江苏大学图书馆工程 超高混凝土梁板模板竖向支撑设计与施工 ..

[关键词] 钢管扣件  支撑架  立杆  轴心受压  偏心受压  剪刀撑

1.工程概况

江苏大学图书馆工程总建筑面积43969m2，框架结构，地下一层，地上六层，局部七层，建筑高度34.2m。

本工程由于建筑功能的需要，设计了多处高大空间，其中净空高度在10m～22m的共6处，面积总计1774 m2，。检索区上空及主入口上空梁底标高分别为：19.95m、19.95m～21.85m，均为悬空大厅。大厅平面尺寸（轴间距）为：16 m×16m和32 m×16m，柱距分别为8.0m×8.0m和16 m×16 m。框架梁最大截面为600×1200㎜，楼板厚度为110mm。普通梁板混凝土强度等级为C35（预应力梁为C40）。

架体基础标高为-0.4m，最高架体的搭设高度为22m。根据有关规定，高度超过8m的模板支撑架即属于“高大模板”这种危险性较大的分项工程，保证高大支撑架的安全与整体稳定性是架体设计与施工需要解决的问题。

2.支撑架设计

2.1.支撑架立杆间距设计

根据以往实践经验，框架梁及预应力梁模板竖向支撑架的立杆设计为：梁的横向布置4根立杆，横向间距600mm，梁纵向的立杆间距900mm。楼板下支撑架立杆设计为：纵横向布置间距均为900mm，与梁下支撑架立杆纵距相一致，以方便连接形成整体；架体纵横向连系杆的步距为1500 mm。

2.2.钢管截面力学特性的确定

现场搭设支撑架使用的Φ48钢管的壁厚达不到标准厚度3.5mm，根据现场实际抽样检测统计，确定钢管的壁厚取值为2.8mm，即设计采用的钢管截面力学特性（计算参数）为：横截面积A＝397.6mm2,截面回转半径i＝16mm，I＝1.02×105 mm4，W＝4245mm3，E＝2.06×105 N/ mm2；钢管自重仍按37.6N/m计算。

2.3.梁下支撑架立杆稳定性验算

梁下支撑架按轴心受压方案验算。（略）

2.4. 楼板下支撑架立杆稳定性验算

板下支撑架按偏心受压方案验算。（略）

2.5.偏心受压验算结果的理论分析

 我们根据上述2.4条款的实用计算公式，假定截面最大应力达到设计许可应力205 N/ mm2，求得此条件下立杆截面因轴向压力引起的应力为47.3 N/mm2，而由偏心受压之弯矩产生的压应力为157.7N/mm2，此时立杆设计最大许可承载力仅为12.9KN，占同条件轴心受压状态下极限承载力55.8KN的23.0%；由此可见在轴向压力、架体步距相同的情况下，立杆偏心受压承载力远小于轴心受压的承载力。

3.方案实施

3.1.支撑架体基础

高支撑架体基础的不均匀沉降能显著影响立杆的受力均匀性，易产生立杆的局部失稳。因此，对基础范围内局部的肥槽按方案回填，分层夯实，原地基土整平并作夯实处理，保证基土面同处于-0.4m设计标高；整体浇筑120mm厚C20混凝土垫层，要求表层作抹压处理并有一定排水坡度，以防雨水渗透基土；放线确定每根立杆的位置，立杆下通长垫设50(厚)×200mm(宽)的脚手板，每根立杆底部均设置150×150×10mm竹胶板垫板。距地面200mm设置双向扫地杆，这是防止立杆失稳的有效措施。

3.2.梁底支撑立杆与梁下受力外楞连接做法

梁底中间两根立杆上端插螺旋可调节支托，保证立杆轴心受压；两侧两根立杆按习惯做法是伸至板底的。因此，作为梁底外楞的受力横杆与立杆必须作双扣件连接，即受力横杆与立杆扣接并紧靠立杆的纵横杆，纵横杆亦同立杆扣接,以满足双扣件抗滑移的设计要求，楼板外楞与架体立杆的连接类同。

