房屋建筑扣件式钢管模板支架立杆
间距的确定
刘建民 曹普田 李慧民 (1.西安建筑科技大学,陕西西安710055;2.西北工业大学,陕西西安710072) 时间：2021.02.03 创作：欧阳体 摘要:以10个典型工程的调研数据为基础,根据现场模板支架的实际构造,提出了模板支架立杆计算长度的确定方法,用这种方法分析并给出了楼板模板支架和梁模板支架兼作楼板模板支架时立杆的安全间距,分析结果与现场调研结果有较好的一致性,可用于指导实际施工。 关键词:扣件式钢管模板支架;立杆间距;计算长度 中图分类号:
0前言 在目前的大多数房屋建筑工程施工中,对模板支架的稳定性都未进行过设计计算,其立杆间距、步 距等都是依据经验确定的。本文作者根据对西安市正在施工的一些建筑工地的实地调查结果所进行的分析研究,给出常见情况下民用建筑施工模板支架立杆的间距计算方法及典型结果。
1扣件式钢管模板支架施工的现实状况
欧阳体创编 2021.02.03 欧阳美创编 2021.02.03
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作者共走访了10个典型工地(9个工程模板支架高度大于4m),与各项目技术负责人进行了交谈,察看了施工组织设计,并对模板支架的实际构造情况进行了观察记录,还实地量测了模板支架的立杆间距、步距、扣件拧紧程度等,由于所调研的工程都还正在施工,此处略去相关的其它详细资料。
大体情况如下:
(1)支架立杆间距最大值为1.5m,一般在0.6~1.4m之间,纵向和横向间距一般不一致,沿着大楞木方向间距较小。两个方向上立杆间距都不均匀,且差异较大(最大者达30cm)。
(2)与立杆相交的水平杆布置:绝大多数工程只在一个方向上是比较齐全的,而在另一个方向上一般隔一见一布置。
(3)一般无扫地杆,无水平向及竖直向剪刀撑。
(4)连接立杆与各横杆的直角扣件拧紧合格率只有30%左右;主要是偏松。
(5)所有梁下设置的立杆或沿着梁两侧设置的立杆,均是通过纵横向水平杆与板下支架的立杆连接在一起的。
(6)几乎所有项目都没有详细的模板支架施工方案或施工图,也未见模板支架设计的计算过程资料。
2关于扣件式钢管模板支架的计算
模型 对于脚手架的计算,目前人们已有了较为深入的认识,提出了多种计算模型:
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铰接架模型[1] 、排架 模型[2]、刚性节点框架模型[3] 、半刚性节点框架模型[4,5]等，其中，利用半刚性节点框架模型进行的有限元分析与整架试验结果取得了很好的一致性。由于在某种意义上,脚手架可以看作是模板支架的特殊情形,这样,将脚手架的半刚性节点框架模型用于模板支架分析似乎是顺理成章的,但前提是所有扣件的拧紧程度应达到规范 [6] 规定的数值。也有研究者[7] 从升板结构的施工计算模型推论提出,按排架进行模板支架的计算。
但如上所述,由于大部分扣件拧紧程度达不到规范规定的扭矩,致使立杆与水平杆件之间的连接远远达不到半刚接的程度;又因水平杆件布置数量上的严重不足,使其起不到连接各立杆,同时发生水平向变形的作用。由于顶层水平杆件往往并不齐全,且绝大多数情况下也无扫地杆,因此,认为水平杆件仅仅对立杆起定位作用是比较合适的;可以认为它对模板支架立杆稳定承载力的贡献与支架本身的自重相抵消。
这样,可以认为模板支架的各单根立杆互不相连,各立杆可以简化成两端铰支的受压杆件,其计算长度即为支架高度。与排架模型相比,本模型取消了所有立杆同步变形的架设;与半刚性节点框架模型相比,本模型忽略了水平杆件对立杆弯曲的约束作用。很明显,本模型是非常保守的,用它确定的立杆间距,本文称之为保守的立杆安全间距。
下面,利用本模型对模板支架立杆的安全间距进行分析。
