1-门架;2-交叉支撑
<2)作梁、板模板支撑
楼板的支撑可按满堂脚手架构造,梁的支撑可按上述构造,在设计时注意它们之间的整体组合和拉结。
3.使用扣件架材料搭设的模板支撑架
由于扣件式钢管脚手架材料具有可任意组合的突出特点,因此,可以按设计要求组装成各种形式和承载要求的模板支撑架,本节和本章均有相应图示可供读者参考。
5-3-2脚手架结构模板支撑架的设计计算
5-3-2-1脚手架结构模板支撑架的设计计算要求
1.模板支撑架的结构工作特点
无论是梁模板、楼板模板或梁板模板支撑架,当采用脚手架杆件搭设,即采用脚手架结构时,一般都具有以下结构工作特点:
<1)模板支架以承受竖向荷载的压力作用为主,支架的工作安全主要受其整体或单肢立杆的稳定承载能力控制;
<2)在各种结构和构造的模板支架中,无论是显形的受压柱<钢管柱、格构柱等)或是隐形的受压柱<即将单元支架或支架段就视为一轴心受压杆件),其稳定承载能力取决于压杆的柔度<即杆件的计算长细比λ)和结构的约束条件;
<3)计算压杆的柔度λ随立杆步距h,立杆顶端的自由长度h1、支架的高度H及高宽比H/B的增大而增大,而约束条件则介于两端铰支<μ=1.0)与一端固定、一端自由<μ=2.0)之间,受构架尺寸、杆件线刚度、斜杆和附着拉结杆件设置以及杆件连接<结)的紧固程度<如扣件的拧紧程度)等因素的影响;
<4)不考虑支架各立杆<柱)之间的帮忙<即应力重分布)作用。
实验表明,下部采用双立杆的脚手架,主立杆荷载自单、双立杆的交接处往下传7步后才能完全达到平均受力,双立杆的间距只有0.2m左右,而支架立杆的间距为0.6~1.5m,虽也会有些帮忙作用,但难以量定,因此不予考虑。
当需要调整相差过大的立杆荷载时,可采用变杆距或合理确定模板荷载传力点<即模板支架的支承点)的办法加以解决。
2.模板支撑架的设计计算要求
<1)设计计算工程
1)受压杆件稳定性验算<包括支柱、单肢立杆和支架整体稳定性,其中支架的整体稳定性一般都转化为对其长度为步距h的立杆段的稳定性验算);
2)直接承受模板荷载并将其传给立杆的水平杆件和构造<组合梁、桁架梁等)及其连接件的验算<承压、受弯、受弯以及扣件抗滑等);
3)支座、基础和地基验算。
<2)荷载计算
梁、板和梁板模板支架参与计算的荷载项及其取值见表5-85。
梁板模板支架参与计算的荷载项及其取值表5-85
荷载工程
编号
名称
荷载标准值
1
模板及支架自重
按设计图纸实算。
肋形楼板模板的自重可取:
0.5kN/m2<木模);0.75kN/m2<组合钢模)
2
新浇混凝土自重
普通混凝土取24kN/m2,其他混凝土取其实际的重力密度。
当混凝土堆料高度超过100mm时,按实际高度计算
3
钢筋自重
按设计图纸实算。
一般梁板结构可取:
1.1kN/m2<楼板);1.5kN/m2<梁)
4
施工荷载<人员及设备自重)
计算支架立柱及其他支承结构构件时取1kN/m2
5
振捣混凝土荷载
荷载组合
对水平模板可取2kN/m2
梁模板支架组合1、2、3、5;板和梁板模板支架组合1、2、3、4、5
<3)设计计算要求
总的要求为:
构造合理、受力明确、荷载算够、验算合格。
其中应特别注意以下几点:
1)模板荷载的作用点应尽量布置在立杆之上<通过使用立杆顶托撑或其他构造措施)或尽量靠近立杆,以消除或减小偏心作用;
2)强度和稳定验算,应分别达到相当于单一系数法设计中安全系数K≥1.5和K≥2.0的要求;
3)立杆的基础<地)应有足够的承载能力,且在受载后不得出现超过10mm<或设计限定值)的沉降。
基地的楼板时,其下应视需要设置支撑;
4)支架的结构和构造中不得出现低于验算条件的薄弱部位。
否则,应按薄弱部位<即最不利受力条件)的荷载和构造参数进行验算;
5)确保节点构造、斜杆和其他整体性、加强性杆件的设置符合设计要求,使支架具有稳定的结构;
6)严格控制和确保施工中的实施荷载及其分布不超过设计值。
5-3-2-2扣件式钢管梁板模板支撑架的稳定性计算
采用扣件式钢管脚手架材料搭设的梁板模板支撑架<以下简称“扣件梁板模板支架”)的工作受其稳定承载能力控制。
1.《扣件架规范》对模板支架计算的规定
“模板支架计算”是《扣件架规范》后增加的一节,共作了3条4款规定,包括要求模板支架的荷载、压缩变形和抗倾覆计算应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》这是该规范的规定,而所用标准现已改为《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002)的规定,支架立杆轴向力设计值N和立杆计算长度l0的计算式。
将《扣件架规范》中式<5.6.2-3)所确定的l0以l01表示,则有:
l01=h+2a<5-83)
式中h——支架立杆步距;
a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度。
