模板支撐系統(tǒng)面荷載和線荷載對(duì)板梁截面積的影響

由于該框架框架無(wú)需膜束結(jié)構(gòu)，施工成本低，已廣泛用于傳統(tǒng)梁式結(jié)構(gòu)的模型支撐。但由于鋼管、扣件不合格,方案的編制審批程序不規(guī)范,施工前未對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底,施工人員未嚴(yán)格按照支架方案施工,支架驗(yàn)收程序缺失或流于形式,搭拆和使用過(guò)程疏于檢查等多種原因,建筑施工現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)高大模板支撐架坍塌事故時(shí)有發(fā)生。本文主要針對(duì)高大模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討,在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,首先,以鋼筋混凝土板和梁為例,分別計(jì)算達(dá)到高大模板支撐系統(tǒng)面荷載和線荷載的板厚和梁截面積。其次,根據(jù)扣件式鋼管高大模板支撐系統(tǒng)在立桿頂端設(shè)可調(diào)托座傳力和頂部水平桿傳力兩種支模形式下,支架不同設(shè)計(jì)尺寸時(shí)的穩(wěn)定承載力和設(shè)計(jì)允許最大板厚和梁截面積。1超過(guò)一定規(guī)模的混凝土模板支撐系統(tǒng)《建設(shè)工程高大模板支撐系統(tǒng)施工安全監(jiān)督管理導(dǎo)則》規(guī)定:高大模板支撐系統(tǒng)是指建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件模板支撐高度超過(guò)8m,或搭設(shè)跨度超過(guò)18m,或施工總荷載大于15kN/m2,或集中線荷載大于20kN/m的模板支撐系統(tǒng)?！段ｋU(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》(建質(zhì)87號(hào)文)中關(guān)于超過(guò)一定規(guī)模的混凝土模板支撐工程范圍的規(guī)定與導(dǎo)則中對(duì)高大模板支撐系統(tǒng)的定義是完全相同的,所以高大模板支撐系統(tǒng)即是超過(guò)一定規(guī)模的混凝土模板支撐工程。本文主要針對(duì)扣件式鋼管支撐架,計(jì)算達(dá)到高大模板級(jí)別的面荷載和線荷載時(shí),對(duì)應(yīng)的板厚和梁截面積。(1)鋼筋混凝土構(gòu)件抗拉受力分析關(guān)于導(dǎo)則和辦法中規(guī)定的屬高大模板支撐系統(tǒng)時(shí)的面荷載和線荷載值,僅從字面上理解應(yīng)為考慮鋼筋混凝土構(gòu)件自重、模板和支架自重和施工活載的總荷載。所以本文計(jì)算達(dá)到高大模板級(jí)別的面荷載和線荷載時(shí),只采用永久荷載和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值,不考慮分項(xiàng)系數(shù),但在計(jì)算支架穩(wěn)定性時(shí)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以分項(xiàng)系數(shù)。(2)支模架立桿軸力規(guī)范規(guī)定施工人員及設(shè)備荷載作用于支架立柱上的均布荷載為1.0kN/m3,僅為傳遞至模板面板的40%。文獻(xiàn)的研究表明,施工人員及設(shè)備活荷載作用區(qū)域的支模架立桿軸力,約占荷載總量的90%,明顯高于其它區(qū)域的立桿。對(duì)立桿進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用1.0kN/m2,遠(yuǎn)小于計(jì)算小楞和模板的2.5kN/m2,可能由于荷載的估計(jì)不足而造成立桿的穩(wěn)定承載力計(jì)算小于實(shí)際值,從而導(dǎo)致因計(jì)算考慮不周全釀成工程事故。根據(jù)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究成果,本文在驗(yàn)算支架承載力時(shí),不考慮局部區(qū)域性活荷載作用的擴(kuò)散效應(yīng),施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)一取3.0kN/m2。(3)模板和施工荷載樓板面荷載(梁線荷載)=永久荷載+可變荷載=新澆筑砼自重+樓板鋼筋自重+模板及其支架自重+施工人員及設(shè)備荷載。參照規(guī)范和有關(guān)文獻(xiàn),新澆筑砼自重:24kN/m3;樓板鋼筋自重:1.1kN/m3,梁鋼筋自重:1.5kN/m3;模板及其支架自重:0.75kN/m2;施工人員及設(shè)備荷載:3kN/m2。在不采用分項(xiàng)系數(shù)時(shí),h板×(24+1.1)+0.75+3=15kN/m2,當(dāng)板厚(h板)達(dá)到448mm時(shí),砼板面施工總荷載達(dá)到15kN/m2。h梁×b×(24+1.5)+b×(0.75+3)=20kN/m,b———梁寬(m),h梁———梁高,梁高寬比采用2∶1和3∶1,當(dāng)梁截面積(h梁×b)分別達(dá)到0.70m2和0.71m2時(shí),梁集中線荷載達(dá)到20kN/m,在實(shí)際模板支架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際的梁截面的具體尺寸來(lái)驗(yàn)算是否達(dá)到高大模板支撐系統(tǒng)級(jí)別的線荷載。