钢管支撑高达大支模应用标准的探索
发布时间2011-05-06 17:44:07 点击量：
| 李 强 | |
| （常州常嘉建设有限公司） | |
| 【摘要】根据历年高大支模实际施工技术经验，以武进电力生产调度服务中心工程 23.4m 高的模板为例，对钢管支撑高大支模应用标准做一点探索。 | |
【关键词】钢管支撑 高大支模 标准 随着新材料、新技术的发展，人类对建筑艺术的要求越来越高，现代建筑都以新奇特的艺术新式出现，建筑内外超高大空间的展现越来越多，超高大空间的钢管支撑高大支模技术国家无具体的标准，这给施工企业实际操作带来了一定的难度。历年全国高支模坍塌事故屡屡发生，因此本文根据历年高大支模施工技术经验，以武进电力生产调度服务中心为例，对钢管支撑高大支模应用标准做一点探索供同行参考。 | |
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| 二、 高大支模性质判别 高大模板工程定义：水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m，或跨度超过18m，施工总荷载大于10kN/m2，或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑系统。 根据定义计算进行高大支模性质判别： 取1米宽计算单元，最大集中线荷载：0.3×0.9×25（梁荷载）+0.7×0.12×25（板荷载）+2.0（施工线荷）=10.85KN/m小于集中线荷载15kN/m。 施工荷载：0.12×25（结构荷载）+2.0（施工荷载）=5KN/m2小于10kN/m2，但是本工程支模高度23.4大于8米，符合超高大支模定义，所以本工程在性质上属于高度超高的高大支模。 三、 施工顺序的确定 合理正确的施工顺序对高大支模的财力投入及安全保证起到事半功倍的效果。柱、墙混凝土与梁板混凝土分二次浇筑，模板支架利用施工区域及周边已具备一定强度的构件（墙、柱等）通过连墙件进行可靠连接。 本工程采取了先浇筑混凝土柱，等混凝土柱具备一定的强度后，把梁板模板系统的拉接固定在混凝土柱上，然后浇筑梁板结构。 四、 方案部署 本工程高支模钢管排架支撑系统由专业脚手架搭建施工队伍搭建，采用φ48×3.0 mm钢管，立杆横距（南北向）0.8m，纵距（东西向）0.80m，步距1.7m，根据立杆纵距、横距、步距满设双向水平杆。梁模板安装采用18mm厚九夹板，木楞采用50×80mm，小横杆间距300mm。先浇板采用18mm厚九夹板，木楞采用50×80mm，小横杆间距400mm。 钢管排架直接落在地下室顶板上，在立杆下设置150×150×8的钢板作垫板，立杆搭设采用通长钢管对接，上下保持垂直，钢管不得选用已经长期使用发生变形的钢管。由于支撑排架搭设高度较高，因此在支撑排架顶部和底部（扫地杆）设水平加强剪刀撑，每隔一步距（即3.4m）处设置一道水平剪刀撑与立杆连接，在排架东西朝向设置三道竖向剪刀撑，即外、中、里。在排架南北朝向每隔间距约4m设置一道竖向剪刀撑。梁、板顶部支撑横杆设置双向,考虑实际使用的扣件锈蚀抗滑力有所降低，所以采用用双扣件连接横杆与立杆。梁底部位立杆支撑为横距800mm，纵距400mm。相邻结平板与此部位统一支模，连成一整体。在主体施工时预埋0.4m@2.4m钢管在6、9、G轴梁上，在搭设排架时扣在预埋的钢管上，未预埋部位采用与已浇筑成型的框柱拉结，并与未拆除的五、六层水平杆相连，增加整体刚度。由于钢管排架直接搭设在地下室顶板后浇带附近，因此在地下室后浇带处采用间距0.8m×0.8m的钢管支撑，以加固地下室顶板。 | |
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| 工地实际搭设图片 | |
| 五、 方案计算 方案部署好了，需要进行方案计算，如果计算通不过，在调整方案，所以方案部署与方案计算是相互相承的，有时候需要反复进行。方案部署和方案计算度确定后，按照要求还要进行专家认证，专家认证通过后方可搭设。 进行模板支撑计算时，构件力学参数必须与实际施工所用材料的力学参数为准。例如：刚管的实际壁厚、木方的高宽、扣件的实际抗滑力、模板的弹性模量等。在计算梁模板扣件钢管高支撑架时应考虑两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。在计算扣件抗滑力时要考虑实际扣件及工人实际操作的影响。另外还要进行扣件钢管高支撑地基承载力或支撑楼板的强度验算。由于受篇幅限制，本工程方案计算本文只简略阐述主要部分。 （一）梁模板扣件钢管高支撑架计算， 模板支架搭设高度为23.3米， 基本尺寸为：梁截面 B×D=300mm×900mm，梁支撑立杆的纵距(跨度方向) l=0.80米，立杆的步距 h=1.70米。 | |
