1、碗扣式鋼管模板支撐架結(jié)構(gòu)及Midas建模計(jì)算,一、結(jié)構(gòu)基本介紹,1、碗扣式鋼管腳手架分類 碗扣式鋼管腳手架分為兩類：雙排腳手架和模板支撐架。 （1）雙排腳手架即狹義的腳手架，是由內(nèi)外兩排立桿及大、小橫桿、斜桿等構(gòu)配件組成的腳手架，主要承受的荷載是人員、施工機(jī)具及設(shè)備、小型材料堆放等荷載，荷載通過(guò)腳手板傳遞給立桿，立桿受力是偏心受壓。 （2）模板支撐架即施工時(shí)所講的支架，是由多排立桿及橫桿、斜桿等構(gòu)配件組成的支撐架，主要承受的荷載是上部現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)自重及其他施工荷載，荷載通過(guò)可調(diào)頂托傳遞給立桿，立桿受力是軸心受壓。 以下所講的內(nèi)容都是以模板支撐架為主進(jìn)行介紹的，雙排腳手架可以參考。,圖為2#風(fēng)

2、亭側(cè)墻外側(cè)雙排腳手架(扣件式鋼管腳手架，也可以用碗扣式),圖為1倉(cāng)頂板碗扣式鋼管模板支撐架,2、模板支撐架的基本結(jié)構(gòu) 碗扣式模板支撐架的基本結(jié)構(gòu)：立桿、橫桿、剪刀撐、可調(diào)底托、可調(diào)頂托。 立桿，垂直于地面的豎直桿件，是模板支撐架的主要受力桿件，將上部結(jié)構(gòu)所受荷載通過(guò)底部底托墊板傳遞給基礎(chǔ)。 橫桿，平行于地面的水平桿件，包括縱向、橫向橫桿，主要起支撐、連接作用，增加模板支撐架的整體剛度。 剪刀撐，成對(duì)設(shè)置的十字形交叉斜桿，包括水平、豎向剪刀撐，作用是將模板支撐架連接成整體，增加模板支撐架的整體穩(wěn)定性。 可調(diào)底托、頂托，通過(guò)絲桿上的螺母可調(diào)節(jié)支撐高度的托座，主要起傳遞荷載作用。 模板支撐架的各個(gè)結(jié)

3、構(gòu)部位見(jiàn)后圖所示。,3、桿件間的連接 （1）立桿連接 立桿連接采用同軸心承插，立桿一端端頭有10cm長(zhǎng)，內(nèi)徑為52mm的套管，立桿之間或立桿與托座之間通過(guò)承插套管連接。,（2）立、橫桿連接 立桿、橫桿間通過(guò)碗扣連接。碗扣由上碗扣、下碗扣、橫桿接頭和限位銷等組成。其中下碗扣和限位銷直接焊在立桿上，連接時(shí)，把橫桿接頭插入下碗扣內(nèi)，將上碗扣的缺口對(duì)準(zhǔn)限位銷后，壓緊和旋轉(zhuǎn)上碗扣，利用限位銷固定上碗扣。碗扣接頭最多可同時(shí)連接 4 根橫桿。,4、構(gòu)造要求（建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范） （1）可調(diào)底托與頂托的絲桿與調(diào)節(jié)螺母的嚙合長(zhǎng)度不少于6扣，插入立桿內(nèi)長(zhǎng)度不少于15cm； （2）底層縱、橫向橫桿

4、（掃地桿）距地面高度不大于35cm； （3）立桿上端頂托托板頂距頂層橫桿的高度不大于70cm； （4）當(dāng)立桿間距1.5m時(shí)，模板支撐架四周從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，中間縱、橫向從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，間距不大于4.5m； （5）剪刀撐與地面間的夾角應(yīng)在45-60之間，斜桿與立桿每步扣接； （6）模板支撐架高度大于4.8m，頂端和底部必須設(shè)置水平剪刀撐，中間水平剪刀撐間距不大于4.8m。 上述幾條是規(guī)范規(guī)定的模板支撐架的基本構(gòu)造要求，編制方案及施工時(shí)僅遵守上述幾條構(gòu)造要求即可，相關(guān)人員提出的其他構(gòu)造要求都是沒(méi)有依據(jù)的。,二、材料及力學(xué)性質(zhì),介紹材料及力學(xué)性質(zhì)主要目的是材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)及驗(yàn)收控