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3现实施工状态下模板钢管支架立杆的安全间距分析 3.1模板支架高度的确定 对砖混结构及剪力墙结构,其标准层层高一般在2.9~3.2m之间,而楼板厚度一般在10~12cm,通常不超过14cm,若层高按3.2m考虑,板厚度14cm,再考虑到模板下木楞的厚度,实际模板支架的高度一般不超过3.0m,此处按3.0m计。对剪力墙结构,一层层高可达5m以上,此处取模板支架高度为5m。 对框架结构,其标准层层高一般在3.6~4.2m,底层层高可达6.0m多,若标准层按4.2m考虑,模板支架高度可取为4.0m;在底层,施工方式有两种:先做基础回填再支设第1层模板或先支设第1层模板;按前者施工时,实际支架高度可取为6.0m,而按后者施工时,实际支架高度可取为7.0 m或更高。 综上所述,对常见房屋建筑工程模板支架的高度可分别考虑为:3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,7.0m,共5种情形。
3.2不同支架高度下立杆的稳定承载力在本文所提出的计算模型下,支架立杆的计算长度即为模板支架的高度。利用规范 [10] 规定的方 法,可求得各支架高度下立杆的稳定承载力,见表
1(计算过程略)。 表1不同支架高度下的立杆稳定承载力 支架高度/m 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
立杆承载力/kN 19.94 11.42 7.31 5.11 3.71
3.3模板体系的荷载计算 对钢筋混凝土结构的楼板而言,其通常厚度不超过14cm,此处按14cm计算其荷载。而对框架结 构
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的主梁,按高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3!2002,框架梁的高跨比应为1/10~1/18。一般框架结构中,常见的柱网尺寸为8m左右,故框架梁的高度通常取500mm左右,而梁的宽度通常取 350~400mm左右[8] 。为安全计,计算荷载时,取梁的尺寸为:宽∀高=400mm∀500mm。根据混凝土结构工程施工及验收规范 GB50204-1992,板和梁底模板单位面积上所承受的竖向荷载计算结果见表2。
表2楼板及梁底模板单位面积竖向荷载
序号 各项荷载名称 板底模板各项荷载值 /(kN/m2) 梁底模板各项荷载值 /(kN/m2)
1 模板自重 0.5 0.5
2楼板(或梁)钢筋自重1.1∀0.14=0.154 1.5∀0.5=0.75 3新浇混凝土自重24∀0.14=3. 3624∀0.5=12.0 4恒载设计
值 1.2(0.5+0.154+3.36)=4.82 1.2(0.5+0.75+12.0)=15.9 5施工人员及设备荷载 1.0
6振捣混凝土时产生的荷载 2.0
7可变荷载设计值 1.4∀1.0=1.4 1.4∀2.0=2.8 8 荷载总设计
值 qp=4.82+1.4=6.22 qb=15.9+2.8=18.70 3.4各种支架高度下的立杆安全间距确定
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3.4.1板下支架立杆的安全间距 调研中发现,实际施工中,小楞木的间距很小(净距约为10~15cm),在大楞木的每一跨内,都有若干根小楞木存在,为简化计算,可将小楞木并入模 板内,认为模板直接搁置在大楞木上,而大楞木则搁 置在支架立杆的顶托上。这样,作用于大楞木上的荷载可按均布荷载处理。
在力学分析上,大楞木的受力情况属于多跨连续梁,一般认为[9]:多跨连续梁按两跨连续梁计算时的最大弯矩与最大支反力比按3,4,5跨连续梁的计算值要大;故本文按两跨连续梁进行支反力分析。板下支架立杆的荷载为:
Q=1.25qL 2 (1)
式中L为立杆间距,设立杆纵横间距相同。 按立杆稳定条件,必须: Q小于等于Ncr
即L小于等于Ncr\\1.25q开平方 (2)
将表1及表2中的数值代入公式(2),得立杆的安 全间距见表3。 表3板下模板支架立杆安全间距