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| 图1 梁模板支撑架立面简图 | |
| 梁两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。 集中力大小为 F = 1.20×25.000×0.120×0.650×0.300=0.702kN。 采用的钢管类型为48×3.0。 1、梁底支撑横向钢管计算 横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取木方支撑传递力。 | |
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| 支撑钢管计算简图 | |
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| 支撑钢管弯矩图(kN.m) | |
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| 支撑钢管变形图(mm) | |
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| 支撑钢管剪力图(kN) | |
| 经过连续梁的计算得到 最大弯矩 Mmax=0.695kN.m， 最大变形 vmax=1.878mm， 最大支座力 Qmax=2.295kN， 抗弯计算强度 f=0.695×106/4491.0=154.78N/mm2支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求。支撑钢管的最大挠度小于800.0/150与10mm,满足要求。 2、 梁底支撑纵向钢管计算 纵向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取横向支撑钢管传递力。 经过连续梁的计算得到， 最大弯矩 Mmax=0.497kN.m， 最大变形 vmax=0.886mm， 最大支座力 Qmax=6.646kN，抗弯计算强度 f=0.497×106/4491.0=110.67N/mm2， 支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求。支撑钢管的最大挠度小于800.0/150与10mm,满足要求。 3、扣件抗滑移的计算 纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算: R ≤ Rc 其中 Rc —— 扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN； R —— 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值； 计算中R取最大支座反力，R=6.65kN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。 R≤8.0 kN时，可采用单扣件； 8.0kN | |
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经计算 （二）板模板扣件钢管高支撑架计算 模板支架搭设高度为 23.3米 ， 搭设尺寸为：立杆的纵距 b= 0.80米 ，立杆的横距 l= 0.80米 ，立杆的步距 h= 1.70米 。采用的钢管类型为 | |
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| 图1 楼板支撑架立面简图 | 图2 楼板支撑架荷载计算单元 |
| 1、 横向支撑钢管计算 横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取木方支撑传递力。 经过连续梁的计算得到，最大弯矩 Mmax=0.235kN.m， 最大变形 vmax=0.419mm，最大支座力 Qmax=3.142kN，抗弯计算强度 f=0.235×106/4491.0=52.32N/mm2 支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求。支撑钢管的最大挠度小于800.0/150与10mm,满足要求。 2、纵向支撑钢管计算 纵向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取横向支撑钢管传递力。经过连续梁的计算得到， 最大弯矩 Mmax=0.440kN.m，最大变形 vmax=0.838mm， 最大支座力 Qmax=6.755kN 抗弯计算强度 f=0.440×106/4491.0=97.95N/mm2 ，支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求。 