钢管扣件高支模板支架施工工法.docx

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钢管扣件高支模板支架施工工法

钢管扣件高支模板支架施工工法

山西第六建筑有限公司

桑良平王剑张国栋李东驰赵小蒲

1前言

1.0.1目前，建筑工程施工中仍经常采用扣件式钢管搭设高支模板支架，据调查，在工程坍塌事故中20m以上模板支架工程的坍塌占80%以上。

我公司在以往的工程施工中不断积累数据总结经验，形成一套施工现场钢管扣件高支模板支架设计与施工的系统方法，在吕梁中学教学楼、省人大常委办公楼、地质博物馆、李家楼煤矿储煤仓等多项工程应用，取得了较好的成效。

公司编制了《现浇混凝土结构模板设计技术标准》，其中包括了高支模板支架的计算与施工，在基层施工中起到了很好的指导作用。

随后我公司对钢管扣件高支模板支架的设计与施工方法进行总结并形成了施工工法，关键技术经山西省建设厅鉴定委员会鉴定，达到国内领先水平。

2工法特点

2.0.1解决了风荷载对整体支架的作用力计算，完善了高支模板支架的计算理论，填补了空白，具有较大的突破。

2.0.2注重从设计到施工的全过程控制，可操作性较强。

3适用范围

3.0.1适用于水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m的钢管扣件支架的设计与施工。

4工艺原理

4.0.1以钢管扣件高支模板支架的设计计算为基础、构造要求做保证、搭设验收严控制、浇筑过程重观测、使用期间勤维护、拆除清理遵顺序，确保施工安全和工程监理质量。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

5.1.1施工工艺流程见图5.1.1-1。

图5.1.1-1施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1熟悉图纸、现场勘察

1掌握设计图纸内容。

2了解现场地形及场地土质情况。

3了解周围结构状况，考虑模板支架与其连接的可选方案。

4了解周围管线的状况。

5.2.2设计计算

1制定支设方案

根据支架搭设高度、承受的荷载和以往的经验，初步确定支架的支设方案和参数，包括步距、纵距、横距、排数、列数、剪刀撑的支设方式等，画出草图。

2验算内容

架体的整体稳定性；

立杆的稳定性；

连接扣件抗滑承载力；

立杆基础承载力；

支架预留下沉值。

验算后如不符合要求则要对方案进行调整，再按以下步骤进行验算，直至验算符合要求为止。

3扣件式钢管的截面特性及物理性能见表5.2.2-1。

表5.2.2-1扣件式钢管的截面特性及物理性能

规格（mm）

截面面积A（mm2）

重量

（N/m）

惯性矩I

（mm4）

截面模量W（mm3）

回转半径r0（mm）

弹性模量E

（N/mm2）

强度设计值（N/mm2）

φ48.3×3.0

426.9

33.5

110000

4556

16.05

206×103

Q235：

205

φ48.3×3.5

492.6

38.7

124300

5149

15.89

4荷载取值及荷载组合

1）荷载取值

①高支模板支架设计时的荷载见表5.2.2-2。

表5.2.2-2高支模板支承体系设计时的荷载

荷载编号

荷载名称

荷载类别

荷载分项系数

组合系数

①

模板结构自重

永久荷载

1.2或1.35

②

模板支架自重

永久荷载

1.2或1.35

③

新浇混凝土自重

永久荷载

1.2或1.35

④

钢筋自重

永久荷载

1.2或1.35

⑤

施工人员及施工设备的自重

可变荷载

1.4

0.7

⑥

风荷载

可变荷载

1.4

0.6

②模板结构、模板支架自重标准值应按模板和支撑设计图纸确定。

③新浇混凝土自重标准值，对普通混凝土可采用24kN/m3，对其它混凝土应根据实际重力密度确定。

监理工程师论坛

④钢筋自重标准值，应按实际配筋计算，对一般钢筋混凝土结构，楼板可采用1.1kN/m3，梁可采用1.5kN/m3。

⑤施工人员及设备荷载标准值，按1.0kN/m2取值。

⑥风荷载标准值

作用在模板结构上的水平风荷载标准值，按下式计算：

wk=βzμsμzw0（式5.2.2-1）

式中wk—风荷载标准值（kN/m2）；

βz—高度z处的风振系数，当模板结构总高度大于30m且高宽比大于1.5时应予考虑；

μs—风荷载体型系数；

μz—风压高度变化系数，见《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.2.1；

w0—基本风压（kN/m2），见《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表D.4，按n=10年取用。

