房屋建筑扣件式鋼管模板支架立桿間距的確定

房屋建筑扣件式鋼管模板支架立桿間距的確定 劉建民曹普田李慧民(1.西安建筑科技大學(xué),陜西西安;2.西北工業(yè)大學(xué),陜西西安)摘要:以10個(gè)典型工程的調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模板支架的實(shí)際構(gòu)造,提出了模板支架立桿計(jì)算長(zhǎng)度的確定方法,用這種方法分析并給出了樓板模板支架和梁模板支架兼作樓板模板支架時(shí)立桿的安全間距,分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果有較好的一致性,可用于指導(dǎo)實(shí)際施工。關(guān)鍵詞:扣件式鋼管模板支架;立桿間距;計(jì)算長(zhǎng)度中圖分類號(hào):0前言在目前的大多數(shù)房屋建筑工程施工中,對(duì)模板支架的穩(wěn)定性都未進(jìn)行過設(shè)計(jì)計(jì)算,其立桿間距、步距等都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。本文作者根據(jù)對(duì)西安市正在施工的一些建筑工地的實(shí)地調(diào)查結(jié)果所進(jìn)行的分析研究,給出常見情況下民用建筑施工模板支架立桿的間距計(jì)算方法及典型結(jié)果。1扣件式鋼管模板支架施工的現(xiàn)實(shí)狀況作者共走訪了10個(gè)典型工地(9個(gè)工程模板支架高度大于4m),與各項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行了交談,察看了施工組織設(shè)計(jì),并對(duì)模板支架的實(shí)際構(gòu)造情況進(jìn)行了觀察記錄,還實(shí)地量測(cè)了模板支架的立桿間距、步距、扣件擰緊程度等,由于所調(diào)研的工程都還正在施工,此處略去相關(guān)的其它詳細(xì)資料。大體情況如下:(1)支架立桿間距最大值為1.5m,一般在0.61.4m之間,縱向和橫向間距一般不一致,沿著大楞木方向間距較小。兩個(gè)方向上立桿間距都不均勻,且差異較大(最大者達(dá)30cm)。(2)與立桿相交的水平桿布置:絕大多數(shù)工程只在一個(gè)方向上是比較齊全的,而在另一個(gè)方向上一般隔一見一布置。(3)一般無掃地桿,無水平向及豎直向剪刀撐。(4)連接立桿與各橫桿的直角扣件擰緊合格率只有30%左右;主要是偏松。(5)所有梁下設(shè)置的立桿或沿著梁兩側(cè)設(shè)置的立桿,均是通過縱橫向水平桿與板下支架的立桿連接在一起的。(6)幾乎所有項(xiàng)目都沒有詳細(xì)的模板支架施工方案或施工圖,也未見模板支架設(shè)計(jì)的計(jì)算過程資料。2關(guān)于扣件式鋼管模板支架的計(jì)算模型對(duì)于腳手架的計(jì)算,目前人們已有了較為深入的認(rèn)識(shí),提出了多種計(jì)算模型:鉸接架模型1、排架模型2、剛性節(jié)點(diǎn)框架模型3、半剛性節(jié)點(diǎn)框架模型4,5等，其中，利用半剛性節(jié)點(diǎn)框架模型進(jìn)行的有限元分析與整架試驗(yàn)結(jié)果取得了很好的一致性。由于在某種意義上,腳手架可以看作是模板支架的特殊情形,這樣,將腳手架的半剛性節(jié)點(diǎn)框架模型用于模板支架分析似乎是順理成章的,但前提是所有扣件的擰緊程度應(yīng)達(dá)到規(guī)范6規(guī)定的數(shù)值。也有研究者7從升板結(jié)構(gòu)的施工計(jì)算模型推論提出,按排架進(jìn)行模板支架的計(jì)算。但如上所述,由于大部分扣件擰緊程度達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的扭矩,致使立桿與水平桿件之間的連接遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到半剛接的程度;又因水平桿件布置數(shù)量上的嚴(yán)重不足,使其起不到連接各立桿,同時(shí)發(fā)生水平向變形的作用。由于頂層水平桿件往往并不齊全,且絕大多數(shù)情況下也無掃地桿,因此,認(rèn)為水平桿件僅僅對(duì)立桿起定位作用是比較合適的;可以認(rèn)為它對(duì)模板支架立桿穩(wěn)定承載力的貢獻(xiàn)與支架本身的自重相抵消。這樣,可以認(rèn)為模板支架的各單根立桿互不相連,各立桿可以簡(jiǎn)化成兩端鉸支的受壓桿件,其計(jì)算長(zhǎng)度即為支架高度。與排架模型相比,本模型取消了所有立桿同步變形的架設(shè);與半剛性節(jié)點(diǎn)框架模型相比,本模型忽略了水平桿件對(duì)立桿彎曲的約束作用。很明顯,本模型是非常保守的,用它確定的立桿間距,本文稱之為保守的立桿安全間距。下面,利用本模型對(duì)模板支架立桿的安全間距進(jìn)行分析。