承插型盤(pán)扣式支撐架在化工超大超重設(shè)備中的應(yīng)用

李焱華 王森森

中國(guó)化學(xué)工程第十六建設(shè)有限公司 湖北宜昌 443000

1 工程概況

某化工項(xiàng)目的空分壓縮機(jī)總重超過(guò)300t，其基礎(chǔ)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板，設(shè)計(jì)厚度2m、長(zhǎng)度26.5m、寬度15m，離地面高度為10.1m，頂板面積為397.5m2，柱的截面尺寸為1200mm×1500mm，柱子橫向間距15m，縱向最大間距7.5m，架體搭設(shè)在壓縮機(jī)的鋼筋混凝土基礎(chǔ)筏板上。壓縮機(jī)基礎(chǔ)頂板的梁都為暗梁，且暗梁與板標(biāo)高相同。本項(xiàng)目頂板及模板支架橫剖面圖如圖1 所示。

圖1 頂板及模板支架橫剖面圖

根據(jù)有關(guān)規(guī)范，針對(duì)混凝土模板支撐體系是否屬于超過(guò)一定規(guī)模的危大工程范圍的界定，本項(xiàng)目的空壓機(jī)基礎(chǔ)頂板搭設(shè)高度達(dá)10.1m，大于8m，屬于超高。經(jīng)核算，施工總荷載55.65kN/ m2，嚴(yán)重超重，危險(xiǎn)性極大。因此，需要慎重地選擇模板的滿堂支架體系。而盤(pán)扣式模板支架由于具有承載力高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、安全可靠、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、搭拆便捷、易于管理等諸多優(yōu)點(diǎn)，在超高、超重、大跨度的模板支撐體系的應(yīng)用中具有優(yōu)越性。因此，本項(xiàng)目選用盤(pán)扣式支撐架，以滿足安全性要求。圖2 為本項(xiàng)目承插型盤(pán)扣式支撐架的現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖2 承插型盤(pán)扣式支撐架整體俯視圖和縱橫桿連接圖

2 承插型盤(pán)扣式支撐架的特點(diǎn)

2.1 架體的類型

根據(jù)立桿鋼管直徑的不同，盤(pán)扣式支撐架分為A 型（60 系列）和B 型（48 系列）兩種。60 系列主要用于重型結(jié)構(gòu)的模板支撐體系，其立桿截面尺寸為φ60mm×3.2mm，材質(zhì)為Q345；水平桿截面尺寸φ48mm×2.5mm，材質(zhì)Q235；豎向斜桿截面尺寸φ48mm×2.5mm，材質(zhì)Q195；水平斜桿截面尺寸φ48mm×2.5mm，材質(zhì)Q235；可調(diào)托座和可調(diào)底座φ48mm×6.5mm，材質(zhì)Q235。48 系列在常規(guī)的土建工程中廣泛應(yīng)用，其立桿的截面尺寸為φ48mm×3.2mm，材質(zhì)為Q345；水平桿截面尺寸φ42mm×2.5mm，材質(zhì)Q235；豎向斜桿截面尺寸φ33mm×2.3mm，材質(zhì)Q195；水平斜桿截面尺寸φ42mm×2.5mm，材質(zhì)Q235；可調(diào)托座和可調(diào)底座φ38mm×5.0mm，材質(zhì)Q235。

另外，盤(pán)扣式腳手架的立桿連接方式也很簡(jiǎn)潔有效，主要有兩種型式：一種是外套筒連接，另外一種是內(nèi)連接棒加插銷連接。

2.2 架體的形式

組成承插型盤(pán)扣式支撐架的標(biāo)準(zhǔn)件包括支座、立桿、橫桿、斜拉桿和插銷等，根據(jù)選用的尺寸模數(shù)，在工廠里預(yù)制成型。橫桿、斜拉桿和立桿上的構(gòu)件通過(guò)預(yù)先焊接好的連接盤(pán)連接。橫桿、斜桿上的連接卡鉤通過(guò)自鎖式楔形插銷固定在立桿的連接盤(pán)上，橫桿卡鉤、圓盤(pán)與鋼管桿件均在車間里預(yù)先采用滿焊連接定制好。立桿的連接盤(pán)均勻布置8 個(gè)供橫桿和斜桿承插的孔，橫桿與斜桿的連接卡鉤按照定型的鋼管弧度設(shè)計(jì)，與立桿鋼管上的連接盤(pán)吻合。安裝時(shí)，依次扣好橫桿或斜桿的卡鉤，再敲緊插銷后，便可固定緊密。斜拉桿上可轉(zhuǎn)動(dòng)的卡鉤與鋼管可靠吻合，再通過(guò)鉚釘固定。這樣，整個(gè)架體可有效地增加結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，并可靠地低傳遞水平力。立桿與立桿或者立桿與底座及頂托是通過(guò)外套或內(nèi)套連接棒連接。立桿上的連接盤(pán)在高度上按500mm 高間距分布，因此架體的步距都是500mm 的倍數(shù)；而立桿的縱橫向的間距是300mm 的倍數(shù)。橫桿和斜桿端頭的鑄鋼卡鉤卡入立桿連接盤(pán)上的孔里，然后將自鎖式楔形銷插入，用鐵錘由上至下垂直擊打銷子，使銷子的自鎖部位與花盤(pán)上的孔型配合而鎖死，拆除時(shí)，只有用鐵錘由下向上擊打銷子方可解鎖。

