碗扣式鋼管模板支撐架的設(shè)計(jì)方法研究

王國(guó)洪

[摘 要]近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各項(xiàng)建設(shè)工程在規(guī)模和施工速度方面都超過(guò)以前，特別是高層、超高層等建筑，因此，要求建筑外腳手架的使用要安全。較高的工程事故發(fā)生率主要是由架設(shè)設(shè)備構(gòu)造技術(shù)和使用安全管理工作的不足引起的。在我國(guó)建筑施工系統(tǒng)中，每年發(fā)生的傷亡事故或多或少都與架設(shè)設(shè)備的使用有關(guān)。因此，必須重視腳手架的施工設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]碗扣式；模板構(gòu)造；模板支撐架；結(jié)構(gòu)計(jì)算

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.45.066

由于腳手架模板支撐架具有縮短工期、適應(yīng)性強(qiáng)、施工便捷和施工安全等特點(diǎn)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、城市高架道路、城市立交橋和其他土木工程中。隨著城市的迅速發(fā)展和多樣化，在施工工序中腳手架結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得不可或缺。但在施工過(guò)程中腳手架結(jié)構(gòu)是事故頻發(fā)部位，引起的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡越來(lái)越多，需要高度重視。

1 腳手架結(jié)構(gòu)模板的類別

通過(guò)使用腳手架材料可搭設(shè)箱基模、梁板模、梁模和板模等模板支撐架，其中梁板模板是人們最經(jīng)常使用的。在板模支架中，有“高支撐架”和“早拆模板體系支撐架”。構(gòu)造模板支撐架方式有碗扣式、門式和扣件式，模板支撐架的分類可按其構(gòu)造類型、桿系結(jié)構(gòu)體系、水平構(gòu)架情況和支柱體系進(jìn)行。除此之外，單雙排支撐架還分設(shè)斜撐與不設(shè)斜撐，在不設(shè)斜撐時(shí)其高度不應(yīng)超過(guò)4m。

支撐架的設(shè)置應(yīng)確保變形、絕對(duì)避免出現(xiàn)垮架和坍塌、滿足沉降和位移等要求，除此之外，以下幾點(diǎn)還應(yīng)該注意：

（1）支架的承力點(diǎn)盡量位于立柱附近處，防止其他部位承受較大的彎矩。

（2）考慮施工中的最不利荷載，確保其安全系數(shù)不小于2。

（3）確保支柱的基底有足夠的強(qiáng)度，防止較嚴(yán)重沉降變形。

2 碗扣式腳手架構(gòu)造模板支撐架的構(gòu)造要求

碗扣式支撐架在道橋工程施工中使用較為廣泛，由于其立桿可承受軸心壓力，并且桿件的步距、間距固定，穩(wěn)定性好能提高承載力，還適合于超重、超高的梁板模板支撐架。用碗扣式腳手架材料可以組裝的支撐架類型很多（例如圖1）。根據(jù)不同長(zhǎng)度的水平桿可以組成不同的支撐架。如果立桿間距不符合現(xiàn)有的橫桿長(zhǎng)度時(shí)，可以使用兩個(gè)或者多個(gè)組架的橫桿，即采用交叉布置（見圖2）。

通常情況下，不需要使用整體模板支架時(shí)，可以把支架分成幾個(gè)獨(dú)立部分安裝，高度應(yīng)小于寬度的3倍，但至少有兩跨組裝成一個(gè)整體。例如梁、板結(jié)構(gòu)承受較小荷載且支撐范圍較大的模板支架。當(dāng)支撐架的搭設(shè)高度大于10米或者支架承受較大荷載時(shí)，應(yīng)使用整體支架，并且適當(dāng)增設(shè)附加的連墻件、橫托撐以及 擴(kuò)大底部架（見圖3）以增加整體穩(wěn)定性。

如果采用可調(diào)橫托撐（見圖4）作為側(cè)向支撐時(shí)，架設(shè)時(shí)應(yīng)與橫桿相對(duì)并且兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。在采用格構(gòu)式支柱組成的支撐架（見圖5）或支墩（見圖6）時(shí)，便可保證在施工期間交通正常，不受施工的影響。

3 腳手架模板支架的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 腳手架結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)