计算风振系数时，模板钢支架的基本自振周期T1按下式计算：

T1=0.0125H（式5.2.2-2）

式中T1—钢管支架的基本自振周期（s）；

H—钢管支架的高度（m）。

计算风振系数时，基本风压按n=10年取用。

风荷载体型系数的取用

当钢管支架为敞开式时，与风荷载风向相垂直的梁模板的风荷载体型系数取1.1，迎风面高度取梁模板高，迎风面积按各根梁迭加；与风荷载风向相垂直的框架柱模板的风荷载体型系数取1.3，迎风面宽度取柱模板宽，迎风面积按各根柱迭加；

模板支架的风荷载整体体型系数，μstw=μst（1-ηn）/（1-η），其中μst为单排支架的体型系数，n为与风荷载风向相垂直的支架的排数，η按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.3.1第32项采用。

单排支架的风荷载体型系数μst=φμs，μs为钢管的体型系数取1.2，φ为挡风系数，φ=An/A，其中An为支架杆件和节点挡风的净投影面积，A为支架的轮廓面积。

φ48.3钢管支架的挡风系数按表5.2.2-3和表5.2.2-4选用。

表5.2.2-3有剪刀撑钢管支架的挡风系数

步距（m）

立杆间距（m）

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

0.6

2.12

0.198

0.188

0.180

0.173

0.168

0.164

0.160

0.157

0.154

0.152

0.150

0.148

0.7

1.98

0.184

0.174

0.166

0.160

0.154

0.150

0.146

0.143

0.140

0.138

0.136

0.134

0.8

1.88

0.174

0.164

0.156

0.149

0.144

0.140

0.136

0.133

0.130

0.128

0.125

0.123

0.9

1.80

0.166

0.156

0.148

0.141

0.136

0.132

0.128

0.125

0.122

0.119

0.117

0.115

1.0

1.73

0.160

0.149

0.141

0.135

0.129

0.125

0.121

0.118

0.115

0.113

0.111

0.109

1.1

1.68

0.154

0.144

0.136

0.129

0.124

0.120

0.116

0.113

0.110

0.108

0.106

0.104

1.2

1.64

0.150

0.140

0.132

0.125

0.120

0.115

0.112

0.109

0.106

0.103

0.101

0.099

1.3

1.60

0.146

0.136

0.128

0.121

0.116

0.112

0.108

0.105

0.102

0.100

0.098

0.096

1.4

1.57

0.143

0.133

0.125

0.118

0.113

0.109

0.105

0.102

0.099

0.096

0.094

0.092

1.5

1.54

0.140

0.130

0.122

0.115

0.110

0.106

0.102

0.099

0.096

0.094

0.092

0.090

1.6

1.52

0.138

0.128

0.119

0.113

0.108

0.103

0.100

0.096

0.094

0.091

0.089

0.087

1.7

1.50

0.136

0.125

0.117

0.111

0.106

0.101

0.098

0.094

0.092

0.089

0.087

0.085

1.8

1.48

0.134

0.123

0.115

0.109

0.104

0.099

0.096

0.092

0.090

0.087

0.085

0.083

1.9

1.46

0.132

0.122

0.114

0.107

0.102

0.098

0.094

0.091

0.088

0.086

0.083

0.082

2.0

1.44

0.131

0.120

0.112

0.106

0.101

0.096

0.092

0.089

0.086

0.084

0.082

0.080

表5.2.2-4无剪刀撑钢管支架的挡风系数

步距（m）

立杆间距（m）

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

0.6

0.193

0.179

0.169

0.161

0.155

0.149

0.145

0.141

0.138

0.135

0.133

0.131

0.129

0.7

0.179

0.166

0.155

0.147

0.141

0.135

0.131

0.127

0.124

0.121

0.119

0.117

0.115

0.8

0.169

0.155

0.145

0.137

0.130

0.125

