構(gòu)造因素對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響探討

譚嘉輝

摘 要：本文主要是在對(duì)扣件式鋼管腳手架研究的基礎(chǔ)之上進(jìn)項(xiàng)創(chuàng)新，并借用SAP2000軟件來(lái)對(duì)相關(guān)的調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出了構(gòu)造因素對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響。其中構(gòu)造因素主要包括高支模的橫距，縱距，步距，水平加強(qiáng)層間距等等。筆者根據(jù)軟件分析的結(jié)果，對(duì)高支模的設(shè)計(jì)提出一些指導(dǎo)性的建議。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造因素；高支模；穩(wěn)定承載力

在目前的建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最為核心的結(jié)構(gòu)形式，在工程造價(jià)中，模板的成本占據(jù)了較大一部分。隨著城市化進(jìn)程的加快，大跨度和高凈空的結(jié)構(gòu)成為了主流趨勢(shì)。由鋼管和鋼扣件組成的模板支架在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的青睞，因?yàn)樗嬖谥杀镜?、安全性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用范圍廣等多方面的優(yōu)勢(shì)。但是，在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于規(guī)范制定的不完善，屢屢發(fā)生各種模板支架坍塌的慘劇，造成了巨大的人力物力的損失，已經(jīng)成為了目前建筑行業(yè)所面臨的的重大難題。究其原因，多數(shù)人認(rèn)為技術(shù)不規(guī)范和施工程序混亂所導(dǎo)致的。

目前，對(duì)模板支架也存在著相關(guān)規(guī)范和原則，但是這些規(guī)范與原則表現(xiàn)的并不具體，現(xiàn)場(chǎng)操作中的變數(shù)也較大。而且對(duì)于鋼管模板支架的相關(guān)規(guī)定也并不夠成熟，只有2001年頒布并于2011年修正的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，而且此項(xiàng)規(guī)定也并不成熟，比較關(guān)鍵性的規(guī)定仍然延續(xù)的是國(guó)外的規(guī)定。但是國(guó)內(nèi)與國(guó)外在鋼管模板支架上的構(gòu)造還是存在著一定的差異，所以完全的照搬過(guò)來(lái)是并不科學(xué)的。本文主要借用SAP2000軟件對(duì)相關(guān)的構(gòu)造因素的變化對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響進(jìn)行了分析，并提出了一些針對(duì)性的解決意見。

1 SAP2000軟件

SAP2000軟件主要用于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，梁柱以及支撐等構(gòu)件的模擬都是以空間桿來(lái)進(jìn)行的，剪力墻則用殼單元進(jìn)行替代，進(jìn)而就可以完成動(dòng)力反應(yīng)分析以及線性靜分析。本文章中主要是根據(jù)桿單元的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行模型構(gòu)件。并對(duì)求解器以及分析方法都進(jìn)行了合理的選擇。該模型的建立主要是以《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》為實(shí)踐藍(lán)本的。

1.1 基本假設(shè)

①本文中所構(gòu)建的模型是桿件結(jié)構(gòu)體系，并且是在三維空間體系中。高支模的承載力度是較大的，另假設(shè)底座與上下端是鉸接在一起的；②將地震荷載以及風(fēng)荷載忽略不計(jì)；③模板的中的豎直桿都是以軸心為重心來(lái)受壓的，并且荷載的承受力度都是均勻的，當(dāng)架體失去了穩(wěn)定之后，就需要靠軸壓來(lái)保證穩(wěn)定。

1.2 其他因素的考慮

①以《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》為依據(jù)，為了更好的摸清剪刀撐對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響，將根據(jù)實(shí)際情況在高支模的周邊布置一些剪刀撐。②大量的調(diào)查表明，高支模在建造的過(guò)程中所采用的鋼管都是不一致的，而且在施工的過(guò)程中，認(rèn)為操作也不夠標(biāo)準(zhǔn)。所以，在建造的初始階段，高支模就存在了一定的缺陷。在本文中，筆者假設(shè)在高支架弱向的一端來(lái)施加水平的壓力，施加壓力的數(shù)值通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)進(jìn)行確定，一般為極限承受力2.5%。③各個(gè)桿件之間應(yīng)用扣件來(lái)進(jìn)行連接，所以在節(jié)點(diǎn)處需要將其半剛性考慮其中。在文中，節(jié)點(diǎn)處的半剛性的數(shù)值也是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。最后，以下的規(guī)定都必須得到滿足，其他部分的結(jié)構(gòu)則根據(jù)模型的實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行確定。

2 模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)SAP2000模型的構(gòu)件，不難發(fā)現(xiàn)整個(gè)高支架的失穩(wěn)模態(tài)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)的過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，如果將荷載增加，那么整個(gè)高支架的剛度就會(huì)有所下降。當(dāng)荷載的限度達(dá)到了最大值時(shí)，就會(huì)破壞整個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。觀察整個(gè)失穩(wěn)的狀態(tài)并進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)，如果高支架發(fā)生破裂的現(xiàn)象，將不僅僅是一個(gè)部位的破壞，而是牽涉到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在這種情況下，高支架的架體就會(huì)出現(xiàn)大波瞽曲的現(xiàn)狀。這與目前許多學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相一致的。特別是在西安建筑科技大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。