綜上所述，承插型盤(pán)扣式腳手架安拆容易，精度高，傳力明確，架體整體性好，與傳統(tǒng)的腳手架相比，具有明顯的優(yōu)越性。但需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，承插型盤(pán)扣式腳手架用于高支模時(shí)，需要采用扣件式的鋼管增加水平剪刀撐。

2.3 盤(pán)扣式支撐架的優(yōu)點(diǎn)

2.3.1 系列化、標(biāo)準(zhǔn)化

盤(pán)扣式支撐架的底部支座、立桿、豎向斜撐、插銷、可調(diào)頂托等構(gòu)件都是在工廠預(yù)制成型。主要桿件的插銷或套筒連接，簡(jiǎn)單明確，定型化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，使各桿件傳力均按照設(shè)計(jì)通過(guò)節(jié)點(diǎn)中心，能更好地發(fā)揮每個(gè)組成管件的作用。各組成單元構(gòu)件從下料開(kāi)始到整個(gè)產(chǎn)品加工成型，采用專業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，從而保證預(yù)制構(gòu)件的精度。各桿件都是標(biāo)準(zhǔn)件，可通用。因此，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)時(shí)，可降低人為操作的誤差。

2.3.2 施工便捷

盤(pán)扣式支撐架的構(gòu)件都是采用系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)生產(chǎn)，所以現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)施工便捷，搭設(shè)作業(yè)及拆除作業(yè)均簡(jiǎn)單快速，便于施工管理。由于各桿件的連接是插銷或者套筒，工人只需用一把鐵錘敲擊便可完成搭設(shè)或拆除，工作效率比傳統(tǒng)的腳手架提高一倍。目前，人工成本在施工成本中所占的比重越來(lái)越大，雖然盤(pán)扣式支撐架的材料費(fèi)用比傳統(tǒng)腳手架高，但是盤(pán)扣腳手架的搭設(shè)快、易管理，能真正實(shí)現(xiàn)省工、省力、省時(shí)。另外，盤(pán)扣式支撐架的構(gòu)件均采用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化制作，因而便于倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸和堆放，既可以滿足文明施工的要求，又可以避免構(gòu)件的丟失和損壞。

2.3.3 外型美觀、使用壽命長(zhǎng)

由采用標(biāo)準(zhǔn)化制作的標(biāo)準(zhǔn)件組成整個(gè)盤(pán)扣式架體，而且桿件都在工廠里進(jìn)行熱鍍鋅防腐處理。因此，整個(gè)架體的組成單元無(wú)論是“骨架”，還是“膚色”，都整體劃一，美觀、得體、大方，是建筑業(yè)工業(yè)化的體現(xiàn)。所以，采用盤(pán)扣式支撐架是保證文明施工和創(chuàng)建智能化、標(biāo)準(zhǔn)化工地的重要舉措。

與傳統(tǒng)刷漆和噴漆的表面防腐處理相比，盤(pán)扣式支撐架的部件統(tǒng)一在工廠里進(jìn)行熱鍍鋅防腐處理，防腐效果更好，可延長(zhǎng)鋼管壽命到15～20 年，桿件重復(fù)使用的次數(shù)大大增多。

2.3.4 承載力高、更科學(xué)

