浅谈高架支模在工程中的应用.docx
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浅谈高架支模在工程中的应用
浅谈高模板支撑设计计算及施工安全
——法门寺合十舍利塔山门工程高、大跨模架施工体会
摘要:
在高支模工程施工中,由于设计或安装失当,往往会发生群死群伤的恶性事故。
高支模坍塌事故通常因架体失稳破坏而造成的,往往先从局部垮塌,导致大面积模板支撑坍塌。
关键词:
高架支模支撑系统坍塌支承层水平拉杆剪刀撑
高支模是指高度大于或等于4.5m的模板或支撑系统的简称,由于高支模施工技术要求高,稍有疏忽,就可能导致群死群伤的坍塌事故,造成重大的经济损失。
因此在高支模施工前必须精心策划,提前编制专项施工方案,高支模施工方案经项目经理审核后,报公司技术和安全负责人审批签字后实施。
设计计算书内容涵盖施工荷载计算,模板及其支撑系统的强度、刚度、稳定性、抗倾覆及支承面的承载力的验算。
一、工程概况:
法门寺合十舍利塔工程山门工程位于佛区的最南端,是整个佛文化区的主入口,由正圣门、大圣门、光圣门、明圣门四部分组成。
为使博大精深的佛教文化与时代风貌得以充分展现和融合,营造出庄严肃穆的宗教氛围,在山门设计中采用特殊的建筑造型,大量采用大跨度、超高层结构布局。
山门通道部分首层层高为19.95m,跨度为18m,明圣门结构层高为22.0m,跨度为21m,其余廊道部分层高为8.3m-16m,跨度为18m;在廊道两侧还存在大量超薄结构的斜向装饰板,节点复杂,对模板的刚度要求和支撑体系技术质量要求都比一般工程要高很多,对安全管理也带来了更大的难度。
二、编制依据:
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001);
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001);
《建筑施工脚手架实用手册》(中国建筑工业出版社出版);
《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
三、高模板支撑架设计:
1、山门通道部分跨度为18.0m,高度为19.95m,该部分模板支撑架:
选用48×3.2钢管脚手架,沿上部大梁立杆间距为0.6m,垂直于梁的方向立杆间距为0.9m。
沿架高方向每4.0m设置一道水平剪刀撑,在大梁两侧设连续竖向剪刀撑,剪刀撑由底部搭设至板底,在架体的外侧设竖向连续剪刀撑。
2、其余部分架:
采用碗扣式脚手架,该部分架体立杆纵横向间距均为900mm。
因碗扣架水平方向整体性较差,采取沿架高方向每4.0m设置一道水平向连续剪刀撑,大梁两侧设连续竖向剪刀撑,剪刀撑由底部搭设至板底。
剪刀撑选用48×3.2钢管,斜杆水平倾角宜在45o~60o之间,纵向斜杆间距可间隔1~2跨。
四、施工工艺流程:
架底层处理→架体地面放线(搭设位置平面标记)→搭设高度计算、选择接管方式→搭设架体→验收→使用→维护→拆除。
五、高模板支撑架施工方案:
一)碗扣式满堂脚手架:
1)碗扣架安装时先确定起始安装位置,并根据地面标高确定立杆起始高度,架体下安装50mm厚木垫板,为避免局部不平出现立杆不平悬空或受力不均,在施工前用水准仪测定所安装节段的地面标高,根据所测数据计算出立杆底面标高,设计采用可调底托进行调整,将四个角的立杆标高调平后,再挂线安装其它底托,后安装立杆。
2)当立杆基底高差大于60cm时,则可用立杆错节来调整。
立杆的接长缝应错开,即第一层立杆应用长2.4m和3.0m的立杆错开布置,往上则均采用3.0m的立杆,至顶层再用1.5m和0.9m两种长度的顶杆找平。
3)模板支撑架拼装到3~5步高时,应用经纬仪检查横杆的水平度和立杆的垂直度。
并在无荷载情况下逐个检查立杆底座有否松动或空浮情况,并及时旋紧可调座和薄钢板调整垫实。
4)斜撑的网格应与架子的尺寸相适应。
斜撑杆为拉压杆,要求斜撑尽量与脚手架的节点相连,但亦可以错节布置。
5)斜撑杆的布置密度,由于满堂脚手架高度低于30m时,为整架面积的1/2~1/4,斜撑杆必须对称布置,且应分布均匀。
斜撑杆对于加强脚手架的整体刚度和承载能力的关系很大,应按规定要求设置,不应随意拆除。
6)稳定加强层设置:
沿架高方向每4.0m设置一道水平剪刀撑,剪刀撑与支撑架立杆用扣件连接,遇框架柱时纵横向水平杆应与柱进行锁接,构成水平加强稳定层。
7)剪刀撑的设置:
模板支撑架高度超过4.0m时,应在四周拐角处设置专用斜杆或四面设置八字斜杆,并在每排每列设置一组通高十字撑或专用斜杆。
剪刀撑均应由下而上连续设置。