支撑钢管的最大挠度小于800.0/150与10mm,满足要求。 3、扣件抗滑移的计算 纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算: R ≤ Rc 其中 Rc —— 扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN； R —— 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值； 计算中R取最大支座反力，R=6.76kN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。 4、立杆的稳定性计算 | |
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经计算  =114.269N/mm2，立杆的稳定性计算 < [f],满足要求。 | |
| 5、楼板强度的计算 验算楼板强度时按照最不利考虑,楼板的跨度取6.60m，楼板承受的荷载按照线均布考虑。宽度范围内配筋3级钢筋，配筋面积As=982.1mm2，fy=360.0N/mm2。 板的截面尺寸为 b×h=4092mm×200mm，截面有效高度 h0=180mm。 其计算简图如下： | |
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 = Asfy/bh0fcm = 982.08×360.00/(4092.00×180.00×16.70)=0.03 | |
| 查表得到钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯能力计算系数为 | |
 s=0.030 | |
此层楼板所能承受的最大弯矩为：M1= | |
| 结论：由于M1 = 66.42 < Mmax=74.87 楼板强度不足以承受以上楼层传递下来的荷载。 因此本工程第2层以采取了立杆纵横间距800mm进行了加固。第三层为地下室抗压板配筋量非常大，完全能成承受上不传来的荷载，所以不再验算。 六、 钢管高支撑架搭设技术标准 1 立杆 (1) 搭接要求：立杆接长时，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；立杆接长除顶步可采用搭接外，其余各步接头必须采用对接扣件连接。对接、搭接应符合下列规定： （2） 立杆上的对接扣件应交错布置，两根相邻立杆的接头不应设置在同步内。 （3） 搭接长度不应小于1m，应采用不少于2个旋转扣件固定，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。 (4) 扫地杆设置：模板支架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆亦应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。 2水平杆 (1) 每步的纵、横向水平杆应双向拉通。 (2) 搭设要求：水平杆接长宜采用对接扣件连接，也可采用搭接。对接、搭接应符合下列规定： （3） 对接扣件应交错布置：两根相邻纵向水平杆的接头不宜设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头至最近主节点的距离不宜大于纵距的确1/3； （4） 搭接长度不应小于1m，应等距离设置3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至搭接水平杆杆端的距离不应小于100mm。 （5）主节点处水平杆设置： 主节点处必须设置一根横向水平杆，用直角扣件扣接且严禁拆除。主节点两个直角扣件的中心距不应大于150mm。 3剪刀撑 剪刀撑包括两个垂直方向和水平方向三部分组成，要求根据工程结构情况具体说明设置数量 (1) 设置数量，模板支架高度超过4m的模板支架应按下列规定设置剪刀撑： a 模板支架四边满布竖向剪刀撑，中间每隔四排立杆设置一道纵、横向竖向剪刀撑，由底至顶连续设置； b 模板支架四边与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。 (2) 剪刀撑的构造应符合下列规定： a 每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6m，剪刀撑斜杆与地面倾角宜在45°~60°之间。