盤(pán)扣式支撐架的立桿采用Q345 低合金結(jié)構(gòu)鋼或者20# 鋼，強(qiáng)度高。而傳統(tǒng)扣件式腳手架立桿的材質(zhì)是普碳鋼管，即國(guó)標(biāo)Q235。鋼管支撐架起控制作用的是立桿，立桿的強(qiáng)度提高了，可根據(jù)立桿的受力相應(yīng)地設(shè)計(jì)其他桿件的管徑和材質(zhì)。以60 系列腳手架為例，立桿截面尺寸為φ60mm×3.2mm，材質(zhì)為Q345；水平桿截面尺寸φ48mm×2.5mm，材質(zhì)Q235；豎向斜桿截面尺寸φ48mm×2.5mm，材質(zhì)Q195。這樣，根據(jù)受力大小設(shè)計(jì)成不同的管徑和材質(zhì)，做到物盡其用。因此，盤(pán)扣式支撐架整個(gè)架體的承載能力比傳統(tǒng)腳手優(yōu)良，也更科學(xué)。

2.3.5 空間性大

在傳統(tǒng)的支撐施工中，大部分腳手架的縱橫向立桿由于要滿足承載力和穩(wěn)定性的要求，相比相同直徑的盤(pán)扣式支撐架，立桿的間距會(huì)小很多。因而出現(xiàn)了桿件過(guò)密、空間狹小的問(wèn)題。工人在搭設(shè)架體時(shí)如果沒(méi)有足夠的操作空間，就不能保證搭設(shè)架體的施工質(zhì)量。同時(shí)，也影響驗(yàn)收人員的檢查驗(yàn)收。由于立桿采用更高強(qiáng)度的低合金結(jié)構(gòu)鋼，提高了承載力，腳手架可以采用更高的步距和更寬的縱橫向間距，空間性大，從而方便架子工搭設(shè)施工和驗(yàn)收人員自如地檢查驗(yàn)收。

3 滿堂支撐選擇與施工工藝

3.1 支撐架體的選擇

結(jié)合本工程2m 厚的頂板的模板支架，之所以選擇盤(pán)扣式支撐架，主要是因?yàn)楸P(pán)扣式支撐架的承載力大。承載力大，從而空間性大。對(duì)于滿堂支撐架體來(lái)說(shuō)，決定性因素主要是立桿的承載力和穩(wěn)定性。

3.1.1 盤(pán)扣式支撐架的立桿驗(yàn)算

針對(duì)本項(xiàng)目2m 厚的現(xiàn)澆混凝土板支架，若采用盤(pán)扣式支撐架，進(jìn)行立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算，擬采用的盤(pán)扣式支撐架設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

表1 盤(pán)扣式支撐架設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

（1）長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算

l01=h0+2ka=1000+2×0.7×650=1910mm

l0=ηh=1.2×1500=1800mm

λ=max[l01,l0]/ i=1910/ 15.9=120.126≤[λ]=150

所以，長(zhǎng)細(xì)比滿足要求。

（2）立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

頂部立桿段：λ1=l01/i=1910.000/ 15.9=120.126；

查GB50017- 2017 附錄D 表得，φ＝0.347。

考慮風(fēng)荷載：Mw＝γ0×γQγLφwωk×la×h2/ 10

＝1×1.5×0.9×0.9×0.15×0.6×1.52/ 10

＝0.025kN·m

則，N1w=Max[R1,R2,R3,R4]+Mw/ lb

=Max[23.579,35.827,36.624,20.672]+0.025/ 0.6

=36.666kN

f＝N1w/ (φA)+ Mw/ W＝36666/ (0.347×450)+

0.025×106/ 4730＝240.098N/ mm2≤[f]

＝300N/ mm2

所以，考慮風(fēng)荷載的情況下，頂部立桿段的穩(wěn)定性滿足要求。

非頂部立桿段：λ=l0/ i=1800.000/ 15.9=113.208；

查GB50017- 2017 附錄D 表得，φ1=0.386。

考慮風(fēng)荷載：Mw＝γ0×γQγLφwωk×la×h2/ 10

＝1×1.5×0.9×0.9×0.15×0.6×1.52/ 10

＝0.025kN·m，

Nw=Max[R1,R2,R3,R4]+1×γG×q×H+Mw/ lb

=Max[23.579,35.827,36.624,20.672]+1×1.3×0.15×12.1+0.025/ 0.6=39.025kN，

f=Nw/ (φ1A)+Mw/ W

＝39.025×103/ (0.386×450)+0.025×106/ 4730

=229.954N/ mm2≤[σ]=300N/ mm2

所以，考慮風(fēng)荷載的情況下，非頂部立桿段的穩(wěn)定性也滿足要求。

3.1.2 扣件式支架的立桿驗(yàn)算

若采用扣件式支架，對(duì)其立桿的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，擬采用的扣件式支架設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如表2 所示。

