扣件式鋼管模板支撐體系及管理研究

史云范

（牡丹江建工集團(tuán)有限公司十四分公司，黑龍江 牡丹江157000）

1 研究背景與研究意義

模板支撐體系是混凝土結(jié)構(gòu)施工過程的重要臨時(shí)承載和傳力結(jié)構(gòu)，而扣件式鋼管模板支撐體系是我國(guó)常用的模板支撐體系。但是，由于目前我國(guó)對(duì)扣件式鋼管模板支撐體系研究的欠缺和其自身性能的不足導(dǎo)致混凝土工程建設(shè)失敗，安全事故時(shí)有發(fā)生。

目前我國(guó)使用的模板支撐體系，大多數(shù)都是扣件式鋼管模板支撐。因此扣件式模板支撐體系的設(shè)計(jì)計(jì)算和施工管理也就成為本論文的重要研究?jī)?nèi)容。為了能制止各類腳手架和模板支撐體系的坍塌事故的再度發(fā)生，就需要對(duì)模板工程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和合理的施工管理。本文主要是針對(duì)模板工程中存在的問題，對(duì)模板及其支撐體系分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過借鑒國(guó)內(nèi)外的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，形成一套系統(tǒng)化、規(guī)范化的模板工程設(shè)計(jì)理論，從而為模板工程設(shè)計(jì)提供一個(gè)系統(tǒng)的理論依據(jù)，同時(shí)也為減少腳手架和模板支撐體系坍塌事故提供理論保證。

2 扣件式鋼管模板支撐體系若干問題研究

在扣件式鋼管模板工程中，腳手架、模板支撐倒塌事故的主要原因是材料問題、設(shè)計(jì)問題和施工應(yīng)用問題。本章針對(duì)扣件式鋼管模板支撐體系設(shè)計(jì)中存在的問題，從支撐體系的荷載計(jì)算取值、模板支架立桿計(jì)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比、等方面，完善模板支撐體系的設(shè)計(jì)和施工管理。

2.1 荷載計(jì)算問題

在模板工程支撐體系中，當(dāng)支撐架體搭設(shè)高度較低時(shí)，作用在架體上的風(fēng)荷載、誘發(fā)荷載等水平荷載對(duì)架體穩(wěn)定性影響不大。但是，隨著架體的搭設(shè)高度變大，架體本身受到的風(fēng)荷載的作用也會(huì)變大，水平荷載對(duì)支撐架體的影響也將加大，此時(shí)，輸送混凝土的水平?jīng)_力和振搗混凝土產(chǎn)生的水平力對(duì)模板支撐體系支撐架體的內(nèi)力影響就不能忽略了。因此，本文建議在有關(guān)模板支撐體系的設(shè)計(jì)計(jì)算所涉及到的荷載及其取值按以下規(guī)定執(zhí)行：（1）模板及支撐自重的標(biāo)準(zhǔn)值；（2）新澆混凝土構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值：普通混凝土可取2525 kN/m3，對(duì)其他混凝土可根據(jù)實(shí)際的重度確定，鋼筋應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定，一般房屋建筑樓板為1.1kN/m3、梁為1.5kN/m3；（3）施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值：一般取均布荷載，房屋建筑為1.0kN/m2，高架橋梁1.5kN/m2；對(duì)有大型澆筑設(shè)備如上料平臺(tái)、混凝土輸送泵等按實(shí)際情況計(jì)算；（4）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的垂直荷載標(biāo)準(zhǔn)值：取2.0kN/m2（水平模板）；（5）支撐安裝偏差荷載的標(biāo)準(zhǔn)值：一般取1%的垂直永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，并且作用在支撐上端水平方向；（6）安全荷載標(biāo)準(zhǔn)值：考慮施工中的振動(dòng)和沖擊，不均勻荷載等未預(yù)見因素產(chǎn)生的水平荷載，一般取2.5%的垂直永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，并且作用在支撐上端水平方向；（7）誘發(fā)荷載。即輸送混凝土泵管的水平?jīng)_力、混凝土震搗器的振動(dòng)波等產(chǎn)生的水平荷載作用?！霸谏鲜龊奢d中，風(fēng)荷載的作用面積應(yīng)分為兩部分：一部分是直接作用在支撐立桿所迎風(fēng)面上，另一部分作用在面支撐的側(cè)向模板面上，這部分風(fēng)荷載按照上試計(jì)算后將其集中作用在支撐的上端來考慮。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式一般參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》

式中：μZ-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009）規(guī)定采用；μS-風(fēng)荷載體型系數(shù)，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009）規(guī)定采用；ω0-基本風(fēng)壓(kN/m2)，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009）規(guī)定采用。

2.2 模板支架立桿計(jì)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比問題

2.2.1 扣件式鋼管模板支撐體系立桿計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算研究

在模板及其支撐體系的設(shè)計(jì)計(jì)算中，立桿計(jì)算長(zhǎng)度的確定關(guān)系著設(shè)計(jì)和校核支撐立桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。我國(guó)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）對(duì)模板支撐體系立桿計(jì)算長(zhǎng)度的取為：