2.1 模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的觀察不難發(fā)現(xiàn)，高支架模板的縱距與橫距大多是在0.6m與1.4m之間，而模板的步距在一般在1.2m與1.6m之間。當(dāng)然在《鋼管扣件水平模板的支撐系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)程》中也對(duì)模板的縱距、橫距做了一定的規(guī)定，必須要低于1.8m。如果是支撐的高度不高于20m，且高支架的上部所承載的力度為11～14kN/m2時(shí)，就要在每一個(gè)橫向與縱向的水平桿上添加一層水平的加強(qiáng)層，當(dāng)然在別的版塊中也需要做類似的規(guī)定。這是將模型的尺寸設(shè)計(jì)為5m×9m×17m，并且在頂層和底層出都要另外的設(shè)置一個(gè)水平的加強(qiáng)層。按照承載力的變化趨勢(shì)不難分析出，如果將縱距、行距以及步距的數(shù)值加大，那么高支架的承載力就會(huì)不斷的降低，這其中步距所帶來(lái)的影響程度最為深厚，而縱距所產(chǎn)生的影響則最薄弱，這一結(jié)論在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中也得到了充分的論證。分析其原因，主要是因?yàn)楦咧Ъ苣＜艿目v向剛度要大于其橫向剛度，所以，如果將橫向的剛度增加要比縱向剛度的增加對(duì)高支架承載力的影響更大，而高支架如果遭到了破壞則就是因?yàn)樨Q直桿不夠穩(wěn)定而造成的。這樣我們就能得出，豎直桿每步的有效長(zhǎng)度就會(huì)隨著步距的增加而不斷增加，另根據(jù)歐拉公式的推算可知，桿件的高度與桿件的承載力度是成反比的，如果步距不斷的增加，那么高支架模架的穩(wěn)定程度就會(huì)大幅下降。根據(jù)以上的分析結(jié)果，在結(jié)合實(shí)際情況，筆者提出了相關(guān)的建議：①將高支架模架的整體尺寸確定一致，橫距與縱距的距離最好設(shè)置在0.7m到1.1m之間。②步距的距離最好設(shè)置在1.3～1.7m之間，這將是一個(gè)較為合理的范圍。

2.2 其他構(gòu)造因素對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響探討

除了橫距、縱距和步距對(duì)高支模的穩(wěn)定承載力有一定的影響，模架的高度、縱橫長(zhǎng)度以及剪刀撐的布置方式也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。所以施工人員在進(jìn)行操作過(guò)程中還應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)：①在體積能夠允許的范圍之內(nèi)，還需要考慮到縱橫長(zhǎng)度對(duì)高支模穩(wěn)定承載力的影響，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)縱長(zhǎng)和橫長(zhǎng)的比率為1.0時(shí)，高支架的承載力度是最大的，這樣我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，可以將整個(gè)模架的水平面設(shè)計(jì)成一個(gè)矩形，實(shí)現(xiàn)跨內(nèi)空載，這樣就能夠在一定程度上提升高支模的穩(wěn)定性，有效的預(yù)防坍塌事件的發(fā)生。②在影響高支模穩(wěn)定承載力的構(gòu)造因素中，縱向剪刀撐布置的是否合理也是至關(guān)重要的，所以在對(duì)其進(jìn)行設(shè)置時(shí)，必須要嚴(yán)格的按照相關(guān)規(guī)定來(lái)執(zhí)行和搭建。

3 結(jié) 語(yǔ)

在施工現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致腳手架出現(xiàn)坍塌的主要因素就是支撐失穩(wěn)。許多施工企業(yè)在施工前，并未對(duì)腳手架的穩(wěn)定性和剛度進(jìn)行檢查，知識(shí)憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)直觀的判斷。另外相關(guān)的技術(shù)負(fù)責(zé)人沒(méi)有做好技術(shù)交底工作，這樣現(xiàn)場(chǎng)的施工人員在進(jìn)行操作時(shí)不能規(guī)范進(jìn)行，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)管理比較混亂。另一方面，我國(guó)目前的高支架技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著較大的差距，所以，必須加大在這方面的科研力度，并做好建材市場(chǎng)的監(jiān)管，加大處罰力度，這樣雙管齊下，才能更好的保證高支架的質(zhì)量，杜絕安全隱患，減少高支架坍塌的現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而來(lái)保證整個(gè)社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張健，蔡亮，溫兆麟，高維，程海斌，孫喜峰，何寶琛，苗建偉.構(gòu)造措施對(duì)高支模支架體系力學(xué)性能的影響[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，01：104～109.

[2]閔玉忠.超重超大深梁高支模系統(tǒng)施工過(guò)程受力分析與應(yīng)用[D].安徽建筑工業(yè)學(xué)院，2011.

[3]胡長(zhǎng)明，車佳玲，張化振，董攀.節(jié)點(diǎn)半剛性對(duì)扣件式鋼管模板支架穩(wěn)定承載力的影響分析[J].工業(yè)建筑，2010，02：20～23.

[4]陸征然，陳志華，孫濤，劉杰，劉群.扣件式鋼管模板支架中立桿伸出頂層水平桿長(zhǎng)度對(duì)承載力影響的研究[A].中國(guó)鋼協(xié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會(huì).鋼結(jié)構(gòu)工程研究——中國(guó)鋼協(xié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會(huì)第12屆（ASSF-2010）學(xué)術(shù)交流會(huì)暨教學(xué)研討會(huì)論文集[C].中國(guó)鋼協(xié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會(huì)：，2010：7.