混凝土模板扣件式滿堂支撐架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算方法

閆國平

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概況

淑閭西溝排水渡槽位于保定市唐縣南水北調(diào)工程京石段主干渠上，共計(jì)3跨，單跨長度18m，槽底寬11.50m，墻高2m，槽身結(jié)構(gòu)為兩槽一聯(lián)，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土多側(cè)墻結(jié)構(gòu)；下部支撐為柱墩。槽身縱向3根主梁，每跨橫向20道橫肋。中跨槽身中梁長度18m，底面寬度0.6m，梁底距地面高度為4.7m。槽身橫剖面見圖1。

圖1 槽身橫剖面圖單位：mm

淑閭西溝排水渡槽槽身采用現(xiàn)澆混凝土，分兩次澆筑，第一次澆筑底板、橫肋及墻體八字倒角以下部分，第二次澆筑剩余墻體?；炷劣?臺(tái)15t吊車吊1m3吊罐入倉。槽身支撐采用滿堂扣件式鋼管腳手架體系，鋼管規(guī)格為φ48.3×3.6mm。荷載經(jīng)支撐立桿傳至地面，與地面直接發(fā)生作用，支撐地面為黃土狀壤土，厚度為5～6m。

渡槽槽身結(jié)構(gòu)可分為中梁、邊梁、橫肋、底板四部分，各部分下部的支撐架結(jié)構(gòu)不同，要分別進(jìn)行驗(yàn)算。本文主要陳述中梁下部支撐架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗(yàn)算方法，其余部分的驗(yàn)算過程不再贅述。

2 中梁支撐架體系構(gòu)造

2.1 立桿

場地找平壓實(shí)后，鋪置面積不小于0.2m2、厚5cm的墊木做基礎(chǔ)，立桿底部放在墊木上，以擴(kuò)大底部受力面積。中梁下立桿高度為4.5m，立桿縱距有0.75m和0.6m（橫肋下部）兩種規(guī)格，立桿橫距為0.45m。

2.2 橫桿

橫桿包括縱橫向水平桿和縱橫向掃地桿，水平桿軸線間的距離（立桿步距）為0.9m，掃地桿距地面高度為0.1m。中梁下最上層的橫向水平桿，在每個(gè)可調(diào)托撐上按雙根緊鄰布置。

2.3 剪刀撐

在架體外側(cè)四周及架體內(nèi)部縱橫向每6m左右設(shè)置豎向連續(xù)剪刀撐，以保持支撐架體系的穩(wěn)固。

2.4 扣件及可調(diào)托撐

扣件包括直角扣件和旋轉(zhuǎn)扣件，用以連接橫桿、立桿和剪刀撐等組成支撐體系?？烧{(diào)托撐位于立桿上部，可以調(diào)整立桿高度，滿足施工尺寸要求。

中梁支撐結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。

圖2 中梁支撐橫剖面圖單位：mm

圖3 中梁支撐平面圖（局部）單位：mm

3 計(jì)算數(shù)據(jù)

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130—2011）、《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ162-2008）和設(shè)計(jì)圖紙，中梁及支撐架結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)見表1：

表1 ：中梁及支撐架結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)表

回轉(zhuǎn)半徑 imm 15.90截面慣性矩 Imm4 1.271×105截面積 Amm2 5.06×102 Q235鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [f] N/mm2205鋼材的彈性模量 E N/mm22.06×105中梁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)長度L m 18底寬 b m 0.6混凝土體積 V m3 32.05鋼筋重量 T kN 47.92鋼模面積 S1 m2 110.28其中底模面積 S d m2 10.8木腳手板面積 S2 m223.4中梁支撐架參數(shù)立桿高度 H m 4.5立桿縱距 L b m 0.75立桿橫距 L a m 0.45立桿步距 h m 0.9立桿根數(shù) n 根 100其中中間兩排立桿根數(shù) n1 根 50墊板面積 S m2 0.2截面模量 Wmm3 5.26×103鋼管特性參數(shù)類別 名稱 符號(hào) 單位 數(shù)據(jù)

4 支撐架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130—2011）的規(guī)定，支撐架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算主要包括水平桿抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算、水平桿變形驗(yàn)算、可調(diào)托撐的承載力驗(yàn)算、立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算和地基承載力驗(yàn)算五大部分，驗(yàn)算方法介紹如下。

4.1 水平桿抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

中梁下四排立桿，根據(jù)中梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，中間兩排立桿間的水平桿承受的荷載最大，所以選取梁底中立桿之間的橫向水平桿為計(jì)算對(duì)象，因梁體較重，水平桿緊鄰布置2根。水平橫桿上放置木腳手板，腳手板上鋪設(shè)鋼模板，立桿縱距按最不利情況0.75m計(jì)算。

式中：系數(shù)1.2和1.4分別為永久荷載分項(xiàng)系數(shù)和可變荷載分項(xiàng)系數(shù)；

σ—選取的水平桿抗彎強(qiáng)度，N/mm2；

q—作用于橫向水平桿線荷載設(shè)計(jì)值，kN/m；

qG—永久荷載作用于水平桿的線荷載設(shè)計(jì)值，kN/m；

qQ—可變荷載作用于水平桿的線荷載設(shè)計(jì)值，kN/m。

其他符號(hào)皆見表1（下同）。

計(jì)算得：qG=57.57kN/m，qQ=2.25kN/m，q=72.23kN/m，σ=173.76N/mm2。Q235鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]為205N/mm2，σ＜[f]，所以，中梁下橫桿抗彎強(qiáng)度滿足要求。