式中h-支架立桿步距；a-為立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度。

2.2.2 模板支架立桿長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算

為了避免計(jì)算臨界壓力，快速方便的判斷受壓桿件的穩(wěn)定性，材料力學(xué)中引入了長(zhǎng)細(xì)比的概念。長(zhǎng)細(xì)比是綜合反映壓桿長(zhǎng)度、約束條件、截面尺寸和形狀對(duì)壓桿分叉載荷的影響的量，用λ表示。由歐拉公式，定義長(zhǎng)細(xì)比：（2-3）令細(xì)長(zhǎng)桿的臨界應(yīng)力等于材料的比例極限，得到：

根據(jù)公式2-2即可求出不同材料的長(zhǎng)細(xì)比極限值λP、λS，然后根據(jù)公式2-3求出實(shí)際長(zhǎng)細(xì)比λ的數(shù)值，將其與長(zhǎng)細(xì)比極限值λP、λS相比較，從而選擇相應(yīng)臨界應(yīng)力公式。當(dāng)需要求出臨界壓力時(shí)，只要乘以截面面積A即可。

2.3 模板高支撐體系整體穩(wěn)定性

評(píng)估方法：以地區(qū)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷最高時(shí)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出重載率，與上一年線路重載率實(shí)績(jī)值進(jìn)行比對(duì)，對(duì)重載率提高的情況以及具體重載線路進(jìn)行原因分析，提出解決建議和規(guī)劃方案。

模板高支撐體系不僅要保證立桿和基礎(chǔ)具有足夠的強(qiáng)度和承載能力，還要求其具有良好的整體穩(wěn)定性，以保證支撐體系在外荷載特別是水平荷載作用下不發(fā)生整體傾覆、側(cè)翻等安全事故。模板高支撐體系由于搭設(shè)高度較大，其架體受到的水平荷載的影響要比一般支撐體系大。水平荷載是模板支撐系統(tǒng)受到的一種荷載作用，它在模板支撐體系的受力計(jì)算中處于一種很特殊的地位。一般的模板支撐體系在計(jì)算中，不會(huì)考慮水平荷載的作用，只有在一些特別的支撐體系中才會(huì)體現(xiàn)它的作用。模板支撐體系中的水平荷載作用包括以下幾種：風(fēng)荷載、傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載作用、振搗和澆筑混凝土?xí)r機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的水平力等。有時(shí)候，當(dāng)澆筑路徑不同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生水平荷載。這些水平荷載對(duì)模板支撐體系尤其是高支撐的影響是很重要的，因?yàn)楫?dāng)它們?cè)诳偤奢d中占有一定比例時(shí)，就可能會(huì)造成模板支撐體系的傾覆事故。

3 模板工程安全施工安全管理

模板工程的施工安全大致上包括以下4個(gè)方面的安全要求和保障：

3.1 模板及其支撐體系的安裝安全

模板支撐體系作為混凝土結(jié)構(gòu)工程的臨時(shí)承載結(jié)構(gòu)，在具體的施工中，在經(jīng)過具體的方案設(shè)計(jì)和施工前期準(zhǔn)備以后，就可以開始安裝模板及其支撐體系。在模板及支架的安裝過程中，可能會(huì)發(fā)生落物、碰撞、墜落以及模板、設(shè)備和支架因未固定牢固發(fā)生傾覆等事故。

3.2 模板與支撐體系的工作安全

模板及支撐體系是混凝土結(jié)構(gòu)的臨時(shí)承載結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑過程中，承受著來自新澆混凝土自重、施工人員以及機(jī)械設(shè)備和其他荷載的作用。在這一階段，模板可能會(huì)出現(xiàn)開模、走模、脹模和其他的明顯變形從而影響構(gòu)件的成型與承載力要求；模板支撐體系也可能會(huì)發(fā)生偏移、坍塌、傾倒、局部垮塌和其他破壞等，從而引發(fā)模板支撐體系安全事故。

在一些特殊混凝土結(jié)構(gòu)工程中，有時(shí)往往會(huì)使用滑模、爬模和大型模板來提高施工速度和質(zhì)量。當(dāng)需要對(duì)模板進(jìn)行爬升、提升和滑動(dòng)，對(duì)大模板進(jìn)行吊裝時(shí)，施工時(shí)就要注意在此過程中不能發(fā)生卡阻、不同步、偏載、支架變形、模板粘連和指揮不當(dāng)、失控等情況。

3.4 拆除模板及支架的安全

當(dāng)完成混凝土澆筑并經(jīng)過混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)化以后，就可以根據(jù)要求拆除模板及其支撐體系。模板及其支撐體系的拆除，也是事故常發(fā)階段，原因是多樣的。例如，過早拆除模板及其支架、拆除順序不當(dāng)、拆除時(shí)亂丟亂扔等。種種這些操作行為，都會(huì)給模板及支撐體系拆除工作埋下安全隱患。

5 結(jié)論

本論文以國(guó)家《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》為研究背景，研究了模板及其支撐體系上的荷載作用，討論了扣件式鋼管模板支撐體系的立桿計(jì)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比的確定。最后對(duì)扣件式鋼管模板支撐體系的安全施工管理進(jìn)行了論述。扣件式鋼管模板支撐體系是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的技術(shù)，希望這篇文章能夠在廣大同行內(nèi)起到拋磚引玉的作用，為我國(guó)的建筑事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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