2式鋼管模支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定承載能力計(jì)算1支模法的支架承載力在鋼管頂端插入直徑不小于36mm、長(zhǎng)度為600mm的可調(diào)托撐,支架立桿呈軸心受壓狀態(tài),這種支模方法的支架承載力主要由支架的穩(wěn)定承載力決定,如圖1所示。2過(guò)與立桿扣接梁或板等水平混凝土構(gòu)件的自重和施工荷載通過(guò)底模下的木方將荷載傳至水平桿,水平桿又通過(guò)與立桿扣接的直角扣件將荷載傳至立桿,如圖2所示。試驗(yàn)表明當(dāng)直角扣件的擰緊力矩達(dá)40N·m~65N·m時(shí),單扣件在12kN的荷載下會(huì)滑動(dòng),其抗滑承載力設(shè)計(jì)值可取8kN;雙扣件在20kN荷載下會(huì)滑動(dòng),其抗滑承載力設(shè)計(jì)值可取12kN。(2)鋼管理論日系以圖、日系以圖、日系以圖、因規(guī)范規(guī)定腳手架鋼管宜采用準(zhǔn)48.3×3.6鋼管,以確保搭設(shè)和拆卸的安全。建筑工程中的鋼管以租賃為主,在租賃市場(chǎng),鋼管論米計(jì)算日租金,導(dǎo)致準(zhǔn)48.3鋼管的壁厚從3.6mm降低至2.5mm,并有繼續(xù)下滑趨勢(shì)。因租賃的鋼管路徑不同,鋼管壁厚嚴(yán)重不均,從2.6mm~4.0mm不等,一般為3.0mm,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這一因素,用鋼管的實(shí)際規(guī)格進(jìn)行計(jì)算復(fù)核是可靠的。(3)頂層支撐體系穩(wěn)定性驗(yàn)算立桿頂端設(shè)可調(diào)托座傳力支模形式時(shí),立桿軸心受壓,規(guī)范5.4.6規(guī)定,滿堂支撐架頂部立桿的計(jì)算長(zhǎng)度l0=kμ1(h+2a)。k與架體總高度相關(guān),應(yīng)按規(guī)范表5.4.6采用;a為立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度,應(yīng)不大于0.5m,一般設(shè)定0.2m<a<0.5m;h為步距。本文假定滿堂支撐架為加強(qiáng)型構(gòu)造,μ1按規(guī)范附錄表C-3采用。頂部水平桿傳力支模形式時(shí),規(guī)范規(guī)定:偏心距小于55mm時(shí),立桿穩(wěn)定性計(jì)算中不考慮此偏心距的影響。該支模形式的懸臂長(zhǎng)度為0,假設(shè)支撐架步距相同,那么頂部立桿段與非頂部立桿段的計(jì)算長(zhǎng)度相同,頂部立桿段計(jì)算長(zhǎng)度l0=kμ2h,k、h的取值同上,μ2按規(guī)范附錄表C-5采用。(4)nr模型的計(jì)算當(dāng)立桿軸心受壓時(shí),NR=φAf,式中:NR———支架穩(wěn)定承載力;φ———軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比λ(λ=l0/i)由規(guī)范附錄A表A.0.6取值;A———立桿的截面面積;i———截面回轉(zhuǎn)半徑;f———鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。經(jīng)計(jì)算,準(zhǔn)48.3×3.0mm鋼管的各項(xiàng)參數(shù):A=426.73mm2,i=16.05mm,f=205N/mm2。當(dāng)通過(guò)水平桿將荷載傳至立桿時(shí),存在偏心距53mm,立桿穩(wěn)定性計(jì)算中不考慮此偏心距的影響,所以NR的計(jì)算與立桿軸心受壓時(shí)相同。本文僅選取幾種典型的支架設(shè)計(jì)尺寸做詳細(xì)計(jì)算,其中:立桿懸臂長(zhǎng)度取兩種:(1)200mm;(2)500mm。架體高度取四類:(1)H≤8m;(2)8m<H≤10m;(3)10m<H≤20m;(4)20m<H≤30m。立桿間距取五類:(1)600mm×600mm;(2)750mm×750mm;(3)900mm×900mm;(4)1000mm×1000mm;(5)1200mm×1200mm。立桿縱向間距與橫向間距不同時(shí),根據(jù)規(guī)范附錄C,立桿長(zhǎng)度系數(shù)取較大間距對(duì)應(yīng)的μ值;步距取五類:(1)600mm,(2)900mm,(3)1200mm,(4)1500mm,(5)1800mm。在上述設(shè)定條件下的支架穩(wěn)定承載力NR計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。頂部水平桿傳力支模形式的支架穩(wěn)定承載力NR值與軸心受力支架穩(wěn)定承載力NR值(a=0.2m時(shí))的計(jì)算結(jié)果相同,不再贅述。在其他構(gòu)造條件不變的條件下,根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果,懸臂長(zhǎng)度0.5m比0.2m的支架穩(wěn)定承載力下降了約5%~8%。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的分析研究,立桿間距1200mm×1200mm,步高1500mm,高度21.8m的模板支架,懸臂長(zhǎng)度1.5m比0.3m的支架穩(wěn)定承載力下降了37%,可見(jiàn)模板支撐架的立桿懸臂長(zhǎng)度顯著影響了支架穩(wěn)定承載力。