0.121

0.117

0.114

0.111

0.109

0.107

0.105

0.9

0.161

0.147

0.137

0.129

0.122

0.117

0.113

0.109

0.106

0.103

0.101

0.098

0.097

1.0

0.155

0.141

0.130

0.122

0.116

0.111

0.106

0.103

0.099

0.097

0.094

0.092

0.090

1.1

0.149

0.135

0.125

0.117

0.111

0.105

0.101

0.097

0.094

0.091

0.089

0.087

0.085

1.2

0.145

0.131

0.121

0.113

0.106

0.101

0.097

0.093

0.090

0.087

0.085

0.082

0.081

1.3

0.141

0.127

0.117

0.109

0.103

0.097

0.093

0.089

0.086

0.083

0.081

0.079

0.077

1.4

0.138

0.124

0.114

0.106

0.099

0.094

0.090

0.086

0.083

0.080

0.078

0.075

0.074

1.5

0.135

0.121

0.111

0.103

0.097

0.091

0.087

0.083

0.080

0.077

0.075

0.073

0.071

1.6

0.133

0.119

0.109

0.101

0.094

0.089

0.085

0.081

0.078

0.075

0.072

0.070

0.068

1.7

0.131

0.117

0.107

0.098

0.092

0.087

0.082

0.079

0.075

0.073

0.070

0.068

0.066

1.8

0.129

0.115

0.105

0.097

0.090

0.085

0.081

0.077

0.074

0.071

0.068

0.066

0.064

1.9

0.127

0.113

0.103

0.095

0.088

0.083

0.079

0.075

0.072

0.069

0.067

0.065

0.063

2.0

0.126

0.112

0.101

0.093

0.087

0.082

0.077

0.074

0.070

0.068

0.065

0.063

0.061

上述表格在应用中可采用内插法计算取值。

若整体支架由多种形式的单排支架组成时，则分别算出每种单排支架的μst，然后将其加权平均后使用。

当钢管支架用密目安全网全封闭时，与风荷载风向相垂直的梁模板的风荷载体型系数取1.1，迎风面高度取梁模板高，迎风面积按各根梁迭加；模板支架的风荷载体型系数取1.3φ，φ按下列公式计算：

φ=φ1+φ2－φ1·φ2/1.2（式5.2.2-3）

式中φ1—密目式安全网的挡风系数，对网目密度2300目/100cm2，每目孔隙面积约为1.3mm2的密目安全网，φ1=0.841；对网目密度3200目/100cm2，每目孔隙面积约为0.7mm2的密目安全网，φ1=0.932。

φ2—整体钢管支架的挡风系数。

2）荷载组合

①承载能力极限状态的基本组合采用简化规则，按下列组合值中取最不利值确定：

由可变荷载效应控制的组合：

S=γGSGk+γQ1SQ1k（式5.2.2-4）

S=γGSGk+0.9∑1nγQiSQik（式5.2.2-5）

由永久荷载效应控制的组合：

S=γGSGk+∑1nγQiψciSQik（式5.2.2-6）

以上各式中

S—承载能力极限状态荷载效应组合的设计值；

γG—永久荷载的分项系数；

γQi—第i个可变荷载的分项系数，其中γQ1为可变荷载Q1的分项系数；

SGk—按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；

SQik—按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者；

ψci—可变荷载Qi的组合系数；

n—参与组合的可变荷载数。

②基本组合的荷载分项系数

A永久荷载的分项系数

当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对由永久荷载效应控制的组合，取1.35；

当其效应对结构有利时，一般情况下取1.0；验算模板结构倾覆时，取0.9。

B可变荷载分项系数

一般情况下取1.4；

当模板平台上的活荷载标准值大于4kN/m2时，取1.3。

③正常使用极限状态下的标准组合按下式采用：

S=SGk+SQ1k+∑1nψciSQik（式5.2.2-7）

该公式中各符号的意义同①条。

④可变荷载的组合系数

可变荷载的组合系数除风荷载取0.6外，其他可变荷载均取0.7。

5整体抗倾覆稳定验算

1）高宽比大于3的支架、有悬挑的支架，且支架又不能与结构构件进行可靠连接时，应首先进行模板支架的整体抗倾覆稳定验算，当验算符合要求或决定采取相应措施后，再进行其他项目的验算。