3.3.梁下支撑架立杆接高方法

梁下支撑架立杆接高必须采用对接扣件。事前计算好立杆的竖向接头位置和每段立杆的长度，立杆接高采用对接扣件连接，以保证立杆处于轴心受压状态。特别是架体顶部与梁下外楞连接的立杆，绝对不可以因长度不合适而采用十字扣件与横杆扣接的方式来调整架体高度，否则会造成立杆变为偏心受压状态，容易造成连接扣件破坏或架体局部变形的严重后果。

3.4.剪刀撑的设置

剪刀撑对于保证架体的整体性和稳定性是十分重要的。剪刀撑分水平剪刀撑和竖向剪刀撑。

3.4.1.水平剪刀撑每4个步距(6m)设置一道，优先布置在架体四周及梁下，每道剪刀撑宽度不少于4跨。

3.4.2.竖向剪刀撑分横向和纵向两个方向的剪刀撑。其设置原则为：从架体的角部或端部开始设置，每隔4跨设置双向剪刀撑，每道横跨不少于4跨（5根立杆），且须与立杆或横杆连接。高支撑架外围立面宜设置连续剪刀撑。梁下支撑架的纵横向剪刀撑均以梁纵轴对称设置，设置方法类同。

3.5.施工注意事项

3.5.1.架体搭设要严格执行《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001），满足架体设计要求。立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；立杆的最大垂直偏差应控制在25mm以内；竖向立杆严禁使用明显弯曲或扭曲的钢管。

3.5.2.立杆之间按步距1.5m设置双向水平杆，确保其在两个方向均具有足够的设计刚度；梁下立杆顶部设置的可调支撑，其支承面距离支撑架顶部横杆中心线的高度不得大于400mm；

3.5.3.高支撑架体应与周边结构柱、梁板作可靠连接。原则上竖向每两个步距、横向5跨不少于一道连接，以提高架体的整体稳定性。

3.5.4.为避免混凝土泵送时布料机对支撑架体产生的瞬间水平力及振动，浇筑混凝土时，支撑架平面位置内严禁布置混凝土布料机。水平泵管必须在高支撑架体平面外进行可靠固定以减少泵送混凝土过程中水平泵管对架体形成的规律性扰动。混凝土浇筑时应对称布料，且施工时混凝土的堆积高度不得超过250mm。

3.5.5.事前应对梁下支撑架的代表性部位设置变形观测点。浇筑混凝土时，由测量人员实时观测支撑架竖向变形情况，发现异常情况立即上报，及时做出相应处理。

4.设计与施工体会

4.1.目前现场使用的Φ48×3.5mm钢管的壁厚远达不到标准厚度且壁厚值的离散性较大。因此，设计前应对现场实际使用的钢管壁厚进行抽查、统计以最终确定设计计算采用的钢管截面的力学特性，以保证设计参数与现场材料特性相一致。

4.2.根据本案2.5条款的结论，当计算支撑立杆稳定性时，要区别立杆是轴心受压还是偏心受压状态。如果按轴心受压状态设计，而实际施工按偏心受压方式搭设支撑架，那是十分危险的。

4.3.高支撑架体应优先采用立杆轴心受压方案，这样可在加大立杆间距、横杆步距的情况下，仍满足架体的稳定性，从而减少架体材料的投入，减少施工成本。

4.4.从支撑架体立杆的受力验算方法，我们不难发现，对于不同高度架体的验算方式基本相同，也就是说立杆稳定性设计、验算过程与架体的总高度没有关系，架体的整体稳定性没有验算也难以准确地验算。因此，对于超高承重架体，必须采取一系列的构造措施来满足各种假设前提下的设计模型的要求，以确保架体立杆的实际受力情况与设计相吻合。

4.5. 对于超高支撑架体的安全必须高度重视，科学进行架体的“结构设计”，重点关注架体与梁板外楞的连接节点处理、架体基础、立杆接长方式、双向连系杆的设置及步距、竖向两个方向剪刀撑的设置等关键构造措施的落实。

4.6.考虑到高支撑架体的竖向变形，所有梁底的起拱高度应在常规起拱高度的基础上增加15mm，以保证框架梁特别是预应力梁的梁底标高符合设计要求。

4.7.架体搭设应该选择技术素质较好的熟练工来完成。加强施工过程的跟踪检查与验收，确保架体搭设质量。

（张国勋供稿）