣的距离。 (4)GB 50666--2011《混凝土结构丁程施T规 范》的4.4.9条规定:采用碗扣式、盘扣式或盘销式 钢管架作模板支架时,……架体最顶层的水平杆步距 应比标准步距缩小一个节点间距。 (5)JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式钢管脚手 架安全技术规范》的6.3.5条规定:对安全等级为I 级的模板支撑架,架体顶层两步距应比标准步距缩小 至少一个节点间距,但立杆稳定性计算时的立杆计算 长度应采用标准步距。 3.3.5设置剪刀撑 设置剪刀撑虽然不是直接控制立杆顶端悬臂长 度,但剪刀撑的设置可减少立杆顶端的悬臂长度对模 板支架体系整体稳定『生的影响。剪刀撑的设置在与模 板支架有关的规范标准中基本上都做出了规定。 现根据JGJ 300—201 3《建筑施工临时支撑结构 技术规范》,举例计算不组合风荷载时,无框架式支 撑结构在无剪刀撑和有剪刀撑的情况下,轴心受压构 件的立杆长度系数 (可由此确定立杆计算长度fn、 计算长细比 ,查得轴心受压构件的稳定系数妒,以 进行立杆稳定性计算)。 为便于比较有无剪刀撑对模板支架整体稳定 性的影响,做如下假设:采用扣件式模板支架,支 撑高度 为5m,立杆步数n 为3,扫地杆高度h 为200mm,悬臂长度h,为300mm,步距为1.51TI, 立杆纵向间距和横向间距均为1.5 m(即fm。 =fa= /b=l ̄=/y=1.5ITI),节点转动刚度k=-35kN·m/rad,单元 框架双向跨数n 均为3。 (5)按水平杆连接的情况,查表得无剪刀撑框 架式支撑结构的计算长度系数 =2.33;有剪刀撑框架 式支撑结构的计算长度系数 =1.56。 由些可见,设置剪刀撑时立杆计算长度较无剪刀 撑时小,会降低立杆顶端悬臂长度对模板支架稳定性 的影响,增强架体的稳定承载能力。 4结束语 了解模板支架稳定承载能力的工程经验教训、试 验方法的改进和理论研究的发展方向,可以很好地理 解相关技术标准对于模板支架立杆顶端悬臂长度不同 规定的原因,明确此规定的重要性,从而可以采取各 种有效的技术措施来保证工程施工中符合相关技术标 准的规定。 参考文献 …1 建筑施下碗扣式钢管脚手架安令技术规范:JGJ 166—201 6[s]. 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