跨度高支架系统模板施工方案审查和监理实务

大跨度高支架系统模板施工方案审查和监理实务南京中南工程咨询有限公司    杨俊悌  吴卫年摘要 ：本文结合工程实例对超高层高空大跨度、高支架系统的整体稳定性，屋面的支模方案编制基本内容、计算方法进行探讨。关键词 ：大跨度、高支架、水平剪刀撑、整体排架、刚度与稳定性近年来，全国范围内发生因模板高支架坍塌而导致重大恶性事故多起，因此对此方面的安全监理工作应特别引起施工现场人员的重视。根据建设工程安全生产管理条例和建设部建质2004213 号文件危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法要求，模板工程施工前施工单位应当单独编制安全专项施工方案，对水平砼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/m或集中荷载大于 15kN/m的模板支撑系统必须由建筑施工企业组织不少于 5 人的专家组，对编制的安全专项施工方案进行论证审查。一、工程概况：由南京图腾置业发展有限公司开发的大观天地 MALL 项目位于南京市下关区建宁路 300 号，东邻阅江楼、静海寺，西面热河路，北抵郑和路，为阅江楼旅游观光风景区的一个重要组成部分。中庭大圆井字梁，截面 500x2000，跨度 27m，支模架高度 17m；影剧院屋面梁截面 550x2100，板厚 200，跨度 17m，支模架高度 11m。二、高支架搭设方案：结合本工程的结构形式和施工特点（26-35 轴线屋顶构架模板支撑体系属于大跨度高支模，其搭设方案：1. 整体钢管排架采用 48x3.0 钢管，竖向立杆间距不大于 800x800，水平连杆双向在离楼面上 150 设扫地杆，以上水平连杆 1500 每步设置，大圆弧处井字量扫地杆 150 设置，以上每步 1450 到-0.1 顶紧再按每步 1450 到 5.7 顶紧再每步 1200 到梁底。小影剧院 550x2100 的每步 1250 到 15.7 处顶紧每步 1250 到梁底。支撑架与整体排架连接要连接牢固。2. 框架梁小影剧院 550x2100 实行梁宽方向竖向立杆间距 500+300+500 即两侧从楼面到楼板底及梁顶面，中间加二根立杆从楼面到梁底，顺梁方向立杆间距统一按 800 设置，如果梁底中间加一根立杆从楼面到梁底，顺梁方向立杆间距按 400 设置，梁处水平杆按每步 1250 搭设在中间砼梁顶紧支撑架与整体排架连接处要连接牢固。3. 所有框架梁底木楞均按顺梁方向设置，剪刀撑按大梁底下按顺梁方向设置形成 8.7mx8.7m柱间网支撑体系，采用搭接长度不少于 1m 搭接处不少于 3 个搭接扣件。4. 圆弧处井字梁弧形处梁在-0.1m，5.7m5.9m 处，影剧院梁在 15.7m 处的水平连杆均要与周围梁砼顶紧固定。所有净空高于 4m 中间设水平剪刀撑，采用搭接长度 1m，搭接处不少于3 个搭接扣件，确保排架的刚度、强度及稳定性。 B=50aD=210h5两两两B=50aD=20h15两两两高支架脚手架搭设要求：1) 40x30 钢管为主要受力杆件，通过扣件连接的钢管满堂脚手架支撑体系。2) 底板、梁底纵距不大于 800，横距 500+300+500，步高不大于 1500。3) 竖向剪刀撑、水平剪刀撑 4560。4) 高支架四周于 26、29、F、K、M、30 轴与结构柱可靠相连。三、监理项目部要求施工单位：1. 编制屋面高空大跨度高支架设计和施工专项方案1) 施工方案应有计算书，包括荷载计算、模板及其支撑系统的强度、刚度、稳定性的验算。2) 屋面梁跨度达，曾高达 17m，施工方案应有水平杆步距和剪刀撑设置等构造措施的详细说明。3) 方案应有支撑平面布置图，模板及其支撑的立面图和 剖面图，节点大样施工图。4) 方案应对砼浇筑方法程序提出要求。5) 方案应有支撑系统安装验收程序提出要求。2. 由于是大跨度高支架大荷载，我们提出一定要经过专家组论证审查，专家论证审查意见应说明方案是否可行，建议加强、完善之处，实施过程中需要注意的事项等，提出书面论证审查报告，以东南大学郭正兴教授为首的专家组提了 7 点意见：1) 该工程有 500x2000 大梁，支模高度 17m，为井字梁，无楼板；另有 550x2100 梁支模高度9m，采用扣件式钢管排架搭设，基本尺寸为步高小于 1.5m，梁下加密两根立杆，形成500+300+500 沿轴线500，方案总体可行，可以实施。2) 有高支模区的立杆布置平面图，应补充完整的细部尺寸，在平面图上应注明具体尺寸，并应注明竖向剪刀撑的具体部位，水平剪刀撑网格尺寸等。3) 应补充高大支模架的剖面图，标明具体尺寸，以及与周边砼框架拉结关系，梁的两侧浇筑平台做法等。4) 应补充 500x2000 大梁的具体支模详图，特别是梁下构造详图，应保证梁下立杆对接，不能搭接，接头应错开。5) 支架完成后，应重点检查：梁下立杆顶层的纵横向水平杆与立杆扣件的拧紧力矩，应为4065Nm，顶部高小于 1200mm。6) 水平层剪刀撑应在确保楼层处设置，并应拉结牢固。7) 施工时控制人员荷载。搭设完成后，组织各方面检查验收，施工单位技术负责人签字后报监理进行审查。3. 监理组织相关专业监理工程师进行审查，对方案中相关技术指标，根据相关规范进行验算，认为该方案可以保证安全，总监签字后同意交施工单位施工。