3現(xiàn)實(shí)施工狀態(tài)下模板鋼管支架立桿的安全間距分析3.1模板支架高度的確定對(duì)磚混結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu),其標(biāo)準(zhǔn)層層高一般在2.93.2m之間,而樓板厚度一般在1012cm,通常不超過14cm,若層高按3.2m考慮,板厚度14cm,再考慮到模板下木楞的厚度,實(shí)際模板支架的高度一般不超過3.0m,此處按3.0m計(jì)。對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu),一層層高可達(dá)5m以上,此處取模板支架高度為5m。對(duì)框架結(jié)構(gòu),其標(biāo)準(zhǔn)層層高一般在3.64.2m,底層層高可達(dá)6.0m多,若標(biāo)準(zhǔn)層按4.2m考慮,模板支架高度可取為4.0m;在底層,施工方式有兩種:先做基礎(chǔ)回填再支設(shè)第1層模板或先支設(shè)第1層模板;按前者施工時(shí),實(shí)際支架高度可取為6.0m,而按后者施工時(shí),實(shí)際支架高度可取為7.0 m或更高。綜上所述,對(duì)常見房屋建筑工程模板支架的高度可分別考慮為:3.0m,4.0m,5.0m,6.0m,7.0m,共5種情形。3.2不同支架高度下立桿的穩(wěn)定承載力在本文所提出的計(jì)算模型下,支架立桿的計(jì)算長(zhǎng)度即為模板支架的高度。利用規(guī)范10規(guī)定的方法,可求得各支架高度下立桿的穩(wěn)定承載力,見表1(計(jì)算過程略)。表1不同支架高度下的立桿穩(wěn)定承載力支架高度/m 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0立桿承載力/kN19.94 11.42 7.31 5.11 3.713.3模板體系的荷載計(jì)算對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的樓板而言,其通常厚度不超過14cm,此處按14cm計(jì)算其荷載。而對(duì)框架結(jié)構(gòu)的主梁,按高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3!2002,框架梁的高跨比應(yīng)為1/101/18。一般框架結(jié)構(gòu)中,常見的柱網(wǎng)尺寸為8m左右,故框架梁的高度通常取500mm左右,而梁的寬度通常取350400mm左右8。為安全計(jì),計(jì)算荷載時(shí),取梁的尺寸為:寬高=400mm500mm。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GB50204-1992,板和梁底模板單位面積上所承受的豎向荷載計(jì)算結(jié)果見表2。表2樓板及梁底模板單位面積豎向荷載序號(hào)各項(xiàng)荷載名稱板底模板各項(xiàng)荷載值/(kN/m2) 梁底模板各項(xiàng)荷載值/(kN/m2)1模板自重 0.5 0.52樓板(或梁)鋼筋自重1.10.14=0.1541.50.5=0.753新澆混凝土自重240.14=3. 36240.5=12.04恒載設(shè)計(jì)值1.2(0.5+0.154+3.36)=4.82 1.2(0.5+0.75+12.0)=15.95施工人員及設(shè)備荷載 1.06振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載 2.07可變荷載設(shè)計(jì)值 1.41.0=1.41.42.0=2.88荷載總設(shè)計(jì)值qp=4.82+1.4=6.22 qb=15.9+2.8=18.703.4各種支架高度下的立桿安全間距確定3.4.1板下支架立桿的安全間距調(diào)研中發(fā)現(xiàn),實(shí)際施工中,小楞木的間距很小(凈距約為1015cm),在大楞木的每一跨內(nèi),都有若干根小楞木存在,為簡(jiǎn)化計(jì)算,可將小楞木并入模板內(nèi),認(rèn)為模板直接擱置在大楞木上,而大楞木則擱置在支架立桿的頂托上。這樣,作用于大楞木上的荷載可按均布荷載處理。在力學(xué)分析上,大楞木的受力情況屬于多跨連續(xù)梁,一般認(rèn)為9:多跨連續(xù)梁按兩跨連續(xù)梁計(jì)算時(shí)的最大彎矩與最大支反力比按3,4,5跨連續(xù)梁的計(jì)算值要大;故本文按兩跨連續(xù)梁進(jìn)行支反力分析。板下支架立桿的荷載為:Q=1.25qL 2 (1)式中L為立桿間距,設(shè)立桿縱橫間距相同。按立桿穩(wěn)定條件,必須:Q小于等于Ncr即L小于等于Ncr1.25q開平方 (2)將表1及表2中的數(shù)值代入公式(2),得立桿的安全間距見表3。表3板下模板支架立桿安全間距支架高度/m 3.0 4.05.0 6.0 7.0立桿安全間距/m 1.60 1.21 0.97 0.810.71此處未考慮梁荷載的作用,故此結(jié)果只適用于剪力墻結(jié)構(gòu)及磚混結(jié)構(gòu)的樓板模板支架。