使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层。
模板支撑架斜杆设置示意图
8)梁外置立杆设计:
按上部梁的位置设置立杆,或采取用直角扣件添加支撑杆的方法予以调整,在有高度大于600mm梁部位设置立杆时,两侧立杆距梁距离应不小于300mm,在1300-1500mm大梁的两侧搭设竖向连续剪刀撑。
9)架板铺设:
在施工作业面下一步横杆位置处设置施工作业平台,要求架板必须满铺,供模板作业人员作业使用。
10)为保证上部架体高度统一性,保证上部模板的平整性,施工应在顶端挂线找平。
三)扣件式模板支撑架:
纵向水平杆的搭设:
纵向水平杆要求设置在立杆内侧,其长度不宜小于3跨,接长宜采用对接扣件连接,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;各接头中心至最近主节点的距离不宜大于纵距的1/3。
横向水平杆的搭设:
作业层上非主节点的横向水平杆,根据支承脚手板的需要等间距设置,最大间距不应大于纵距的1/2。
横向水平杆两端均应采用直角扣件固定在纵向水平杆上。
横向水平杆靠墙一端外伸长度不应大于0.4L,且不应大于500mm,也不小于300mm,以满足铺一块脚手板的要求。
靠墙一端离外墙装饰面距离不大于100mm。
脚手板:
作业层脚手板应铺满、铺稳,设置在三根横向水平杆上。
脚手板采用对接平铺,接头处必须设置两根横向水平杆,脚手板外伸长应取130~150mm,其板长两端均应与支承杆可靠的固定。
铺板严禁出现端头超出支承横杆200mm以上来作固定的探头板。
立杆:
立杆上的对接扣件应交错布置,两相邻立杆的接头不应设置在同步内,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;搭接长度不小于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,下端第一根立杆交错用6m和3m杆相互错开。
连墙杆件:
本工程连墙件拉结在框架柱上,在立杆安装时,选择靠近框架柱的位置,以满足“宜靠近主节点设置,偏离主节点的距离不应大于300mm”设置原则,连墙件内外两个受力方向均应采用不少于两个直角扣件固定。
剪刀撑:
剪刀撑在外侧立面整个长度上间隔布置,在高度上方向连续设置,斜杆与水平面的倾角按45-60°控制,每道剪刀撑宽度不应小于4跨,且不应小于6m。
剪刀撑斜杆的接长采用搭接,搭接长度不应小于1m,应等间距设置3个旋转扣件固定。
剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或大横杆扣紧外,在其中间应增加2~4个扣结点,旋转扣件中心线距主节点的距离不宜大于150mm。
脚手架的两端必须设置横向斜撑,中间宜6跨设置一道,由底层到顶层呈“之”字型连续布置。
扣件:
螺栓拧紧力矩控制在40-65N.m范围内,主节点处固定横向水平杆、纵向水平杆、剪刀撑等用的直角扣件,旋转扣件的中心点的相互距离不应大于150mm。
对接扣件开口应朝上或朝内,各杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不应小于100mm。
六、梁板模板施工:
一)梁模板施工:
本工程梁模板采用18厚的多层板,支撑系统内支撑架除山门通道19.95m高跨部分采用钢管支撑架外,其余均采用碗扣式架子体系。
因该工程首层层高高、柱间尺寸比较大,因此必须在梁底设置竖向剪刀撑,在架体高度方向设置两道水平剪刀撑以保证支撑的系统稳定,用丝杠调节高度。
1)施工顺序:
测量放线→顶托调平→安装底模→绑扎梁钢筋→侧模合拢→安装对拉螺→安装现浇板主龙骨→侧模加固。
2)梁模板施工:
梁底龙骨采用50×80方木通长布设,设置间距200㎜;采用钢管横向布设,间距600㎜。
梁侧次龙骨采用50×80方木水平布设,间距200㎜;外侧设竖向双钢管,大于600mm以上的梁采用φ14螺杆加固,螺杆间距600㎜。
施工时采用梁侧模包底模、楼板压侧模的方法施工,支撑系统采用碗扣式脚手架。
为了解决梁模处易出现不方正、立面不垂直、不平整等质量缺陷,在本工程模板设计时,将梁底模和侧模之间的阳角做成企口形式,即梁侧模配模高度为梁截面高度减板的厚度。
底模配制时将两边沿的木方伸出底板一个竹胶板厚度,使梁侧模的底边坐落在方木上,加固时使竖向背楞直接与其靠牢锁紧。
安装时,缝中填加双面胶带以确保不漏浆。
梁长跨间将梁侧模两端各减去与其交叉梁宽的一半。
梁模安装并校正后,补装柱头模板时一并施工。
同时也保证了在该区间作业的可操作性,确保质量达标也提高模板周转使用次数、节约成本。
梁模根据实际制作,并编号以保证梁模安装时与底板吻合.