在搭設(shè)樓板模板、梁板模板或梁模板支撐架時(shí)，如果采用腳手架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

（1）在構(gòu)造的模板支架中，模板支架主要承受豎向荷載的作用，支架的整體穩(wěn)定性和承載能力由桿件的柔度和整體結(jié)構(gòu)的約束情況決定。

（2）在各種模板支架中，其承載能力都取決于桿件的長(zhǎng)細(xì)比λ和結(jié)構(gòu)的約束條件，影響壓桿柔度λ的因素包括桿件之間的約束、扣件的擰緊程度、構(gòu)件的截面尺寸、彈性模量和構(gòu)件的長(zhǎng)度。

（3）壓桿的柔度λ與立桿步距h、高寬比H/B、支架的高度H及立桿頂端的自由長(zhǎng)度h1成正比，約束條件則介于一端固定、一端自由（μ=2.0）與兩端鉸支（μ=1.0）之間，壓桿的柔度λ受桿件線桿件連接的緊固程度、剛度以及構(gòu)架尺寸等因素的影響。

（4）若忽略腳手架各立桿之間橫向作用，當(dāng)下部使用兩根立桿的支架時(shí)，主立桿荷載向下傳7個(gè)步距后才能達(dá)到平均受力，當(dāng)支架立桿的間距為0.6～1.5m的時(shí)候，雖然會(huì)有減少的趨勢(shì)，但難以得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，因此不予考慮。通常采用的解決辦法是改變桿距或適當(dāng)?shù)恼{(diào)整模板荷載傳力點(diǎn)。

3.2 碗扣式鋼管模板支撐架承載能力的試驗(yàn)值

在研制和使用碗扣式鋼管腳手架的過(guò)程中，通過(guò)試驗(yàn)，在架體頂部施加荷載，模擬支撐架的工作情況，從表1的試驗(yàn)結(jié)果中，仍可初步得出：

2.架設(shè)在桿件碗扣節(jié)點(diǎn)上的斜桿為“節(jié)點(diǎn)”斜桿；架設(shè)在其他桿件碗扣上的斜桿為“非節(jié)點(diǎn)”斜桿。

（1）隨著桿件步距的減小，極限荷載增大。

（2）設(shè)連墻撐的作用明顯。

（3）隨著設(shè)置斜桿的量的增加，極限荷載有所提高。

（4）對(duì)于設(shè)置非節(jié)點(diǎn)斜桿，其作用并不明顯。

通過(guò)比較試驗(yàn)值與計(jì)算值可以看出，支架排數(shù)大于3時(shí)可按兩步三跨連墻計(jì)算，并可根據(jù)支架高度適當(dāng)調(diào)整μ1w的取值。

3.3 設(shè)計(jì)承載驗(yàn)算步驟

（1）算出模板底梁以上荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）確定是變間距還是等間距布置支架立桿，一般依據(jù)模板結(jié)構(gòu)形式和荷載分布情況來(lái)初步確定。

（3）計(jì)算出立桿軸力的設(shè)計(jì)值N，依據(jù)公式：

如果按以上設(shè)計(jì)步驟，在第3步的時(shí)候發(fā)現(xiàn)N′值偏大，對(duì)桿距要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。按以上方法計(jì)算一般均可達(dá)到合格要求。

在各類模板支撐架構(gòu)造中，與其他鋼管腳手架相比，碗扣式鋼管模板支撐架使用較多。碗扣式各個(gè)桿件之間都是軸心相交，因此桿件的剛度和整體性較好，適合構(gòu)造各類重荷載的模板支撐架。

4 結(jié) 論

本文主要從腳手架模板的設(shè)計(jì)方面提出更經(jīng)濟(jì)、更安全的構(gòu)造。解決承載不足、支撐腳穩(wěn)定性較差等原因引起的腳手架事故。然而針對(duì)當(dāng)前腳手架事故的頻繁發(fā)生，我們應(yīng)該從過(guò)去的事故中吸取教訓(xùn)，通過(guò)學(xué)習(xí)理論知識(shí)、試驗(yàn)分析以及實(shí)際應(yīng)用來(lái)提高模板腳手架的安全性。本文對(duì)腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了一些淺談，希望對(duì)以后的工程有一點(diǎn)幫助。

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