大面积混凝土楼盖模板支架设计相关问题

2022-09-12

在国内的工程建设中, 混凝土楼盖模板普遍采用满堂落地钢管支架, 主要是扣件式钢管支架与碗扣式钢管支架。总体上讲, 该模板支架技术水平较低, 模板支架的承载能力、刚度与稳定关系到整个结构施工的质量与安全, 需要根据工程的具体情况, 对支架结构进行具体设计与分析[1,2]。对于大型多层工业厂房的大面积混凝土楼盖, 面积达数千至数万平方米, 模板支架材料消耗大, 合理地设计模板支架结构与合理地组织施工, 在确保施工安全的情况下尽量减少支架材料, 对缩短工期与节约成本都有重要的工程意义。

1 常用模板支架及其主要构件

1.1 常用模板支架

在国内目前的技术经济条件下, 用于楼盖结构施工的模板支架主要是钢管支架, 应用最多的是扣件式钢管支架, 其次是碗扣式钢管支架。 (1) 扣件式钢管支架。扣件式钢管支架, 是将钢管用扣件紧固连接而成的有一定承载能力的空间框架结构, 由立杆、横杆、撑杆等钢管杆件、连接扣件以及辅助构件组成。扣件为铸铁铸造或钢板锻压而成, 有供任意角度杆件相接的回转扣件、供垂直相交杆件连接的直角扣件与杆件对接连接的对接扣件三种形式。利用杆件、扣件可以搭设不同步距、不同纵横间距的支架结构。扣件式钢管支架, 技术含量低, 属十劳动密集型技术, 施工质量水平不易提高, 安全隐患大。 (2) 碗扣式钢管支架。碗扣式钢管支架技术是上世纪末被国家建设部列为重点推广的建筑新技术之一, 在桥梁工程施工中应用较普遍, 在建筑工程中也在逐步推广应用。碗扣式钢管支架传力路径明确、承载力高而施工操作失误少, 结构性能较传统扣件式钢管脚手架好。

1.2 模板支架主要构件

模板的钢管支架是由立杆、横杆、斜撑、连接扣件以及辅助构件组成的临时空间框架结构。立杆以承受压力为主, 横杆以承受弯矩为主, 连接扣件以传递剪力为主。 (1) 立杆。立杆为受压构件, 主要通过压缩变形传递荷载至基础或支承结构。立杆的连接有搭接与对接两种形式。 (2) 横杆。横杆有顶部承载大横杆、立杆的侧向水平支撑杆两类。大横杆主要通过自身受弯将竖向荷载传至竖向构件。侧向支撑杆主要作为立杆侧向支撑, 减少受压立杆的计算长度, 确保立杆稳定承载力。另外, 侧向支撑杆也承受支架施工期间部分竖向荷载。 (3) 斜撑。斜撑是支架结构部分竖向平面、部分水平面内布置的斜向支撑杆件, 以承受轴向力为主, 主要用十保证临时钢管支架结构的整体稳定性。 (4) 连接扣件, 在扣件式钢管支架中, 扣件以摩擦作用传递作用力。 (5) 托撑。模板支架结构的托撑主要是立杆的托撑, 以传递轴向压力为主;其主要功能是将大横杆荷载传到立杆, 扣件式与碗扣式钢管支架立杆都可以采用。

2 楼盖模板支架设计

在实践应用的过程中, 由于各种原因导致脚手架局部或整体坍塌带来的工程质量与安全事故屡见不鲜。为了确保稳定承载力与施工安全, 需要加强扣件式钢管脚手架质量控制、加强施工过程中的支撑结构工况分析与设计。

2.1 设计原则

模板支架的设计, 要能确保支架在使用期限以内不超过其承载能力状态与正常使用状态。模板支架承载能力极限状态是指支架结构或构件达到最大承载能力或不适宜继续承载的变形, 此状态用于控制支架结构承载的安全性。模板支架正常使用状态是支架结构或构件达到正常使用规定的限值, 此状态用于验算使用状态下的杆件变形。在设计模板支架时, 应参照《建筑结构可靠度设计统一标准 (GB50016-2001) 》等标准, 用概率论为基础的极限状态设计法设计, 通过计算确保支架结构的荷载效应 (S) 小十支架结构的抗力 (R) 。计算模板支架构件强度、稳定性与连接时采用荷载效应基本组合设计值, 恒载分项系数1.2, 可变荷载分项系数1.4。对于支架的受弯构件应计算变形, 按荷载短期效应组合的设计值计算。设计计算参数以及计算方式等应与现行《钢结构设计规范》、《冷弯薄壁型钢技术规范》等国家规范一致。

2.2 荷载分析

作用于楼盖模板支架的荷载以竖向荷载为主。封闭式施工的情况下, 在建筑物外围脚手架上考虑风荷载作用, 可不考虑风荷载对楼盖模板支架作用。施工手册以及脚手架计算手册规定混凝结构土施工模板支架所受荷载来源主要有两大类: (1) 永久荷载 (恒载) :I模板及支架自重;II混凝土重量;III钢筋重量。 (2) 可变荷载 (施工活荷载) :IV施工人员、施工设备;V混凝土振捣。

2.3 支架构件受力分析

对于楼盖结构, 常用模板支架体系由木平板, 支撑木平板的木仿、支撑木仿的支架大横杆以及下部支架结构组成。在作结构受力分析时, 常将木平板视为承受均布荷载考虑的连续梁, 支撑木平板的木仿间距由设计荷载以及所用模板的承载能力所控制;将木仿视为承受均布荷载的连续梁, 跨度由木仿的承载能力以及设训一荷载控制;将支撑木仿的大横杆视为承受集中荷载的连续梁。在作必要的验算时, 模板、小楞以及大横杆都可为承受集中荷载的连续梁。

2.4 支架结构承载力控制

楼板结构布置规则、荷载分布均匀。设计支架时, 不必考虑梁、板的荷载差异, 模板支架所承受荷载可视为均布面荷载, 对梁、板的模板支架进行统一设计。在设计分析时, 主要根据施工荷载的大小以及支架结构构件承载力大小, 控制模板、木仿、支架横杆和立杆的内力, 以确保支架结构在施工过程中的正常功能, 确保施工安全。

摘要：本文对于大面积混凝土楼盖模板支架设计相关问题进行研讨, 在介绍常用模板支架及其主要构件基础上, 提出了楼盖模板支架设计方法, 分别从设计原则, 荷载分析, 支架构件受力分析和支架结构承载力控制四个方面分析。

关键词：模板支架,构件,设计原则