梁、板模板安装时跨度大于4m及以上者,梁底模应按规定起拱,起拱高度按1/400。
梁大于600时,在梁模中设对拉螺杆,穿PVC管可以使对拉杆更容易拆卸,以便周转使用,对拉螺杆对拉间距600。
梁侧模沿水平方向采用50×80木方作水平背带,方木平放,竖向背楞采用φ48钢管,但必须与梁底小横杆用扣件扣牢,间距为不大于600mm。
水平杆遇框架柱时应用短钢管与柱子抱锁,遇到框架梁处设置垂直剪刀撑,从而提高架体的整体稳定性。
梁柱头用胶合板、木方配成定型专用接头模板,安装时,在模板与柱混凝土接触面贴双面胶带,确保不漏浆、几何尺寸吻合,用钢支撑对撑加固,并用丝杠调节。
二)楼板模板施工:
本工程楼板模采用12厚的覆膜竹胶板。
模板接缝处以及需要加钉采用50×80的方木,其余均龙骨用5#槽钢,设置间距不大于200mm。
采用碗扣式架子体系。
模板铺设时按楼板尺寸铺设,从一侧开始铺设竹胶板,尽可能选用整张、余下的尺寸再进行切割。
开间与整张相等的尺寸不得使用整张模板。
铺模板之前,依据上层50线拉线,用钢卷尺往下量校正标高。
铺好板之后再校。
底层水平杆距基础表面150mm,立杆步距为1.5m。
并在梁底设置竖向剪刀撑,在高度方向均分设置两道水平剪刀撑以保证支撑的系统稳定,用丝杠调节高度。
七、高模架稳定计算:
大圣门、光圣门中间通道高度为19.95m,明圣门结构层高为22.0m,本方案按明圣门满堂脚手架22.0m高度进行计算。
一)参数选择:
1、模板支架参数:
横向间距或排距(m):
0.60;纵距(m):
0.90;步距(m):
1.50;立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):
0.10;模板支架搭设高度(m):
22.0;采用的钢管(mm):
Φ48×3.2;扣件连接方式:
双扣件,扣件抗滑承载力系数:
0.80;板底支撑连接方式:
方木支撑。
2、模板与木板自重(kN/m2):
0.35;混凝土与钢筋自重(kN/m3):
25.0;施工均布荷载标准值(kN/m2):
2.5。
3、材料参数
面板采用胶合面板,厚度为15mm。
面板弹性模量E(N/mm2):
9500;面板抗弯强度设计值(N/mm2):
13;板底支撑采用方木;木方弹性模量E(N/mm2):
9500;木方抗弯强度设计值(N/mm2):
13.0;木方抗剪强度设计值(N/mm2):
1.4;木方的间隔距离(mm):
250;木方的截面宽度(mm):
60;木方的截面高度(mm):
80;
4、楼板参数
钢筋级别:
三级钢HRB400;楼板混凝土强度等级:
C30;
每层标准施工天数:
8;每平米楼板截面的钢筋面积(mm2):
360;
楼板的计算宽度(m):
4.0;楼板的计算厚度(mm):
150;
楼板的计算长度(m):
4.5;施工平均温度(℃):
15;
楼板支撑架立面简图
图2楼板支撑架荷载计算单元
二)模板面板计算:
面板为受弯构件,需要验算其抗弯强度和刚度,取单位宽度1m的面板作为计算单元
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=100×1.52/6=37.5cm3;I=100×1.53/12=28.13cm4;
模板面板的按照三跨连续梁计算。
面板计算简图
1、荷载计算
(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m):
q1=25×0.15×1+0.35×1=4.1kN/m;
(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN):
q2=2.5×1=2.5kN/m;
2、强度计算
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
其中:
q=1.2×4.1+1.4×2.5=8.42kN/m
最大弯矩:
M=0.1×8.42×0.252=0.053kN·m;
面板最大应力计算值σ=52625/37500=1.4N/mm2;
面板的抗弯强度设计值[f]=13N/mm2;
面板的最大应力计算值为1.403N/mm2小于面板的抗弯强度设计值13N/mm2,满足要求!
