脚手架质量通病治理分析计算.docx
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脚手架质量通病治理分析计算
高工谢建民先生编著《施工专项方案编制手册》
支模架计算要点及需要关注的问题分析
支模架设计计算
规范要求设计计算书应该包括的内容:
1.模板强度计算(无要求);
2.顶步水平杆受弯构件强度及挠度计算;
3.立杆与水平杆连接扣件抗滑承载力计算;
4.立杆的稳定性计算;
5.立杆的地基承载力(拆撑)计算。
计算单元的选取
•1、主次梁交接处(如为砼柱,不需计算)
•2、主梁处
•3、次梁处(当次梁支架排距≤主梁支架排距时,不需计算)
•4、平板处
支模架典型传力路径
•荷载→底模→方木→横向水平杆→纵向水平杆→扣件→立杆→基础
(一)荷载计算
分类
序号
荷载
标准值
备注
永久荷载
①
模板及支架自重
木模0.3kN/m3
支架自重按模板支架高度以0.15kN/m3取值
②
普通砼自重
24kN/m3
其他砼根据实际重力密度确定
③
钢筋自重
板1.1kN/m3
型钢另行计算
梁1.5kN/m3
可变荷载
④
施工人员及设备
1.0kN/m3
⑤
振捣砼荷载
2.0kN/m3
⑥
风荷载
荷载设计值及效应组合
•荷载设计值=荷载分项系数×荷载标准值
•永久荷载分项系数γG:
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
•可变荷载分项系数取1.4
•荷载效应组合
•
计算项目
荷载效应组合
模板支架
①+②+③+④
梁底支架
①+②+③+⑤
保守计算
①+②+③+④+⑤
水平杆计算
②+③+④
立杆计算
①+②+③+④+⑤
1+②+③+0.85(④+⑤+⑥)
二)水平构件计算分析
•荷载不宜以等效均布荷载替代,应按梁板实际状况进行水平杆应力分析;
•梁的两侧设置立杆时,应按等跨连续梁计算;梁及板的纵向水平杆宜按三等跨连续梁计算,其计算内力可查有关建筑静力手册或编制依据与参考资料;
水平杆自重可忽略不计;抗剪强度远大于扣件的抗滑强度不必计算
水平构件计算要点
•抗弯强度:
•
•
•
•扰度:
v≤[v]
•横向水平杆宜按简支梁计算
•纵向水平杆宜按三跨连续梁计算
•抗剪强度:
不必计算
扣件抗滑承载力计算
•普通支模架:
R≤Rc
•两层及两层以上支模架,考虑叠合效应:
1.05R≤Rc
连接方式选择
抗滑承载力
连接方式
R≤8.0kN
单扣件
8.0kN<R≤12.0kN
双扣件
R>12.0kN
可调托座
立杆计算
【基本规定】
•当立杆搭设尺寸采用相同的步距、纵距和横距时,应计算底层立杆段;
•当立杆搭设尺寸、纵距、横距有变化时,除计算底层立杆段外,还必须对出现的最大步距或纵距、横距等部位的立杆段进行计算。
(1)立杆稳定性计算
(2)
【搭设高度超过4m】
•不组合风荷载时
•组合风荷载时
•高度调整系数
(2)立杆稳定性计算
【两层及以上支模架】
•不组合风荷载时
•组合风荷载时
•1.05为叠合效应系数
•高度调整系数
【单层支模架】
•不组合风荷载时
•组合风荷载时
•N-计算立杆轴向力设计值
•j-轴心受压构件的稳定系数
•l-长细比,l=l0/I
(3)立杆轴向力计算
(4)不组合风荷载时
(5)N=γG∑NGk+1.4∑NQk
(6)组合风荷载时
(7)N=γG∑NGk+0.85×1.4∑NQk
(8)∑NGk—模板支架自重、新浇砼自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和;
(9)∑NQk—施工人员及施工设备荷载标准值、振捣砼时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。
(4)立杆长度计算
•模板支架立杆的计算长度l0按两公式计算的结果取最大值即可
1)l0=h+2a
2)l0=kμh
•h—支架立杆的步距;
•a—模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。
3)l0=k1k2μh
(5)地基承载力
【搭设在地基计算】
•公式:
pfa
p=N/A
fa=kc·fak
【搭设在楼面计算】
•应对楼面承载力进行验算
•地基承载力调整系数
地基类型
Kc取值
碎石土、砂土、回填土
0.4
粘土
0.5
岩石、砼
1.0
模板支架设计原则
•从模板支架系统的搭设方式与力学建模来看,除了规范给出的方法以外,还可以有其它方式。
如视脚手架内外立杆、小横杆构成为横向框架结构,大横杆为连系梁,用平面框架的内力分析方法进行计算;也可以视模板支架为空间桁架结构,用有限元法进行受力分析,用试验结果对其进行修正。