5、制。 1、材料特性 鋼管：材質(zhì)為Q235A鋼，截面483.5mm（外徑壁厚），立桿長(zhǎng)度為60cm的倍數(shù)，橫桿長(zhǎng)度為30cm的倍數(shù)，鋼管的壁厚允許偏差為（00.25mm），立桿外套管與立桿間隙2mm，套管長(zhǎng)度不得小于16cm，外伸長(zhǎng)度不得小于11cm； 上碗扣、可調(diào)底座、可調(diào)頂托：材質(zhì)為可鍛鑄鐵或鑄鋼，上碗扣應(yīng)能上下串動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；底托鋼板厚度不得小于6mm，頂托鋼板厚度不得小于5mm；上碗扣抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于30KN,底座抗壓強(qiáng)度不得小于100KN； 下碗扣、橫桿接頭、斜桿接頭：材質(zhì)為碳素鑄鋼，下碗扣組焊后的剪切強(qiáng)度不應(yīng)小于60KN，橫桿接頭剪切強(qiáng)度不應(yīng)小于50KN，橫桿接頭焊接剪切強(qiáng)度不應(yīng)小于

6、25KN；,2、截面、力學(xué)特性 鋼材的力學(xué)性質(zhì)及截面特性見(jiàn)下表，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為強(qiáng)度驗(yàn)算的依據(jù)，截面特性為計(jì)算時(shí)運(yùn)用的參數(shù)，也反映了材料的力學(xué)性能。,三、模板支撐架結(jié)構(gòu)與受力,以1倉(cāng)頂板模板支撐架為例進(jìn)行分析。 1、模板支撐架結(jié)構(gòu)組成 面板：18mm厚木膠板； 次楞：50100mm方木，順線路方向布置，支撐面板，橫向間距15cm； 主楞：雙拼483.5mm鋼管，垂直于線路方向布置，放著頂托托板上，縱向間距90cm； 立桿：縱向間距90cm，橫向間距60cm，縱向?yàn)轫樉€路方向，橫向?yàn)榇怪本€路方向； 橫桿：步距120cm，步距為豎向距離；,2、傳力路徑：面板次楞主楞立桿基礎(chǔ)，面板、次楞、主楞是受彎構(gòu)件

7、，立桿是壓彎構(gòu)件。 從上圖可以看出：受彎構(gòu)件承受的荷載位于垂直于軸線的縱向平面內(nèi)，構(gòu)件受力后的變形為豎向擾度，面板、次楞、主楞都是受彎構(gòu)件；壓彎構(gòu)件承受的荷載是軸力和垂直于軸線的橫向力，構(gòu)件受力后的變形是橫向屈曲，立桿即屬于壓彎構(gòu)件。,1、荷載、荷載效應(yīng)、抗力、分項(xiàng)系數(shù)概念 荷載是指直接施加在結(jié)構(gòu)上的力，比如自重、風(fēng)荷載。 荷載效應(yīng)S是指由荷載引起的效應(yīng)，比如結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)力、變形等。 抗力R是指結(jié)構(gòu)本身承受效應(yīng)的能力，比如承載能力、剛度、抗裂能力等。 分項(xiàng)系數(shù)是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率（也可稱為可靠度，但不同于容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法中的可靠度），通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)方法得到。

8、 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，要使其具備使用功能，就必須滿足抗力能夠承受效應(yīng)，即： SR 對(duì)于模板支撐架結(jié)構(gòu)而言，主要驗(yàn)算其強(qiáng)度（承載能力或抵抗破壞的能力）、剛度（抵抗變形的能力）、穩(wěn)定性（抵抗失穩(wěn)的能力）。當(dāng)效應(yīng)由不同的荷載控制時(shí)，效應(yīng)計(jì)算用不同荷載乘以不同的分項(xiàng)系數(shù)累加。驗(yàn)算承載能力即強(qiáng)度時(shí)，恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)取1.4；驗(yàn)算剛度時(shí)，恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.0。,四、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算相關(guān)概念,2、荷載標(biāo)準(zhǔn)值 作用在模板支撐架上的荷載分為以下5種： (1)模板支撐架自重標(biāo)準(zhǔn)值Q1，軟件自動(dòng)計(jì)算； (2)新澆鋼筋混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值Q2，取25KN/m（作用在面板上時(shí)轉(zhuǎn)化為壓力荷載為250.8=20KN/m2）；

9、(3)施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q3，取1.0KN/m2； (4)澆筑和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q4，1.0KN/m2； (5)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q5，根據(jù)基本風(fēng)壓、地形取值，本工程不考慮。 3、荷載效應(yīng)組合 （1）驗(yàn)算強(qiáng)度、穩(wěn)定性：1.2（Q1+Q2）+1.4（Q3+Q4） （2）驗(yàn)算剛度：1.0Q1+1.0Q2,五、模型建立及計(jì)算,1、建立模型 面板受彎，采用板單元；次楞、主楞為受彎構(gòu)件，采用梁?jiǎn)卧?；立桿、橫桿和斜桿為彎拉、壓構(gòu)件，也采用梁?jiǎn)卧?；鋼管桿件之間連接均采用共節(jié)點(diǎn)連接；方木次楞與鋼管主楞之間連接采用彈性連接；立桿底部節(jié)點(diǎn)約束x、y、z三向平動(dòng)。建立模型如下圖：,1倉(cāng)頂板模板支撐架實(shí)際