3不同的設(shè)計(jì)尺寸允許最大允許的板厚和梁段的設(shè)計(jì)值(1)混凝土3g結(jié)構(gòu)依據(jù)規(guī)范規(guī)定,N=1.2∑NGK+1.4ΣNQK≤NR=φAf,N———立桿段的軸向設(shè)計(jì)值;NGK———永久荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和(kN);NQK———可變荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和(kN);當(dāng)構(gòu)配件為樓板時(shí),N=1.2×(la×lb×h板)×(G2k+G3k)+la×lb×G1k+(h+a)×G4k)+1.4×la×lb×Q1k。la———立桿縱距;lb———立桿橫距;h板———樓板厚(實(shí)心);h———步距;G2k———新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值采用24kN/m3;G3k———樓板鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值取1.1kN/m3;G1k———模板自重標(biāo)準(zhǔn)值:當(dāng)立桿間距>0.75×0.75m時(shí)取0.6kN/m2,當(dāng)立桿間距≤0.75×0.75m時(shí)取0.85kN/m2;G4k———支架自重標(biāo)準(zhǔn)值,參照規(guī)范表A.0.3;Q1k———施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值取3kN/m2。當(dāng)構(gòu)配件為梁,假設(shè)為雙排立桿支撐,2N=1.2×(la×b×h梁×(G2k+G3k)+la×b×G1k+(h+a)×G4k)+1.4×la×b×Q1k。b———梁寬(m);G3k———梁鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值,梁取1.5kN/m3;其他取值同上。梁截面的高寬比宜為2∶1~3∶1。經(jīng)計(jì)算,支架不同設(shè)計(jì)尺寸允許最大板厚設(shè)計(jì)值見(jiàn)表2,a=0.5m時(shí)支架允許最大梁截面設(shè)計(jì)值見(jiàn)表3,a=0.2m時(shí)支架允許最大梁截面積設(shè)計(jì)值見(jiàn)表4。(2)大跨支架固結(jié)增強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)范4.3.15規(guī)定:高大模板支架單根立桿的軸力標(biāo)準(zhǔn)值不宜大于10kN。該條規(guī)定是基于支架頂部雙向水平桿通過(guò)直角扣件扣接到立桿形成“雙扣件”的傳力形式確定的,雙扣件抗滑力范圍在17kN~20kN,考慮一定安全系數(shù),對(duì)高大模板支架取10kN。樓板支架立桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式:立桿縱距×立桿橫距×(板厚×(混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值+鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值)+模板自重標(biāo)準(zhǔn)值+施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值)=10kN。本文假定梁支架為雙排架,梁支架立桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式:梁寬×立桿縱距×(梁高×(混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值+鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值)+模板自重標(biāo)準(zhǔn)值+施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值)=2×10kN,梁截面高寬比取2∶1~3∶1。經(jīng)計(jì)算,該支模形式下支架允許板厚設(shè)計(jì)值見(jiàn)表5,將表5與表2(a=0.2m)進(jìn)行比校,最終的允許最大板厚設(shè)計(jì)值取兩者的較小值。支架允許設(shè)計(jì)梁截面積見(jiàn)表6,將表6與表4比較,最終的允許最大梁截面積設(shè)計(jì)值取兩者的較小值。將表5和表6分別與表2和表4比較,可知,對(duì)于扣件式鋼管支架水平鋼管傳力支模形式,其支架的承載力主要是由支架頂部水平鋼管與立桿的扣件抗滑力決定的,該種支模形式下,避免支架坍塌的關(guān)鍵是檢測(cè)頂部扣件抗滑移承載力是否滿足要求,同時(shí)嚴(yán)格檢查控制頂部扣件擰緊力矩在40N·m~60N·m之間。4采用不同支模形式的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果在不采用分項(xiàng)系數(shù)時(shí),當(dāng)板厚達(dá)到448mm時(shí),樓板面荷載達(dá)到15kN/m2。梁高寬比采用2∶1和3∶1,經(jīng)計(jì)算,當(dāng)梁截面分別達(dá)到0.70m2和0.71m2時(shí),梁線荷載