倾角为45°时，剪刀撑跨越立杆的根数不应超过7根；倾角为60°时，则不应超过5根； b 剪刀撑斜杆的接长应采用搭接； c 剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm； d 设置水平剪刀撑时，有剪刀撑斜杆的框格数量应大于框格总数的1/3。 4 周边拉接 （1） 宜靠近主节点设置，偏离主节点的距离不应大于300mm； （2） 应从底层第一步纵向水平杆处开始设置，当该处设置有困难时，应采用其它可靠措施固定； （3）连墙件的垂直间距不应大于建筑物的层高，并不应大于4m（2步）。 （4） 连墙件中的连墙杆或拉筋宜呈水平设置，当不能水平设置时，与脚手架连接的一端应下斜连接，不应采用上斜连接； （5） 连墙件必须采用可承受拉力和压力的构造。采用拉筋必须配用顶撑，顶撑应可靠地顶在混凝土圈梁、柱等结构部位。拉筋应采用两根以上直径4mm的钢丝拧成一股，使用的不应少于2股；亦可采用直径不小于6mm的钢筋。 七、 材料管理 1 钢管、扣件 (1) 材质：引用了国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手 架安全技术规范》（JGJ130）的相关规定 (2) 验收与检测，采购、租赁的钢管、扣件必须有产品合格证和法定检测单位的检测检验报告，生产厂家必须具有技术质量监督部门颁发的生产许可证。并且使用前必须进行抽样检测。 钢管外观质量要求： a 钢管表面应平直光滑，不应有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道； b 钢管外径、壁厚、端面等的偏差；钢管表面锈蚀深度；钢管的弯曲变形应符合附录E的规定； c 钢管应进行防锈处理。 扣件外观质量要求： a 有裂缝、变形或螺栓出现滑丝的扣件严禁使用； b 扣件应进行防锈处理。 2 技术资料 施工现场应建立钢管、扣件使用台帐，详细记录钢管、扣件的来源、数量和质量检验等情况人员管理 八、 验收管理与质量标准 1、 验收管理 (1) 验收程序 高大模板支架投入使用前，应由项目部组织验收。项目经理、项目技术负责人和相关人员，以及监理工程师应参加高大模板支架的验收。对高大模板支架，施工企业的相关部门应参加验收。 (2) 验收内容 a 材料——技术资料 b参数——专项施工方案 c 构造——专项施工方案和本规程 (3) 扣件力矩检验 安装后的扣件螺栓拧紧扭力矩应采用扭力扳手检查，抽样方法应按随机分布原则进行。 (4) 验收记录 按相关规定填写验收记录表。 2、质量标准 （1）立杆垂直偏差： a、搭设高度H＜25m时： 纵向偏差不大于H/200，且不大于100㎜， 横向偏差不大于H/400，且不大于50㎜。 b、搭设高度H＞25m时： 纵向偏差不大于H/400，且不大于100㎜， 横向偏差不大于H/600，且不大于50㎜。 （2）纵、横向水平杆水平偏差不大于总长度的1/300，且不大于20㎜。 （3）排架的步距偏差不大于20㎜，立杆9纵（横）距偏差不大于50㎜。 （4）扣件紧固力宜载45~55N·M，不得低于45 N·M或高于60 N·M。 （5）连墙点的数量，位置要正确，连接牢固，无松动现象。 九、 使用管理 1 作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得超载。脚手架不得与模板支架相连。 2 模板支架使用期间，不得任意拆除杆件，当模板支架基础下或相邻处有设备基础、管沟时，在支架使用过程中不得开挖，否则必须采取加固措施。 3 架体因特殊原因或使用荷载变化而发生改变时，需采取措施（编制补充专项施工方案），重新验收。 4 混凝土浇筑过程中，应派专人观测模板支撑系统的工作状态，观测人员发现异常时应及时报告施工负责人，施工负责人应立即通知浇筑人员暂停作业，情况紧急时应采取迅速撤离人员的应急措施，并进行加固处理；混凝土浇筑过程中，应均匀浇捣，并采取有效措施防止混凝土超高堆置。 十、 拆除管理 1 拆除时间：必须满足规范规定的底模及其支架拆除时的混凝土强度的要求。 2 拆除方法：模板支架拆除时，应按施工方案确定的方法和顺序进行，拆除作业必须由上而下逐步进行，严禁上下同时作业。分段拆除的高差不应大于二步。设有附墙连接件的模板支架，连接件必须随支架逐层拆除，严禁先将连接件全部或数步拆除后再拆除支架；多层建筑的模板支架拆除时，应保留拆除层上方不少于二层的模板支架，模板支架拆除时，应在周边设置围栏和警戒标志，并派专人看守，严禁非操作人员入内，卸料时应符合下列规定： a 严禁将钢管、扣件由高处抛掷至地面； b 运至地面的钢管、扣件应及时按规定进行外观质量检查、整修与保养，剔除不合格的钢管、扣件，按品种、规格随时码堆存放。 