表2 扣件式支架設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

λ=max[l01,l0]/ i=5709/ 15.9=359.057＞[λ]=210所以，立桿的長(zhǎng)細(xì)比不滿足要求。

（2）立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

在考慮風(fēng)荷載的情況下，

頂 部 立 桿 段：l01=kμ1(hd+2a)=1.217×2.284×(600+2×200)=2780mm

非 頂 部 立 桿 段：l0=kμ2h=1.217 ×3.806 ×1500=6948mm

可見(jiàn)，立桿的穩(wěn)定性不滿足要求。

綜上所述，當(dāng)采用傳統(tǒng)扣件式支架進(jìn)行立桿計(jì)算時(shí)，即便縱、橫向立桿的間距采取300mm×300mm，仍然無(wú)法滿足要求。況且，若縱、橫向立桿的間距采取300mm×300mm，沒(méi)有施工作業(yè)的空間，無(wú)法保證作業(yè)工人及檢查人員正常地出入。歸根結(jié)底，是立桿的強(qiáng)度不夠。而若采用M48 的盤(pán)扣式支撐架，當(dāng)縱橫立桿的間距采用600mm×600mm，既能滿足架體穩(wěn)定性要求，又能滿足施工作業(yè)的空間要求。

3.2 盤(pán)扣式支撐架的施工工藝

盤(pán)扣式支撐架的施工工藝流程：架體地基處理與驗(yàn)收→支架構(gòu)件驗(yàn)收進(jìn)場(chǎng)→測(cè)量定位、彈線→安裝與校正底座→依次安裝立桿、固定水平桿和斜桿→依次搭設(shè)到頂部→安裝頂托→調(diào)整高程→支撐架體驗(yàn)收→鋪設(shè)主梁、安裝小梁→安裝模板→模板驗(yàn)收。

3.2.1 地基處理

當(dāng)支撐體系的作用位置是混凝土筏板時(shí)，不需要地基處理。當(dāng)架體搭設(shè)在天然地基上時(shí)，則需要進(jìn)行地基處理驗(yàn)算。地基處理檢測(cè)合格后方可進(jìn)入下一步工序。

3.2.2 支架構(gòu)件驗(yàn)收

盤(pán)扣式支撐架的立桿、托座、頂托、模板、主梁和小梁必須先提供各種桿件的實(shí)物樣品和材質(zhì)證明等，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收后，方可大量進(jìn)場(chǎng)。

3.2.3 立桿、水平桿、斜桿的搭設(shè)

（1）在架體施工前，需要編制模板支撐體系安全施工專項(xiàng)方案，按照規(guī)范要求的程序履行審批手續(xù)；審批合格后，方案的編制人員要向現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行仔細(xì)地交底，并形成書(shū)面記錄，方案的編制人員要將設(shè)計(jì)意圖明白準(zhǔn)確地傳給作業(yè)人員。

（2）當(dāng)搭設(shè)模板滿堂支架時(shí)，首先根據(jù)施工方案縱橫立桿的間距參數(shù)，以柱、梁的中心線為依據(jù)，在地基上依次放樣彈出梁的中心線；根據(jù)方案圖彈出立桿的中心線，確定每根立桿的定位點(diǎn)；依據(jù)定位點(diǎn)首先安裝立桿基座，插入立桿，再安裝水平桿和斜桿。

（3）架子工在搭設(shè)架體時(shí)，要及時(shí)安裝斜桿，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)斜撐，來(lái)保證立桿的豎直度和定位的準(zhǔn)確度。

（4）根據(jù)方案的拉結(jié)大樣圖，保證支架與周圍已澆筑成型的混凝土柱或者現(xiàn)有結(jié)構(gòu)可靠連接。

3.2.4 水平剪刀的搭設(shè)根據(jù)批準(zhǔn)的方案增設(shè)水平剪刀撐。剪刀撐鋼管采用Ф48×2.5～2.7mm，材質(zhì)為Q235。水平剪刀撐鋼管用扣件與水平桿連接。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，從承重上看，承插型盤(pán)扣式支撐架承載力高，能很好地勝任超高、超重、大跨度的模板支撐要求；從結(jié)構(gòu)上看，承插型盤(pán)扣式支撐架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全性高、壽命長(zhǎng)，可多次重復(fù)使用；從外觀上看，盤(pán)扣式支撐架比傳統(tǒng)鋼管架美觀。總之，承插型盤(pán)扣式支模架在石油化工的土建工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。