我们对原方案中涉及相关技术指标，还根据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001） 、 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002） 、 建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）等规范要求，运用专门的脚手架计算软件进行验算，由于篇幅所限，这里我们仅列出影剧院梁模板高支撑架计算书：梁模板高支架构造见图（3）梁模板高支架立面简图四、参数信息：1) 高支撑架参数立柱梁跨度方向间距 L（m）：0.60 ； 立杆上端伸出至模板支撑点长度 a（m）：0.10高支撑步距（m）：1.50；高支撑架搭设高度（m）： 11.0；梁两侧立柱间距（m）：0.60梁底增加 2 根承重立杆。2) 荷载参数模板自重（KN/）：0.35；    梁截面宽度 B（m）：0.550钢筋自重（KN/m 3）：1.50；    梁截面高度 D（m）：2.10施工均布荷载标准值（KN/）：2.00；振捣砼荷载标准值 2.003) 木方参数木材弹性模量 E(N/mm2)：10000.0；     木材抗弯强度设计值 fm(N/mm2)：17.0；木材抗剪强度设计值 fv(N/mm2)：1.7；  面板类型：胶合面板；面板弹性模量 E(N/mm2)：9500.0；     面板抗弯强度设计值 fm(N/mm2)：13.0；4) 其他采用的钢管类型（）：40x30，扣件式连接方式，双扣件，扣件抗滑承载力系数 0.80。、梁底支撑的计算本工程梁底支撑采用方木。强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。1.荷载的计算：(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m)：q1 = (24+1.5)2.10.183=9.818 kN/m；(2)模板的自重线荷载(kN/m)：q2 = 0.350.183(22.1+0.55)/ 0.55=0.554 kN/m；(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m) ：经计算得到，活荷载标准值 P1= (2.5+2)0.183=0.825 kN/m；2.方木的支撑力验算静荷载设计值 q = 1.29.818+1.20.554=12.446 kN/m；活荷载设计值 P = 1.40.825=1.155 kN/m；方木计算简图方木按照三跨连续梁计算。本算例中，方木的截面惯性矩 I 和截面抵抗矩 W 分别为 :W=51010/6 = 83.33 cm3；I=5101010/12 = 416.67 cm4；方木强度验算:最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的设计值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:线荷载设计值   q = 12.446+1.155=13.601 kN/m；最大弯距   M =0.1ql2= 0.113.6010.60.6= 0.49 kN.m；最大应力   = M / W = 0.49106/83333.3 = 5.876 N/mm2；抗弯强度设计值  f=13 N/mm2；方木的最大应力计算值 5.876 N/mm2 小于 方木抗弯强度设计值  13 N/mm2,满足要求!方木抗剪验算：最大剪力的计算公式如下:截面抗剪强度必须满足:其中最大剪力: V = 0.613.6010.6 = 4.896 kN；方木受剪应力计算值 = 34896.36/(250100) = 1.469 N/mm2；方木抗剪强度设计值 = 1.7 N/mm2；方木的受剪应力计算值 1.469 N/mm2 小于 方木抗剪强度设计值  1.7 N/mm2,满足要求!方木挠度验算:最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和，计算公式如下:q = 9.818 + 0.554 = 10.372 kN/m；方木最大挠度计算值 = 0.67710.3726004 /(10010000416.667104)=0.218mm；方木的最大允许挠度 =0.6001000/250=2.400 mm；方木的最大挠度计算值 = 0.218 mm 小于 方木的最大允许挠度 =2.4 mm，满足要求！3.支撑钢管的强度验算支撑钢管按照简支梁的计算如下荷载计算公式如下：(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m 2)：q1 = (24.000+1.500)2.100= 53.550 kN/m2；(2)模板的自重(kN/m 2)：q2 = 0.350 kN/m2；(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m 2)：q3= (2.500+2.000)=4.500 kN/m2；q = 1.2(53.550 + 0.350 )+ 1.44.500  = 70.980 kN/m2；梁底支撑根数为 n，立杆梁跨度方向间距为 a， 梁宽为 b，梁高为 h,梁底支撑传递给钢管的集中力为P，梁侧模板传给钢管的集中力为 N 。