对于结构较为复杂的扣件式钢管脚手架或其它类型模板支撑架,规范无法解决其计算问题,此时需要对其单独建模,总的来说,应遵循传力明确、连接可靠和计算简便的原则,以利于对其进行分析计算,确保受力的合理性。
模板支架的构造措施
●模板支架,特别是空间高、跨度大、荷载重的模板支架进行分析计算的研究和总结不多,不少工程编制的施工技术方案比较简单。
●模板承重架的节点不是刚性节点,人工不确定因素很多,力传递也不直接不规则,离散性很大,千百个扣件中有一个或几个失效,则计算长度就可能增加一倍甚至更大,轴心受压立杆的稳定系数就会急剧下降,立杆的承载力也大幅减小,立杆的受压稳定性也就很难得到保证。
●所以要高度重视模板承重架的构造要求,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。
要确保各种杆件的布置符合规范要求,使杆件传力明确,立杆要尽可能承受轴向力,避免或减小荷载的偏心。
要加强整体连接和拉结,确保整体稳定性,避免出现不稳定结构和节点可变状态,要实现构造尺寸的规范化,避免设计的随意性。
一、扣件式钢管脚手架计算要点及需要注意的问题分析
外脚手架施工流程
编制外架施工
安全专项方案
安全交底
立杆基础施工操作与安全检查
其他安全点施工操作与检查系统检查验收与使用
外架事故非技术原因汇总
Ø钢管、扣件质量缺陷,导致强度、延伸性不足。
Ø外墙装饰、安装门窗时,为方便施工,连墙件配置不足且被随意拆除,又不设临时固定措施。
Ø支撑钢管密度不够,雨水、漏水浸入和其它工种的施工影响,使得脚手架的基础下沉局部悬空。
Ø脚手架上堆积物过多,荷载过于集中。
Ø扣件松脱、滑移、断裂。
Ø脚手板滑脱。
Ø立杆承载力不足(明显弯曲)。
Ø大跨、超高、荷载重情况下,脚手架支撑力不够导致坍塌。
Ø横向连接杆过稀,整体稳定性不足。
Ø脚手架上作业时未系安全带,也是造成人员伤亡的重要原因。
外架事故技术原因分析
.水平杆受弯破坏
2.立杆局部或整体性失稳
3.扣件滑移破坏
4.地基承载力不足,沉陷破坏
5.连墙件强度或稳定性不足,导致架体面内外失稳破坏
6.架体的剪刀撑、水平加强层、斜杆等设置不足,导致结构近似几何可变
计算总则:
脚手架传力途径分析
从结构力学的角度来看,脚手架应构造合理,受力和传力路径明确,与主体结构拉结可靠,以及杆件的局部稳定和整体稳定均能得到充分保证。
扣件式钢管脚手架的传力路径为:
脚手板纵、横向水平杆立杆地基安全网
在脚手架的设计计算中,应按照上述传力路径,进行完整的验算,只验算其中一两项是非常不安全的。
外架主要计算要点
导致外架重大事故的技术原因
•一般意义而言,外脚手架倒塌我们在分析事故原因的时侯都讲是立杆稳定性问题。
认为是立杆的稳定性导致外脚手架局部失稳或整体失稳。
•从众多的安全事故案例我们深入分析,发现导致外架事故的真正安全隐患并不全是立杆的稳定性方面问题。
关于扣件抗滑承载力问题
•当直角扣件拧紧扭矩达40-65N·m时,单扣件抗滑承载力可取8kN;双扣件抗滑承载力可取12kN。
•当扣件抗滑承载力达不到要求时,不能简单地通过扣件数量来使其满足,宜采用可挑托座。
•可调托座能够使立杆直接承受荷载,立杆抗弯强度设计值为205N/mm2
搭接不
符合要求
搭设太随意,步距超过设计要求
支模架事故原因分析
(二)
•现场施工人员不按支撑体系的构造要求进行搭设,缺少剪刀撑和扫地杆,使得支撑体系的整体稳定性无法保证;
不重视模板支撑立杆底部的构造处理,雨季施工地基产生明显的不均匀沉降,导致模板支撑产生较大的次应力,极易发生垮塌
缺水平杆
无剪刀撑引起连续跨塌,支架倾斜
Ø钢管和扣件质量低劣
Ø目前由于钢管、扣件生产及流通领域存在诸多问题,导致施工现场使用的钢管和扣件多为质量不合格产品,如钢管壁厚达不到规范要求,钢管的平直度较差,一些钢管已明显弯曲等,致使模板支撑承载能力明显降低。
杭州生产钢管、扣件的厂家较少,杭城建筑工地的钢管、扣件一般都来自河北唐山,而且多数是租用,虽然一直在进行整治,但要从源头有效治理尚有一定难度。
Ø专项方案编制不合理
Ø一些施工企业编制的施工方案荷载计算有误;荷载组合未按最不利原则考虑;
Ø对泵送混凝土引起的动力荷载在设计计算中估计不足等,造成模板支撑体系的安全度大幅度下降。
技术规范落实不够
•
按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)第5.6.2条第二款规定:
模板支架立杆的计算长度L0应按下式计算:
•h——支架立杆的步距;
•a——模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度
技术规范落实不够
《规范》5.6.2条规定,模板支架立杆的计算长度取l0=h+2a,该计算式表明,必须严格控制a值。
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