模數(shù)化扣件式鋼管腳手架在模板體系中的應(yīng)用

朱永春

長期以來在現(xiàn)澆混凝土模板支架時(shí),大部分施工企業(yè)都是采取普通扣件式鋼管腳手架搭設(shè),由于建筑層高的變化,普通扣件式鋼管腳手架在搭設(shè)時(shí),立桿均采用扣件搭接,在《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中6.3.5條和6.8.1.1條規(guī)定模板支架立桿必須采用對接連接,為滿足規(guī)范要求,利用現(xiàn)有普通扣件式鋼管腳手架立桿按建筑模數(shù)制作成不同長度,相互組合并輔以可調(diào)支撐頭,可滿足不同建筑層高的要求和規(guī)范要求。

1 模板腳手架立桿尺寸的確定

為滿足不同層高使用,并考慮鋼管本身的長度,以大量的中、小施工企業(yè)施工的住宅樓層高2.8 m為基準(zhǔn)層高,再減去現(xiàn)澆板厚(120 mm)、主龍骨(100 mm ×100 mm)、次龍骨(50 mm×80 mm)、底部墊板(30 mm厚)和可調(diào)節(jié)支撐(100 mm～300 mm)的高度,將立桿基本尺寸定為2 250 mm,當(dāng)層高有變化加高時(shí)再計(jì)入對接承插件(50 mm),并輔以按建筑模數(shù)制作成600 mm,900 mm,1 200 mm,1 500 mm,1 800 mm,2 100 mm的鋼管,立桿采用承插件對接,鋼管頂部采用承插U形托可調(diào)節(jié)螺桿支撐頭,以保證模板承載體系的立桿軸心受壓。

2 立桿對接承插件的連接和型式試驗(yàn)

2.1 立桿對接承插件的連接

鋼管腳手架立桿的對接承插件參照《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中連接上、下榀門架立桿鋼管所使用連接棒的原理,采用力學(xué)性能不低于Q235-A級的無縫鋼管,直徑38 mm,壁厚不小于3mm,長350mm,利用長50mm的φ 48鋼管焊接在其中部(此鋼管起傳力和固定鋼管連接棒的作用)制作而成,見圖1。普通鋼管立桿內(nèi)徑約41 mm,對接承插件與立桿內(nèi)壁的縫隙約1 mm～2 mm,符合規(guī)范中對連接棒的有關(guān)要求。模板腳手架按普通扣件式腳手架進(jìn)行搭設(shè),立桿模數(shù)化接長見圖1。

2.2 對接承插件力學(xué)分析和型式試驗(yàn)

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中對“對接扣件”的技術(shù)要求主要是材料應(yīng)采用力學(xué)性能不低于KTH330-08牌號(抗拉強(qiáng)度為 330 N/mm2,延伸率為 8%)的可鍛鑄鐵或ZG230-450鑄鋼(屈服強(qiáng)度為230 N/mm2,抗拉強(qiáng)度為450 N/mm2);對接接頭具有一定的抗拉能力(拉力P=4 kN時(shí),位移 Δ≤2mm)。對鋼管腳手架的豎向?qū)映胁寮M(jìn)行型式試驗(yàn)只測試對接承插件的抗壓強(qiáng)度,經(jīng)過多組試驗(yàn),φ 38鋼管出現(xiàn)彎曲變形的平均極限值為126 kN,大于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求50 kN,型式試驗(yàn)滿足要求。

3 模數(shù)化鋼管模板腳手架計(jì)算和優(yōu)化

3.1 模數(shù)化鋼管模板腳手架的計(jì)算和比較

根據(jù)一般工程設(shè)計(jì)現(xiàn)澆板為C25混凝土,厚度為 120 mm,樓板自重1.5 kN/m2,層高為3.6 m;現(xiàn)澆板模板面板采用12 mm厚的竹膠合板,主龍骨采用100 mm×100 mm的木龍骨,長度為2 500 mm,間距為1 300 mm,次龍骨采用50 mm×80 mm的木龍骨,間距為350 mm;支撐立桿間距為 1 300 mm,在梁下設(shè)立桿間距為1 300 mm;縱、橫向水平橫桿在架體底部和頂部200 mm設(shè)置,中間間距為1 500 mm,對整個(gè)模架進(jìn)行計(jì)算如表1所示。當(dāng)主龍骨的接長根據(jù)工程具體需要進(jìn)行調(diào)整時(shí),應(yīng)使木方接頭位置設(shè)置在U形可調(diào)節(jié)支撐處(見圖2)。

1)通過表1數(shù)值對12 mm厚木膠合板計(jì)算(膠合板抗彎強(qiáng)度為15 N/mm2,彈性模量為5×103M Pa,凈寬度為 350-60=290 mm),強(qiáng)度=0.83 N/mm2＜15 N/mm2,滿足要求;撓度值 ω=0.13 mm≤[w]=0.725 mm,滿足要求。

表1 12 mm厚木膠合板計(jì)算參數(shù)

2)次龍骨計(jì)算(抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度 fm=15 N/mm2,彈性模量 E=1×104N/m2,木龍骨跨度為水平鋼管間距,即1 300 mm),強(qiáng)度值δ=0.094 N/mm2＜fm=15 N/mm2,滿足要求;撓度值 ω=1.7 mm≤[ω]=3.25 mm,滿足要求。

