随着城市建设的发展，模板高支撑体系在现浇混凝土结构施工中的应用越来越广泛，而扣件式钢管搭设的高支模体系是最普遍的支设形式，在搭设及使用过程中，必须从支撑设计、支撑搭设、混凝土浇捣各个环节加以保证，任何一步失误都有可能带来严重的后果。本文以夏湾中学教学楼拆除重建工程的高支模为研究对象，分别从理论计算、现场实际搭设、施工情况等方面对高支模系统展开分析，提出高支模施工管理的措施及建议，对同类工程具有一定的借鉴和参考作用。
关键词：扣件式钢管；高支模；施工；刚度；立杆稳定
近年来，随着城市建设的加快，层高高、跨度大、构件厚的现浇混凝土应用越来越普遍，这些建筑结构难度主要在于模板架体安装，不同于常规的建筑，它需要更加完善的结构计算理论和设计方法，稍有闪失就会酿成大祸。在这些结构工程施工中，扣件式钢管支撑架是最常用的支撑体系，使用率占到总量的80%以上。
本文结合夏湾中学教学楼拆除重建工程实例，分析高支模的施工要点及其计算方法，介绍工艺流程、施工方法，并对其现场施工措施进行相应分析。
1 工程概况
工程总建筑面积为16746.36㎡，房屋总高度27.6m，地下1层，地上 6层，框架结构。本工程的高支模分别为7.2米，高支模区域均属于长方形，支模形状体系安全系数高。最大梁为800*1100mm，梁相对不大。高支模的跨度较大，最大跨度为22.5米，所以待浇筑高支模混凝土强度达到100%方能拆除高支模的支撑体系。7.2米高支模基础三层楼板混凝土，强度为C30，板厚120mm，二层支模不拆除。由于支模的梁跨度较大，搭设钢管立杆时，需要做构造柱加固支模处理。高支模水平剪刀撑设置，7.2米高支模在扫地杆设置层、架体中间和顶部各设置一道，共设置三道，底部一道的高度为0.2米，架体中间设置一道的高度为4.7米。顶部梁底设置一道。因此本工程属于高支模，该工程安全条件要求高，施工难度大。综合考虑，本工程采用扣件式钢管高支模施工方案。
2 排架设计
2.1 计算参数
钢管强度为205.0 N/mm2，钢管强度折减系数取1.00。模板支架搭设高度为7.2m，梁截面 B×D=800mm×1100mm，立杆的纵距(跨度方向) l=0.50m，立杆的步距 h=1.50m。面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。内龙骨采用50.×100.mm木方。木方剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。梁底支撑龙骨长度1.20m。顶托采用木方: 50×100.00mm。梁底按照均匀布置承重杆4根计算。模板自重0.50kN/m2，混凝土钢筋自重25.50kN/m3。倾倒混凝土荷载标准值2.00kN/m2，施工均布荷载标准值2.50kN/m2。梁两侧的楼板厚度0.12m，梁两侧的楼板计算长度0.50m。
图1 梁模板支撑架立面简图
2.2 荷载计算
按照模板规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下：
由可变荷载效应控制的组合S=1.2×(25.50×1.10+0.50)+1.40×2.00=37.060kN/m2
由永久荷载效应控制的组合S=1.35×25.50×1.10+0.7×1.40×2.00=39.828kN/m2
由于永久荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.35，可变荷载分项系数取0.7×1.40=0.98
计算中考虑梁两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。
集中力大小为 F = 1.35×25.500×0.120×0.500×0.200=0.413kN。
采用的钢管类型为φ48×3.0。
钢管惯性矩计算采用 I=π(D4-d4)/64，抵抗距计算采用 W=π(D4-d4)/32D。
2.3模板面板计算
面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。
静荷载标准值 q1 = 25.500×1.100×0.500+0.500×0.500=14.275kN/m
活荷载标准值 q2 = (2.000+2.500)×0.500=2.250kN/m
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
截面抵抗矩 W = 27.00cm3；
截面惯性矩 I = 24.30cm4；
(1)抗弯强度计算
f = M / W < [f]
经计算得到 M = 0.100×(1.35×14.275+0.98×2.250)×0.200×0.200=0.086kN.m
经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.086×1000×1000/27000=3.182N/mm2
面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求!
(2)抗剪计算
T = 3Q/2bh < [T]
其中最大剪力 Q=0.600×(1.35×14.275+0.98×2.250)×0.200=2.577kN
截面抗剪强度计算值 T=3×2577.0/(2×500.000×18.000)=0.430N/mm2
截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm2
面板抗剪强度验算 T < [T]，满足要求!
(3)挠度计算
v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250
面板最大挠度计算值 v = 0.677×14.275×2004/(100×6000×243000)=0.106mm
面板的最大挠度小于200.0/250,满足要求!
v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250
面板最大挠度计算值 v = 0.677×14.275×2004/(100×6000×243000)=0.106mm
面板的最大挠度小于200.0/250,满足要求!
2.4扣件抗滑移的计算
纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算:
R ≤ Rc
其中 Rc —— 扣件抗滑承载力设计值,单扣件取8.00kN,双扣件取12.00kN；
R —— 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；
计算中R取最大支座反力，R=6.98kN
选用单扣件，抗滑承载力的设计计算满足要求!