支架高度/m 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 立杆安全间距/m 1.60 1.21 0.97 0.81 0.71
此处未考虑梁荷载的作用,故此结果只适用于剪力墙结构及砖混结构的楼板模板支架。
3.4.2梁下支撑兼做板下支撑时的立杆安全间距
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对框架结构,还涉及框架梁模板支架的设计计算问题。调研中发现,框架梁模板支架通常为在梁两侧各布置一排立杆,该立杆同时还用于支撑楼板模板。假设梁两侧立杆的纵向间距与板下立杆相同,均为L,则该立杆所受到的梁的荷载为:
Q1=0.5∀1.25qbBL =0.5∀1.25∀18.70∀0.4L =4.68L (3)
而梁两侧的支架立杆作为板下支撑杆时,其处于板的边沿,可能出现两种情形。
(1)梁与楼板下的大楞木垂直 这时的梁侧立杆在板下立杆中属于多跨连续梁的边跨支座,当跨数为3跨时,边支座的反力最大,此时所承受板的荷载为:
Q2=0.45qpL2=0.45∀6.22L2=2.80L2 (4)
(2)梁与楼板下的大楞木平行 此时梁两侧立杆上的大楞木仍为多跨连续梁,只是该多跨连续梁上的荷载为一般板下大楞木的一半,即立杆的荷载也为板下立杆的一半。由(1)式可得:
Q2=0.5∀1.25qpL2 =0.5∀1.25∀6.22L2 =3.89L平方 (5) 比较这两种情形,第2种情形的立杆荷载要大些。由于梁与楼板作用于立杆上的荷载不在同一高度上,为简化分析,从安全角度考虑,可认为其都作用于立杆顶部,故梁下支撑同时用作板下支撑时,立 杆的荷载为:
Q=Q1+Q2=4.68L+3.89L平方 (6)
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由立杆稳定条件有: Q=Q1+Q2=4.68L+3.89L平方小于等于Ncr (7)
将各种支架高度下立杆的稳定承载力数值(表1)代 入(7)式,可求得这种情况下立杆的安全间距,见表4。
表4梁下支撑兼做板下支撑时的立杆安全间距 支架高度/m 3.0 4.0 5 .0 6.0 7.0 立杆安全间距/m 1.74 1.21 0.90 0.70 0.55
此处应说明,对一般民用建筑的框架结构,支架高度一般均大于3m。
3.5对上述分析结果的讨论
3.5.1本文的分析结果与现场实际支架的对比 比较表3及表4与现场实际量测值的差异,可以看到,对于3m左右的支架,现场的立杆间距一般比表3所给数值小,这主要是因为要控制模板挠曲变形的缘故。对高度为4~5m的支架,板下支架立杆间距的实际观测值与表3及表4的分析结果基本一致;对于高度为6~7m的支架(框架结构),表4给出的立杆间距较现场实测结果稍偏小,这主要是由于本文的计算模型忽略了水平杆件对立杆变形的约束作用,同时在计算过程中,始终采用了最大反力作为立杆荷载且作用于最不利位置的缘故。
3.5.2本文所给分析结果的适用性
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(1)本文所提出的计算模型是建立在对目前实际现场施工状况的基础上的,使用的前提应不脱离目前施工现场一般管理水平下的模板支架构造。
(2)所采用的施工方法都是先浇筑墙、柱混凝土,再进行梁板施工;这种情况下,一般不会发生模板支架整体侧向失稳。 (3)梁截面尺寸及楼板厚度应不大于本文所给数值。
若支架构造能达到规范规定的要求,立杆间距采用本文的结果,肯定是能保证安全的。 4结论
(1)根据对施工现场扣件式钢管模板支架的实际调研结果,本文提出了适用于目前实际施工现场的模板支架稳定性计算模型。 (2)根据该计算模型,本文分析了板下支架和梁下支架兼做板下支架时模板支架立杆的安全间距,并给出了常见施工条件下的参考值,可供实际的建筑施工参考。 参考文献:
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