十一、 安全措施 1、模板及其支撑系统在安装过程中，必须设置防倾覆的临时固定设施； 2、高空临边设足够的操作平台和安全防护，搭设脚手架围护超过作业层1.5m，作业人员必须持证上岗，作业时必须扣好安全带和戴好安全帽； 3、不得在模板上集中堆放荷载，工序紧密时候可用塔吊帮助分多次提升，以减少对楼面板的施工荷载； 4、不准架设探头板或未固定的立柱； 5、凡患有高血压，心脏病，癫痫病不得从事架子和高空作业； 6、遇到六级大风或以上大风的，应暂停作业； 7、暴雨过后，要马上检查架子，发现倾斜，变形应及时修理； 8、工作前先检查使用的工具是否牢固，拆支撑或剪力墙螺杆的板手等工具必须用绳链系在身上，以免掉落伤人，工作时要思想集中。 9、拆除模板一般用长撬棍，人不准站在正在拆除的模板下面，在拆除楼板模板时，要注意防止整块模板突然掉下伤人； 10、高空作业要搭设脚手架或操作台，上下要使用梯子，不准站在大梁底模上行走。操作人员严禁穿硬底鞋及有跟鞋作业。 11、拆除的大模板作平板底模时，不得一次将顶撑全部拆除，应分批拆下顶撑，然后按顺序拆下搁栅、底模，以免发生大模板在自重荷载下一次性大面积脱落。 12、在模板吊装时，吊点必须符合起重要求，以防止坠落伤人。 13、拆模时，临时脚手架必须牢固，不得用拆下的模板作脚手板。脚手板搁置必须牢固平整，不得有空头板，以防踏空坠落。 十二、 模板支撑体系坍塌事故应急预案 1、坍塌事故应急小组责任及组织机构图 1.1 项目经理是坍塌事故应急小组第一负责人，负责事故的救援指挥工作。 1.2 安全总监是坍塌事故应急救援第一执行人，具体负责救援组织工作和事故调查工作。 1.3 现场经理是坍塌事故应急小组第二负责人，负责事故救援组织工作的配合工作和事故调查的配合工作。 | |
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| 1.4 坍塌事故应急组织机构图 | |
| 1.5 应急小组下设机构及职责 （1）抢险组：组长由项目经理担任，成员由安全总监、现场经理、机电经理、项目总工程师和项目班子及分包单位负责人组成。主要职责是：组织实施抢险行动方案；协调有关部门的抢险行动；及时向指挥部报告抢险进展情况。 （2）安全保卫组：组长由项目办公室主任担任，成员由项目行政部、经警组成。主要职责是：负责事故现场的警戒，阻止非抢险救援人员进入现场；负责现场车辆疏通，维持治安秩序；负责保护抢险人员的人身安全。 （3）后勤保障组：组长由项目办公室主任担任，成员由项目物资部、行政部、合约部、食堂组成。主要职责是：负责调集抢险器材、设备；负责解决全体参加抢险救援工作人员的食宿问题。 （4）医疗救护组：组长由项目卫生所医生担任，成员由卫生所护士、救护车队组成。主要职责是：负责现场伤员的救护等工作。 （5）善后处理组：组长由项目经理担任，成员项目领导班子组成。主要职责是：负责做好对遇难者家属的安抚工作；协调落实遇难者家属怃恤金和受伤人员住院费问题；做好其它善后事宜。 （6）事故调查组：组长项目经理、公司责任部门领导担任，成员由项目安全总监、公司相关部门、公司有关技术专家组成。主要职责是：负责事故现场保护和图纸的测绘；查明事故原因，提出防范措施；提出对事故责任者的处理意见。 | |
| 2、坍塌事故应急工作流程 | |
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| 3、坍塌事故应急措施 | |
| 3.1 坍塌事故发生时，安排专人及时切断有关闸门，并对现场进行声像资料的收集。发生后立即组织抢险人员在半小时内到达现场。根据具体情况，采取人工和机械相结合的方法，对坍塌现场进行处理。抢救中如遇到坍塌巨物，人工搬运有困难时，可调集大型吊车进行调运。在接近边坡处时，必须停止机械作业，全部改用人工扒物，防止误伤被埋人员。现场抢救中，还要安排专人对边坡、架料进行监护和清理，防止事故扩大。 3.2 事故现场周围应设警戒线。 3.3 统一指挥、密切协同的原则。坍塌事故发生后，参战力量多，现场情况 复杂，各种力量需在现场总指挥部的统一指挥下，积极配合、密切协同，共同完成。 3.4 以快制快、行动果断的原则。鉴于坍塌事故具有突发性，在短时间内不易处理，处置行动必须做到接警调度快、到达快、准备快、疏散救人快，达到以快制快的目的。 3.5 讲究科学、稳妥可靠的原则。解决坍塌事故要讲科学，避免急躁行动引发连续坍塌事故发生。 3.6 救人第一的原则。当现场遇有人员受到威胁时，首要任务是抢救人员。 3.7 伤员抢救立即与急救中心和医院联系，请求出动急救车辆并做好急救准备，确保伤员得到及时医治。 3.8 事故现场取证救助行动中，安排人员同时做好事故调查取证工作，以利于事故处理，防止证据遗失。 3.9 自我保护，在救助行动中，抢救机械设备和救助人员应严格执行安全操作规程，配齐安全设施和防护工具，加强自我保护，确保抢救行动过程中的人身安全和财产安全。 | |
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