2.5立杆的稳定性计算
不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算公式
风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW依据扣件脚手架规范计算公式5.2.9
MW=0.9×1.4Wklah2/10
风荷载产生的弯矩 Mw=0.9×1.4×0.032×0.800×1.500×1.500/10=0.007kN.m；
Nw —— 考虑风荷载时，立杆的轴心压力最大值；
顶部立杆Nw=7.464+1.350×0.186+0.9×0.980×0.007/0.500=7.727kN
非顶部立杆Nw=7.464+1.350×0.786+0.9×0.980×0.007/0.500=8.539kN
顶部立杆段：a=0.2m时，u1=1.386,l0=3.042m；
λ=3042/16.0=190.694
允许长细比(k取1) λ0=190.694/1.155=165.103 <210 长细比验算满足要求!
φ=0.199
σ=7727/(0.199×423.9)+7000/4491=93.228N/mm2
a=0.5m时，u1=1.091,l0=3.150m；
λ=3150/16.0=197.509
允许长细比(k取1) λ0=197.509/1.155=171.004 <210 长细比验算满足要求!
φ=0.186
σ=7727/(0.186×423.9)+7000/4491=99.748N/mm2
依据规范做承载力插值计算 a=0.200时，σ=93.228N/mm2,立杆的稳定性计算 σ< [f],满足要求!
非顶部立杆段：u2=1.755,l0=3.041m；
λ=3041/16.0=190.629
允许长细比(k取1) λ0=190.629/1.155=165.047 <210 长细比验算满足要求!
φ=0.199
σ=8539/(0.199×423.9)+7000/4491=102.843N/mm2,立杆的稳定性计算 σ< [f],满足要求!
3 管理措施
高支模有专项工程的施工方案，相应的设计计算合理，施工方案经过审批，并按规定通过专家论证。符合建质[2009]254 号文件的要求。
由专业工长对操作工人进行了详细的交底并负责高支模架的搭设的现场指导。做到有专人负责，并履行相应签字手续。
在排架搭设中，相关人员按规范和方案进行分段逐项验收，验收合格后方可进行下一步程序。
4 排架的搭设
1）搭设支撑架必须按规范进行，即：横平竖直、连接牢固，底脚着实，层层拉结，支撑挺直，通畅平坦，设施齐全、牢固。支撑体系主要杆件的接长点必须错开；钢管剪刀撑的接长处必须搭接，其搭接长度不得小于1米。支撑体系上人斜道应有独立的支撑系统，转角休息平台应不小于2平方米，斜道坡度不得大于l:3，防滑条的间距不得大于30厘米。
2）搭拆支撑架时工人必须戴好安全帽，系紧安全带，安全带“高挂低用”，穿防滑鞋，衣着灵便。
3）操作层上施工荷载应符合设计要求，不得超载；不得在支撑架上集中堆放模板、钢筋等物件。严禁在支撑体系上拉缆风绳或固定、架设混凝土泵、泵管及起重设备等。
4）所有钢管、扣件等材料必须符合规格，无缺陷方可使用。使用的钢管应无裂纹、打孔、弯曲、压扁、锈蚀。模板及其支撑系统在安装过程中必须设置防倾覆的可靠临时设施。施工现场应搭设工作梯，作业人员不得攀爬支架上下。
5）严禁采用使支架产生偏心荷载的混凝土浇筑顺序，采用泵送混凝土时，应随浇随捣随平整，混凝土不得堆积在泵送管路出口处。
6）避免装卸物料对模板支撑和支撑体系产生偏心、振动和冲击。
7）拆除模板支撑及满堂支撑体系时应采用可靠安全措施，严禁高空抛掷物体。
5 混凝土浇筑
1）混凝土浇筑前，项目技术负责人、项目总监确认具备混凝土浇筑的质量安全生产条件后，签署混凝土浇筑令，方可浇筑混凝土。
2）虽然经过了周密的计算和采取了必要构造措施，但由于支模架高度较高，而且无法设置连墙杆，如果浇捣走向不合理，也会对支模架的稳定性产生一定的影响，因此，根据施工规范的要求和施工缝留置方案，并按先浇筑柱混凝土，后浇筑梁板混凝土的顺序进行。分两组人员从梁板的边缘向施工缝处进行浇捣，尽
可能做到受力均匀。
3）配备了专门人员对混凝土泵车的行走路线等进行统一安排与协调，安排专门人员对高支模系统全过程观测控制及监督实施确保施工计划的顺利进行。
6 支撑架拆除
由于梁的最大跨度22.5米。所以梁板的混凝土强度必须达到100%即梁板不得小于强度为C30。在浇筑高支模的同时取混凝土制作一组混凝土试块同条件养护，梁板回弹强度不小于C30，后方能拆除。在模板拆除前，需做模板拆除申请，报审监理、甲方审批同意后方能拆除。
7 结 语
扣件式钢管高支模工艺在目前的建筑领域大型工程施工中普遍采用。根据现场实际情况采取了相应的措施，保证了施工方案得到安全、可靠的实施，在混凝土浇筑前、浇筑中及浇筑后对架体进行了实时监测，保证满足工程施工的技术要求。目前该工程主体结构已经完工，混凝土、模板及支架系统均未发生任何安全质量问题，取得了良好的经济效果和社会效益。
参考文献
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[2]兰培培.扣件式钢管高大模板支撑架整体力学性能分析[D].合肥：合肥工业大学，2010.
[3]王勇.超高扣件式钢管模板支架的安全性分析[D].北京：北京交通大学，2007.
论文作者:黄克英
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/13
标签：荷载论文; 扣件论文; 混凝土论文; 强度论文; 钢管论文; 模板论文; 截面论文; 《防护工程》2017年第35期论文;