当 n=2 时：当 n2 时：计算简图(kN)支撑钢管变形图(mm)支撑钢管弯矩图(kN.m)经过连续梁的计算得到：支座反力 RA = RB=3.792 kN，中间支座最大反力 Rmax=8.467；最大弯矩 Mmax=0.095 kN.m；最大挠度计算值 Vmax=0.011 mm；支撑钢管的最大应力 =0.095106/4490=21.115 N/mm2；支撑钢管的抗压设计强度 f=205.0 N/mm2；支撑钢管的最大应力计算值 21.115 N/mm2 小于 支撑钢管的抗压设计强度  205.0 N/mm2,满足要求!、梁底纵向钢管计算纵向钢管只起构造作用，通过扣件连接到立杆。、扣件抗滑移的计算:按照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座刘群主编，P96 页，双扣件承载力设计值取 16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数 0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为 12.80kN 。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(规范 5.2.5):R  Rc其中 Rc - 扣件抗滑承载力设计值,取 12.80 kN；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，根据前面计算结果得到  R=8.467 kN；R < 12.80 kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 、立杆的稳定性计算:立杆的稳定性计算公式梁底受力最大的支撑立杆稳定性验算:其中 N - 立杆的轴心压力设计值，它包括：梁底支撑最大支座反力： N1 =8.467 kN ；脚手架钢管的自重： N2 = 1.20.129(11-2.1)=1.704 kN；N =8.467+1.704=9.845 kN；- 轴心受压立杆的稳定系数，由长细比  lo/i 查表得到；i - 计算立杆的截面回转半径 (cm)：i  = 1.59；A - 立杆净截面面积  (cm2)： A = 4.24；W - 立杆净截面抵抗矩(cm 3)：W = 4.49； - 钢管立杆轴心受压应力计算值 ( N/mm2)；f - 钢管立杆抗压强度设计值：f =205 N/mm 2；lo - 计算长度 (m)；如果完全参照扣件式规范不考虑高支撑架，按下式计算 lo = k1uh                      (1)k1 - 计算长度附加系数，取值为：1.167 ；u - 计算长度系数，参照扣件式规范表 5.3.3， u =1.7；上式的计算结果：立杆计算长度 Lo = k1uh = 1.1671.71.5 = 2.976 m；Lo/i = 2975.85 / 15.9 = 187 ；由长细比 lo/i  的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数 = 0.205 ；钢管立杆受压应力计算值 ；=9845.45/(0.205424) = 113.27 N/mm 2；钢管立杆稳定性计算 = 113.27 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值  f = 205 N/mm2，满足要求！如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算lo = k1k2(h+2a)               (2)k1 - 计算长度附加系数按照表 1 取值 1.167；k2 - 计算长度附加系数，h+2a = 1.7 按照表 2 取值 1.024 ；上式的计算结果：立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.1671.024(1.5+0.12) = 2.032 m；Lo/i = 2031.514 / 15.9 = 128 ；由长细比 lo/i  的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数 = 0.406 ；钢管立杆受压应力计算值 ；=9845.45/(0.406424) = 57.193 N/mm 2；钢管立杆稳定性计算 = 57.193 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值  f = 205 N/mm2，满足要求！模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。以上表参照 杜荣军：扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全五、钢管、扣件的质量控制1. 事前要求施工单位采用现行国家标准直螺纹电焊钢管