3)方木主龍骨計(jì)算(抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度 fm=15 N/mm2,彈性模量E=1×104N/m2,木龍骨跨度為立桿鋼管間距,即1 300 mm),強(qiáng)度值 δ=10.9 N/mm2＜15 N/mm2,滿足要求。撓度值 ω=2 mm≥[ ω]=L/1 000=1.3 mm,滿足要求 。

4)對φ 48×3鋼管立桿計(jì)算,荷載值(每根立柱承受1.3 m×1.3 m范圍的荷載,傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2)N=15.75 kN;穩(wěn)定性值 L=1 600 mm,查表得允許荷載為:N=27.2 kN＞15.75 kN,滿足要求。

5)模數(shù)化鋼管模板腳手架與普通鋼管模板腳手架自重的比較。a.普通鋼管模板腳手架自重。當(dāng)現(xiàn)澆梁、板施工鋼管立桿采用扣件相互搭接的方式,或鋼管立桿采用靠扣件通過水平鋼管向下傳力,以搭接的方式調(diào)整支設(shè)高度時(shí),普通立桿的支設(shè)間距通常為900 mm,且平均每根立桿搭接按500 mm計(jì)算,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有縱橫向水平桿拉結(jié),立桿為 68.75 m,264 kg,水平桿為 114 m,437.76kg,共用扣件150個(gè),202.5kg,模架自重為904.26kg,約547.02 N/m2。b.模數(shù)化鋼管模板腳手架自重。模數(shù)化鋼管模板腳手架立桿的支設(shè)間距為1 300 mm,立桿無搭接,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有縱橫向水平桿拉結(jié),立桿為27 m,93.96 kg,水平桿為70.5 m,245.34 kg,共用扣件72個(gè),96.48 kg,模架自重為435.78 kg,約263.62 N/m2。通過上述數(shù)值比較模數(shù)化鋼管模板腳手架自重比普通鋼管模板腳手架自重減少283.4 N/m2,約減少1/2的自重,從而更有利于現(xiàn)澆板的質(zhì)量。

3.2 模板的優(yōu)化

模板在優(yōu)化時(shí),根據(jù)現(xiàn)場不同情況設(shè)計(jì)要求,可將上部主龍骨根據(jù)房間開間尺寸按照模數(shù)化配置,再與此支撐體系相結(jié)合組成模數(shù)化工具式模架體系,便于施工組裝和重復(fù)使用。另外,在使用中由于承載力提高了,相應(yīng)的增大了立桿的可調(diào)間距,在模板優(yōu)化時(shí)使模架在平面內(nèi)布置更加靈活,并可與模板可拆縫的設(shè)計(jì)相結(jié)合,組成更加合理方便的早拆體系,提高模板的使用效率。

4 實(shí)例

石河子某學(xué)校教學(xué)樓工程為5層框架結(jié)構(gòu),建筑面積34 020m2,地下一層(車庫)層高為3.6 m,地上一層～四層(教室)層高為3.9 m,五層(多功能廳)層高為 4.2 m。每一層面積為 5 670 m2。根據(jù)本工程建筑物結(jié)構(gòu)層高為3.6 m,3.9 m,4.2 m的特點(diǎn),結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸以及模板面板、主次龍骨的尺寸綜合考慮選用模數(shù)化扣件式鋼管系列組合,主立桿定尺鋼管為2 250 mm等尺寸,根據(jù)層高等工程具體情況進(jìn)行組配,地下一層采用的為2 250 mm+900 mm,二層～四層采用的為2 250 mm+1 200 mm,五層采用的為2 250 mm+1 500 mm等組合進(jìn)行施工。根據(jù)該工程的具體施工情況,每層平均5 670 m2劃分四段流水施工,每段約1 500 m2,共配置兩段模板,通過計(jì)算支撐鋼管由常規(guī)的間距900 mm改為現(xiàn)在的1 300 mm,可節(jié)約鋼管約為 6 708 m,節(jié)約扣件數(shù)約為5 520個(gè),由于立桿數(shù)量減少了6 708 m,扣件數(shù)減少了5 340個(gè),減少了工人上扣件和立鋼管的時(shí)間,同比人工功效提高20%左右,基礎(chǔ)及主體施工時(shí)縮短工期7 d。

5 應(yīng)用效果和優(yōu)點(diǎn)

1)充分合理的利用現(xiàn)有普通扣件式鋼管支撐材料,避免了材料的浪費(fèi)。2)符合了《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》中僅適用于軸心受壓傳力方式的要求,滿足了施工質(zhì)量要求,保證了模架的穩(wěn)定性、安全性。3)采用符合建筑層高模數(shù)的系列定尺鋼管后,既滿足了在建筑層高內(nèi)的高度調(diào)整,又滿足了在層高變換情況下的高度調(diào)整。4)通過該體系的運(yùn)用,減少了鋼管、扣件的使用數(shù)量,提高了工效,降低了施工成本,縮短了工期。

[1] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范(2002修訂版)[S].

[2] GB 15831-2006,鋼管腳手架扣件[S].

[3] JGJ 128-2000,建筑施工門式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JG 13-1999,門式鋼管腳手架[S].

[5] 林婉華.建筑施工手冊[M].第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.