3、挠度计算
挠度计算公式为
其中q=4.1kN/m
面板最大挠度计算值v=0.68×4.1×2504/(100×9500×2.56×106)=0.004mm;
面板最大允许挠度[V]=250/250=1mm;
面板的最大挠度计算值0.004mm小于面板的最大允许挠度1mm,满足要求!
三)模板支撑方木的计算
方木按照简支梁计算,其惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=6×8×8/6=64cm3;I=6×8×8×8/12=256cm4;
方木楞计算简图
1、荷载的计算
(1)钢筋混凝土板自重(kN/m):
q1=25×0.25×0.15=0.938kN/m;
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2=0.35×0.25=0.088kN/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):
p1=(2.5+2)×0.6×0.25=0.675kN;
2、方木抗弯强度验算
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
均布荷载q=1.2×(0.938+0.088)=1.23kN/m;
集中荷载p=1.4×0.675=0.945kN;
最大弯距M=Pl/4+ql2/8=0.945×0.6/4+1.23×0.62/8=0.197kN.m;
最大支座力N=P/2+ql/2=0.945/2+1.23×0.6/2=0.841kN;
方木的最大应力值σ=M/w=0.197×106/64×103=3.08N/mm2;
方木抗弯强度设计值[f]=13.0N/mm2;
方木的最大应力计算值为3.08N/mm2小于方木的抗弯强度设计值13.0N/mm2,满足要求!
3、方木抗剪验算
最大剪力的计算公式如下:
Q=ql/2+P/2
截面抗剪强度必须满足:
T=3Q/2bh<[T]
其中最大剪力:
V=0.6×1.23/2+0.945/2=0.841kN;
方木受剪应力计算值T=3×841.5/(2×60×80)=0.263N/mm2;
方木抗剪强度设计值[T]=1.4N/mm2;
方木受剪应力计算值为0.26N/mm2小于方木的抗剪强度设计值1.4N/mm2,满足要求!
4、方木挠度验算:
最大弯矩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:
均布荷载q=q1+q2=0.938+0.088=1.025kN/m;
集中荷载p=0.675kN;
方木最大挠度计算值V=5×1.025×6004/(384×9500×2560000)+675×6003/(48×9500×2560000)=0.196mm;
方木最大允许挠度值[V]=600/250=2.4mm;
方木的最大挠度计算值0.196mm小于方木的最大允许挠度值2.4mm,满足要求!
5、木方支撑钢管计算:
支撑钢管支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;
集中荷载P取纵向板底支撑传递力,P=1.23×0.6+0.945=1.683kN;
支撑钢管计算简图
支撑钢管计算弯矩图(kN.m)
支撑钢管计算变形图(mm)
支撑钢管计算剪力图(kN)
最大弯矩Mmax=0.248kN.m;
最大变形Vmax=0.266mm;
最大支座力Qmax=4.464kN;
支撑钢管最大应力σ=0.248×106/4490=55.244N/mm2;
支撑钢管抗压强度设计值[f]=205N/mm2;
支撑钢管的计算最大应力计算值55.244N/mm2小于支撑钢管的抗压强度设计值205N/mm2,满足要求!
支撑钢管的最大挠度为0.27mm小于600/150与10mm,满足要求!