4.2 水平桿變形驗(yàn)算

變形驗(yàn)算的水平桿選取同4.1抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算的選取一致。

式中：υ—橫桿撓度，mm；

qK—中梁下橫向水平桿線荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m。

經(jīng)計(jì)算得：qK=59.82kN/m，υ=1.22mm。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，水平桿允許變形值[υ]為3mm，υ＜[υ]，因而水平桿變形滿足要求。

4.3 可調(diào)托撐的承載力驗(yàn)算

根據(jù)中梁下部支撐體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析，中梁的荷載主要集中在中間兩排縱向立桿上。因而，為簡單起見，在進(jìn)行可調(diào)托撐的承載力驗(yàn)算時(shí)，按中間兩排縱向立桿承擔(dān)中梁全部永久荷載和可變荷載進(jìn)行驗(yàn)算。

式中：R—單個(gè)可調(diào)托撐的承載力，kN；

NG—永久荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和，kN；

NQ—可變荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值總和，kN。

計(jì)算得：NG=908.02kN，NQ=32.40kN，R=22.70kN，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，單個(gè)可調(diào)托撐的承載力設(shè)計(jì)值[R]為40kN，R＜[R]，可調(diào)托撐承載力滿足要求。

4.4 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

本工程地處河北省保定市，重現(xiàn)期n=10時(shí)，基本風(fēng)壓ω0為0.30kN/m2，小于0.35kN/m2，而且支撐架體系為敞開式，支撐架縱向水平桿和渡槽槽墩相連接，并且施工時(shí)間處于6月份的微風(fēng)季節(jié)。因而驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性時(shí)，不考慮風(fēng)荷載作用。

根據(jù)規(guī)范要求，立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)需計(jì)算底層立桿段和頂層立桿段，取整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果最不利值。根據(jù)中梁支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最上層橫桿和支撐點(diǎn)基本重合，底層、頂層立桿段計(jì)算長度相同，所以選取承受荷載較大的底層立桿段進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

考慮最不利情況，選取中間2排縱向立桿承擔(dān)全部永久荷載和可變荷載。

式中：f—底層單根立桿承受的壓力，N/mm2；

N—底層單根立桿軸向力設(shè)計(jì)值，kN；

φ—軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)；

l0—立桿計(jì)算長度，m；

k—立桿計(jì)算長度附加系數(shù)，查表得k=1.155，按本系數(shù)驗(yàn)算得長細(xì)比為189，小于容許長細(xì)比，故根據(jù)規(guī)范規(guī)定，本文中可取k=1；

μ2—考慮滿堂支撐架整體穩(wěn)定因素的單桿計(jì)算長度

系數(shù)，查表得μ2=2.896；

λ—長細(xì)比。

計(jì)算得：N=23.38 kN，l0=2.61m，λ=164，根據(jù) λ 值查表得φ=0.262，f=176N/mm2。因f＜ [f]，立桿穩(wěn)定性滿足要求。

4.5 地基承載力驗(yàn)算

淑閭西溝排水渡槽地基為天然地基，設(shè)計(jì)圖紙中地基的容許承載力[σ0]=160kPa。

式中：p—立桿基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa。

計(jì)算得p=116.9kPa，p＜[σ0]，中梁下部地基承載力滿足要求。

5 影響支撐架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素

扣件式滿堂支撐架工作條件有以下特點(diǎn)：所受荷載的變異性比較大；節(jié)點(diǎn)的剛性大小與扣件質(zhì)量、安裝質(zhì)量有關(guān)，扣件連接節(jié)點(diǎn)性能存在較大變異；腳手架結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在初始缺陷，如桿件的彎曲、銹蝕等。造成支撐架失穩(wěn)主要是由于施工管理不善、支撐架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、構(gòu)件自身缺陷的原因引起的。

承重支撐架的搭設(shè)必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)專項(xiàng)方案進(jìn)行。在搭設(shè)前對(duì)操作工人進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底，在搭設(shè)過程中應(yīng)隨時(shí)檢查搭設(shè)情況，確保各桿件安裝位置準(zhǔn)確。施工現(xiàn)場須配備力矩扳手等檢測工具，保證扣件安裝質(zhì)量。支撐架搭設(shè)完成并經(jīng)驗(yàn)收檢查合格后，方可投入使用。

支撐架施工前要嚴(yán)格檢查腳手架鋼管和扣件，表面銹蝕或磨損嚴(yán)重，局部彎曲或開焊的鋼管和扣件嚴(yán)禁使用；認(rèn)真檢查鋼管內(nèi)外徑、壁厚，防止不合格鋼管用于施工。

6 結(jié)語

扣件式鋼管支撐架是我國目前建筑施工中使用最廣泛的一種模板支撐形式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到混凝土施工質(zhì)量及施工安全。支撐架搭設(shè)完成后，一般須采用合理的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)和地基承載力驗(yàn)算，以分析其是否經(jīng)濟(jì)安全。近年來，支撐架倒塌和失穩(wěn)事故經(jīng)常發(fā)生，主要原因是許多施工企業(yè)沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算，只靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行支撐系統(tǒng)布置，使支撐系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性考慮不足。淑閭西溝排水渡槽槽身下部支撐架