2）模板支架整体抗倾覆稳定验算时，应选择最不利的荷载组合工况。

当模板支设完毕而混凝土尚未浇筑时，是模板支架整体抗倾覆验算的最不利工况。

取有斜撑或剪刀撑的支架单元作为计算单元，每一计算单元均简化为刚性体系，验算时应取最不利的计算单元。

3）模板支架整体抗倾覆稳定验算时的荷载见表5.2.2-5。

表5.2.2-5模板支架整体抗倾覆稳定验算时的荷载

荷载编号

荷载名称

荷载类别

荷载分项系数

①

模板结构自重

永久荷载

1.2或0.9

②

支架结构自重

永久荷载

1.2或0.9

③

风荷载

可变荷载

1.4

注：

模板结构自重对支架稳定有利时取0.9，对支架稳定不利时取1.2。

4）模板支架整体抗倾覆稳定验算时的荷载效应基本组合为由风荷载效应控制的组合。

5）模板支架整体抗倾覆稳定验算时抗倾覆系数不应小于1.15，按下式进行验算：

（式5.2.2-8）

式中Gk1—对模板支架稳定有利的模板结构、支架自重标准值；

b1—Gk1作用点距模板支架倾覆旋转点的水平距离；

Gk2—对模板支架稳定不利的模板结构、支架自重标准值；

b2—Gk2作用点距模板支架倾覆旋转点的水平距离；

w1—作用于模板部分的集中风荷载标准值；

h1—w1作用点距模板支架倾覆旋转点的竖向距离；

wq—作用于模板支架部分的风荷载合力标准值；

hq—wq作用点距模板支架倾覆旋转点的竖向距离。

图5.2.2-1高支模板支架抗倾覆稳定计算受力图

6）当模板支架整体抗倾覆稳定验算结果不能满足要求时，应优先采取先施工竖向结构构件，将模板支架与竖向结构构件可靠连接，由竖向结构构件承受水平荷载或风荷载，满足模板支架抗倾覆的要求；否则，应采取加斜撑杆、将支架与基础固定、加缆风绳等措施。

加斜撑杆、将支架与基础固定、加缆风绳等均应对称地按受力单元设置。

7）采取相应抗倾覆措施后，要考虑相应措施的作用对其他项目进行验算。

6钢管支架立杆的稳定计算

1）钢管支架立杆的轴心受压稳定计算

（式5.2.2-9）

2）钢管支架立杆的压弯稳定计算

（式5.2.2-10）

式中N—计算立杆段的轴心压力设计值；

Mw—计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；

φ—轴心受压构件稳定系数，根据长细比λ=l0/i，按《钢结构设计规范》GB50017-2003附录C表C-2采用，l0为支柱段的计算长度，i为截面回转半径，当λ>250时，λn=0.01075λ，φ=1/2λn2{（0.965+0.300λn+λn2）-[（0.965+0.300λn+λn2）2-4λn2]1/2}；

l0—钢管支柱计算长度；

KH—支架高度调整系数，

；

A—钢管支柱的截面面积；

W—钢管支柱的截面模量;

f—钢材抗压强度设计值。

3）计算立杆段的轴心压力的计算

风荷载作用下，考虑整体支架的边界约束条件，对整体支架的受力状况进行分析，按悬臂梁、简支梁、连续梁或双向板计算出支座反力和弯矩。

将弯矩按线性分配到各立杆上，分解为轴心拉力和轴心压力，与竖向荷载引起的轴心压力相递加，取最不利工况对支架立杆进行计算。

当弯矩引起的轴向力与竖向荷载引起的轴心压力递加后出现有轴心拉力，而立杆与基础又没有可靠固定构造时，应将弯矩与竖向荷载变换为偏心荷载，按立杆反力合力作用线与偏心荷载作用线重合的原则，对立杆的轴向力重新分配计算。