6、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16.0kN,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12.8kN。
纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值R=4.464kN;
R<12.80kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
7、模板支架立杆荷载标准值(轴力):
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。
1)静荷载标准值包括以下内容:
(1)脚手架的自重(kN):
NG1=0.138×28=3.875kN;
钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。
(2)模板的自重(kN):
NG2=0.35×0.6×0.6=0.126kN;
(3)钢筋混凝土楼板自重(kN):
NG3=25×0.15×0.6×0.6=1.35kN;
经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3=5.351kN;
2)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。
经计算得到,活荷载标准值NQ=(2.5+2)×0.6×0.6=1.62kN;
3)不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算
N=1.2NG+1.4NQ=8.689kN;
四)立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式:
其中N----立杆的轴心压力设计值(kN):
N=8.689kN;
φ----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=1.59cm;
A----立杆净截面面积(cm2):
A=4.24cm2;
W----立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3):
W=4.49cm3;
σ--------钢管立杆最大应力计算值(N/mm2);
[f]----钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205N/mm2;
L0----计算长度(m);
如果完全参照《扣件式规范》,按下式计算:
l0=h+2a
k1----计算长度附加系数,取值为1.155;u----计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3;u=1.7;a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.1m;
上式的计算结果:
立杆计算长度L0=h+2a=1.5+0.1×2=1.7m;
L0/i=1700/15.9=107;
由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.537;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=8689.44/(0.537×424)=38.164N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=38.164N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/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
l0=k1k2(h+2a);k1--计算长度附加系数按照表1取值1.24;
k2--计算长度附加系数,h+2a=1.7按照表2取值1.071;
上式的计算结果:
立杆计算长度Lo=k1k2(h+2a)=1.243×1.071×(1.5+0.1×2)=2.26m;
Lo/i=2263.13/15.9=142;
由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.34;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=8689.44/(0.34×424)=60.276N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值σ=60.276N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=205N/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。
五)立杆的地基承载力计算:
立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求p≤fg
地基承载力设计值:
fg=fgk×kc=68kpa;
其中,地基承载力标准值:
fgk=170kpa;
脚手架地基承载力调整系数:
kc=0.4;
立杆基础底面的平均压力:
p=N/A=34.758kpa;
其中,上部结构传至基础顶面的轴向力设计值:
N=8.689kN;
基础底面面积:
A=0.25m2。
p=34.758≤fg=68kpa。
地基承载力满足要求!
八、高模板支撑架搭设及拆除注意事项:
1)高支模工程须由工程项目技术负责人向全体作业人员进行技术交底。
2)严禁施工人员在作业中变更技术方案;
3)高支模工程分支撑系统分项、模板工程分项、钢筋工程分项、混凝土工程分项四个分项逐项签字验收,才能进行下一道分项工程。
4)拆除4.5m以上模板,应搭设脚手架或操作平台,并四周设防栏杆。
5)高支模上高空临边要有足够的操作平台和安全防护;作业人员必须戴好安全帽和系扣安全带;
6)支撑搭设、拆除和浇筑混凝土时,无关人员不得进入支模底下;应在适当位置挂设警示标志,并指定专人监护。
7)模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑时,应避免材料、机具、工具过于集中堆放,在任何情况下模板立柱承受的荷载均不得超过设计荷载值。
8)搭设应由专业持证人员安装,安全责任人应向作业人员进行安全技术交底并做好记录及签字。
9)模板拆除时,混凝土强度必须达到一定的要求,禁止混凝土未达到设计强度的要求时拆除底模和支架,防止倒塌事故的发生。
10)拆模应严格遵守从上而下的原则,先拆非承重模板,后拆承重模板,禁止抛扔模板。
九、施工体会:
高支模设计计算虽然出自于脚手架设计计算,但不能等同于脚手架设计计算,它与脚手架的差别在于:
一是承受垂直荷载大;二是在施工中输送、倾倒、振捣混凝土作业会增加垂直、水平荷载,使它产生较大的振摆;三是它无连墙杆牵拉约束摆动,这对模板支撑稳定,尤其对高支模稳定很不利,因此要针对高支模承受荷载和结构特点,增大荷载分项系数,增加构造措施,设置水平拉杆、剪刀撑、斜撑加固,以提高高支模的稳定强度。
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 浅谈 高架支模 工程 中的 应用
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