3.4.2梁下支撐兼做板下支撐時(shí)的立桿安全間距對(duì)框架結(jié)構(gòu),還涉及框架梁模板支架的設(shè)計(jì)計(jì)算問題。調(diào)研中發(fā)現(xiàn),框架梁模板支架通常為在梁兩側(cè)各布置一排立桿,該立桿同時(shí)還用于支撐樓板模板。假設(shè)梁兩側(cè)立桿的縱向間距與板下立桿相同,均為L(zhǎng),則該立桿所受到的梁的荷載為:Q1=0.51.25qbBL=0.51.2518.700.4L =4.68L (3)而梁兩側(cè)的支架立桿作為板下支撐桿時(shí),其處于板的邊沿,可能出現(xiàn)兩種情形。(1)梁與樓板下的大楞木垂直這時(shí)的梁側(cè)立桿在板下立桿中屬于多跨連續(xù)梁的邊跨支座,當(dāng)跨數(shù)為3跨時(shí),邊支座的反力最大,此時(shí)所承受板的荷載為:Q2=0.45qpL2=0.456.22L2=2.80L2(4)(2)梁與樓板下的大楞木平行此時(shí)梁兩側(cè)立桿上的大楞木仍為多跨連續(xù)梁,只是該多跨連續(xù)梁上的荷載為一般板下大楞木的一半,即立桿的荷載也為板下立桿的一半。由(1)式可得:Q2=0.51.25qpL2=0.51.256.22L2 =3.89L平方 (5)比較這兩種情形,第2種情形的立桿荷載要大些。由于梁與樓板作用于立桿上的荷載不在同一高度上,為簡(jiǎn)化分析,從安全角度考慮,可認(rèn)為其都作用于立桿頂部,故梁下支撐同時(shí)用作板下支撐時(shí),立桿的荷載為:Q=Q1+Q2=4.68L+3.89L平方(6)由立桿穩(wěn)定條件有: Q=Q1+Q2=4.68L+3.89L平方小于等于Ncr (7)將各種支架高度下立桿的穩(wěn)定承載力數(shù)值(表1)代入(7)式,可求得這種情況下立桿的安全間距,見表4。表4梁下支撐兼做板下支撐時(shí)的立桿安全間距支架高度/m 3.04.0 5 .0 6.0 7.0立桿安全間距/m 1.74 1.21 0.90 0.70 0.55此處應(yīng)說明,對(duì)一般民用建筑的框架結(jié)構(gòu),支架高度一般均大于3m。3.5對(duì)上述分析結(jié)果的討論3.5.1本文的分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際支架的對(duì)比比較表3及表4與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量測(cè)值的差異,可以看到,對(duì)于3m左右的支架,現(xiàn)場(chǎng)的立桿間距一般比表3所給數(shù)值小,這主要是因?yàn)橐刂颇０鍝锨冃蔚木壒?。?duì)高度為45m的支架,板下支架立桿間距的實(shí)際觀測(cè)值與表3及表4的分析結(jié)果基本一致;對(duì)于高度為67m的支架(框架結(jié)構(gòu)),表4給出的立桿間距較現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果稍偏小,這主要是由于本文的計(jì)算模型忽略了水平桿件對(duì)立桿變形的約束作用,同時(shí)在計(jì)算過程中,始終采用了最大反力作為立桿荷載且作用于最不利位置的緣故。3.5.2本文所給分析結(jié)果的適用性(1)本文所提出的計(jì)算模型是建立在對(duì)目前實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工狀況的基礎(chǔ)上的,使用的前提應(yīng)不脫離目前施工現(xiàn)場(chǎng)一般管理水平下的模板支架構(gòu)造。(2)所采用的施工方法都是先澆筑墻、柱混凝土,再進(jìn)行梁板施工;這種情況下,一般不會(huì)發(fā)生模板支架整體側(cè)向失穩(wěn)。(3)梁截面尺寸及樓板厚度應(yīng)不大于本文所給數(shù)值。若支架構(gòu)造能達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求,立桿間距采用本文的結(jié)果,肯定是能保證安全的。4結(jié)論(1)根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)扣件式鋼管模板支架的實(shí)際調(diào)研結(jié)果,本文提出了適用于目前實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的模板支架穩(wěn)定性計(jì)算模型。(2)根據(jù)該計(jì)算模型,本文分析了板下支架和梁下支架兼做板下支架時(shí)模板支架立桿的安全間距,并給出了常見施工條件下的參考值,可供實(shí)際的建筑施工參考。參考文獻(xiàn):1余宗明.鋼管腳手架鉸接計(jì)算法J.建筑技術(shù)開發(fā),1997, 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