10、結(jié)構(gòu),1倉(cāng)頂板模板支撐架實(shí)際結(jié)構(gòu),2、輸入荷載,除了模板支撐架體系自重外，上部結(jié)構(gòu)荷載都作用在面板上，輸入面板承受的壓力荷載，如下圖所示。,3、荷載工況組合 荷載工況組合分兩種情況：（1）強(qiáng)度驗(yàn)算；（2）剛度驗(yàn)算。查看結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力、支座反力時(shí)選擇第一種組合；查看結(jié)構(gòu)的變形時(shí)選擇第二種組合。對(duì)于荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值：強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，恒荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值1.2，活荷載分項(xiàng)系數(shù)取值1.4；剛度驗(yàn)算時(shí)，恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取值1.0，如下圖所示。,4、查看結(jié)果,（1）面板與方木次楞 a.最大組合應(yīng)力0.5N/mm215.0N/mm2，強(qiáng)度滿足要求； b.最大擾度0.64mm600mm/400=1.5mm，剛度滿

11、足要求； （木材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc：15N/mm2；抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fm：17N/mm2；抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv：1.6N/mm2）,（2）桿件,a.桿件的最大組合應(yīng)力為91.4N/mm2205N/mm2,桿件的強(qiáng)度滿足要求； b.桿件的最大擾度為0.64mm600/400mm=1.5mm，桿件的剛度滿足要求； (Q235A鋼的抗彎、壓、拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205N/mm2) Midas中能將立桿、橫桿、剪刀撐、主楞、次楞、面板分別激活查看其內(nèi)力、應(yīng)力及變形，此處為了簡(jiǎn)便，查看了桿件整體的計(jì)算結(jié)果。,（3）立桿穩(wěn)定性,從圖例中可以看出立桿承受的最大反力為23.22KN。立桿主要驗(yàn)算其在壓力作用下的穩(wěn)定性

12、。,在不考慮整體抗傾覆穩(wěn)定性的情況下，細(xì)長(zhǎng)壓桿的穩(wěn)定性問(wèn)題是模板支撐架結(jié)構(gòu)中最重要的一環(huán)，強(qiáng)度和剛度都能滿足要求，穩(wěn)定性不滿足，結(jié)構(gòu)仍然會(huì)失穩(wěn)破壞，支架坍塌絕大部分都是穩(wěn)定性不足或是失穩(wěn)造成的。以下是一些支架失穩(wěn)、坍塌的照片。,a.壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算的意義,壓桿在壓力作用下除產(chǎn)生壓縮變形外，還產(chǎn)生附加彎曲變形，舉一個(gè)最簡(jiǎn)答的例子，取一根30cm長(zhǎng)的鋼尺，對(duì)其頂端施加軸向力，鋼尺會(huì)顯著變彎，如果軸力很小，撤去軸力，變形就會(huì)消失，如果軸力足夠大，則變形不會(huì)消失，此時(shí)即處于失穩(wěn)狀態(tài)，如下圖所示。因此細(xì)長(zhǎng)壓桿的承載能力不取決于桿件的軸向壓縮強(qiáng)度，而是取決于桿件橫截面的抗彎剛度。 保證壓桿穩(wěn)定性必須滿足N/

13、(A)f,N為壓桿所受的軸向力，為壓桿的穩(wěn)定性系數(shù)，A為受壓桿件的截面積，f為材料的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,b.壓桿穩(wěn)定性概念,從圖中可知單根立桿的最大軸向力N為23.22KN，立桿穩(wěn)定性滿足要求需要滿足 N/(A)f 根據(jù)建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ166-20085.1.7條立桿的截面積A=4.89cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=1.58cm；根據(jù)5.6.3條立桿的計(jì)算長(zhǎng)度l0=h+2a=0.9+20.6=2.1m。 計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比=l0/i=133230（立桿的最大允許長(zhǎng)細(xì)比，規(guī)范5.1.4條），根據(jù)上述規(guī)范附錄E，查得穩(wěn)定系數(shù)=0.381。 N/(A)=23.22KN/(0.3814.89cm2)=124.6N/mm2f（=205N/mm2） 立桿的穩(wěn)定性滿足要求（f為立桿的抗壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）。,c.本例中立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算,六、現(xiàn)場(chǎng)一些隱患,上碗扣未落到位，影響整體結(jié)構(gòu)