当采用缆风绳维持架体整体稳定时，应考虑缆风绳的初始拉力在立杆中引起的轴向力；缆风绳的拉设与拆除应对称，否则应计算其偏心作用。

4）钢管立杆的计算长度

钢管立杆步内没有接头、或用对接扣件连接时，钢管立杆的计算长度取水平拉杆的步距h的1.155倍，即l0=1.155h；

支柱顶部用工具式顶托支承龙骨时，钢管支柱的计算长度取l0=1.155（h+2a），h为步距，a为钢管立杆伸出顶层纵向或横向水平杆中心线至支架支撑点的长度；

钢管支柱步内采用2个旋转扣件接长时，钢管支柱计算长度取水平杆的最大步距h的1.77倍，即l0=1.77h；

立杆顶部用直角扣件固定主龙骨支承次龙骨承重时，钢管立杆计算长度取水平杆的步距h的1.77倍，即l0=1.77h。

7扣件抗滑验算

1）扣件的抗滑承载力按R≤Rc验算，式中R为纵向或横向水平杆传给立杆或上部立杆传给下部立杆的竖向作用力设计值，Rc为扣件抗滑力设计值。

2）当采用直角、旋转扣件抗滑时，扣件的承载力设计值Rc取8kN。

当采用双直角、双旋转扣件抗滑时，扣件的承载力设计值Rc取12kN。

8立杆底座、基础、垫板承压、混凝土基础承压、混凝土楼板冲切验算

1）座承压力按下式验算：

γ0N≤Rc（式5.2.2-11）

式中γ0—结构重要性系数，取0.90；

N—立杆传递至底座的最大竖向力设计值；

Rc—底座的承载力设计值，Rc=40kN。

2）立杆基础计算应满足下式要求：

（式5.2.2-12）

式中p—立杆底垫板的平均压力（N/mm2）；

Nk—相应于荷载的标准组合，立杆传至垫板的竖向力设计值（N）；

A—垫板底面面积（mm2）；

fak—地基土承载力特征值（N/mm2），原状土按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的规定或工程地质报告提供的数据采用，换填垫层的承载力特征值可参照表5.2.2-6选用；

mf—地基承载力特征值折减系数，按表5.2.2-7采用。

表5.2.2-6换填垫层承载力特征值fak（kPa）

填土材料

碎石、卵石

天然砂卵石

中粗砾砂

粉土、粉粘土

灰土

压实系数λC

0.94~0.97

0.94~0.97

0.94~0.97

0.94~0.97

0.95

承载力特征值

200~300

200~250

150~200

130~180

200~250

注：

压实系数小的取低值，反之取高值。

表5.2.2-7地基土承载力特征值折减系数（mf）

地基土类别

折减系数

原土

换填垫层

碎石土、砂土

0.8

0.4

粉土、粉粘土、灰土

0.9

0.5

注：

1立杆承基础面应有良好的排水措施；2原土应夯压审底。

3）垫木的承压计算应按《木结构设计规范》GB50005-2003的规定进行验算。

4）立杆下混凝土基础的承压计算与立杆下混凝土楼板的受冲切承载力计算应按《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的规定进行验算。

9支架预留下沉值的计算

当支架不进行预压时，搭设支架时应预留下沉值，预留下沉值的计算考虑下述因素。

1）支架立杆受力后的弹性变形δ=σL/E，σ为支柱的压应力，L为支柱长度，E为弹性模量，荷载按正常使用极限状态下的标准组合计算；

2）支架立杆及构件在接缝处的非弹性变形，一般情况下，横纹木料间为3mm，顺纹木料间为2mm，横纹木料与顺纹木料间为3mm，木料与金属或木料与混凝土或木料与砌体的接缝为1~2mm，立杆与立杆间为0.2mm；

3）钢管与扣件间的滑移值，3~5mm；

4）支柱地基受力后的沉降，可通过试验确定或参考表5.2.2-8估算。

表5.2.2-8支柱地基沉陷值（mm）

地基土类型

支柱满载

支柱不满载

砂土

5

5

粉土、粘土

10

5

10构造措施

1）支架立杆底部应设置底座、垫板或枕木，当可调底座伸出长度超过300mm时，应采取可靠措施固定。

垫板宜采用长度不少于2跨、厚度不小于50mm，宽度不小200mm的木垫板，也可采用槽钢。

枕木厚度宜为150mm，宽度宜为200mm。

2）支架应设置纵、横向扫地杆，用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm的立杆上。

3）支架顶部、梁底、每步高均应加设纵、横向水平杆。

4）立杆间距不应大于1.2m，支架步距不应大于1.8m。

5）剪刀撑的设置应符合下列规定：