《扣件架规范》给出的模板支架轴向力设计值N的计算式<5.6.2)与用于脚手架计算的式<5.3.2)是相同的,前者取l01=2h+a,而后者取l01=k1μh。
当支架的构造和约束条件与双排脚手架相同时,则l01应当与l0相同,即l01=l0,则有:
h+2a=k2μh
a=h当l01≥l0时,其K≥2.0,可满足安全要求;当l01<l0时,其K<2.0,则安全度不够。
当将kμ=1.155×<1.5~1.8)=1.732~2.079代入<5-84)式时,要使得按式<5-83)计算的支架立杆钓设计稳定承载能力具有K>2.0的安全度,就必须使a≥<0.367~0.54)h,即当h=1.8m时,需让a≥0.66~0.97m,而这又恰与限制a的初衷相违背。
之所以出现这一问题,就是在借用英国标准时,忽视了必须满足K≥2.0的要求。
按照《扣件架规范》的计算规定,在a<<0.367~0.54)h时,就会出现不能满足K≥2.0要求的结果。
鉴于这一存在问题,在计算模板支架时,需要对式<5-83)式作必要的调整,以确保使用安全。
2.两类构架梁板模板支架立杆计算长度l0的确定
按两类构架的情况,分别采用相适合的支架立杆计算长度l0的计算式:
几何不可变杆系结构支架:
m1、m2——考虑扣件式钢管脚手架稳定约束条件中连墙杆和纵向水平杆作用的调整系数,见表5-88。
当支架的边排立杆有附墙连结时,其靠边两排立杆按实际的附墙连结情况考虑,其内各排立杆按无附墙连结考虑;当支架边排无附墙连结时,横向立杆排数≥5排的支架按“两步三跨”边墙考虑,横向立杆排数≤4排的支架按“三步三跨”连墙考虑。
模板支架立杆计算长度调整系数k1表5-86
步距hh≤0.9
0.9<h≤1.2
1.2<h≤1.5
1.5<h≤2.1
k1
1.243
1.185
1.167
1.163
3.梁板模板支撑架的稳定承载能力和验算步骤
<1)梁板模板支架立杆的稳定承载能力
《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》确定的脚手架整体稳定性的一般设计表达式,将稳定系数φ和结构重要性系数γ0<=0.9)均归入式子右端的抗力项,即:
以上公式右端就是支架的材料抗力Rd<=φAf),当立杆为φ48×3.5普碳钢管,其A=489mm2,f=205N/mm2,则有:
Rd=100.245φ支架立杆稳定承载能力Rd的数值列入表5-89中。
由表中可以看出:
当支架高度不变时,l0由1.35变化到3.36,即增加到其2.49倍时,Rd减小至其l0=1.35时的22.01%~23.8%:
当l0不变时,随着高度由4m增加到40m,其Rd为H0=4m时的77.8%~84.17%。
<2)设计验算步骤
1)计算模板底梁<楞)以上荷载的标准值;
2)依模板构造和荷载情况初选支架立杆布置间距<等间距或变间距);
3)按以下式子粗算立杆轴力的设计值N':
按以上设计计算步骤,一般均可实现合格要求,可避免在盲目情况下先确定构架尺寸所造成的反复调整问题。
因为,如果在第3步已发现N'值偏大时,即应调整杆距。
5-3-2-3碗扣式钢管模板支撑架的设计计算
碗扣式钢管模板支撑架的杆件之间为轴心相交、构件的整体性和刚度较好,且碗扣节点具有良好的受力性矩,因而具有比扣件式钢管脚手架和支撑架较高的稳定承载能力,特别适合用于构造各类重荷载的模板支撑架。
1.碗扣式钢管模板支撑架承载能力的实验值
碗扣式钢管脚手架在研制及其使用过程中,相继作过一些单元和多元架体实验,其荷载均为加在架体顶部,工作条件更近于支撑架的情况,虽不够系统,但从表5-90所列的实验结果中,仍可初步得出以下认识:
碗扣式钢管支架的实验承载能力表5-90
注:
1.室内实验为正规实验,采用千斤顶在架体顶部施压;室外实验采用设于地面的张拉机、钢丝绳经导向滑轮在顶部施压;
2.破坏形式为整体或局部<1~2根立杆)失稳;
3.“节点”斜杆为装设于立杆和横杆节点碗扣上的斜杆,“非节点”斜杆为装于其他立杆碗扣上的斜杆;
4.⑥号的剪力撑设置方式见图5-57。
<1)极限荷载随斜杆设置量的增加而提高
沿纵向<2)设置非节点斜杆的作用甚微
设置非节点斜杆的②的极限荷载仅比①提高了约3%。
<3)有辅助构架者,承载力提高
三跨架⑥的极限荷载比单元架①提高了37.61%,3排双跨架<4个平面单元,受力单元居角部)⑮和
的极限荷载比单元架⑫提高了55.56%;3排3跨架<6个平面单元,受力单元距纵向的中部)的极限荷载比⑫提高了71.67%,比⑮提高了10.36%。
经分析,辅助构架中与负载单元立杆直接以横杆相连的每根“帮忙”立杆只分担了4.5kN<即占⑫立杆荷载45kN的10%)。
因此,负荷单元极限承载力的提高应主要来自:
1)立杆约束条件的改变<由角立杆变为边立杆或中立杆);2)负载单元架架体刚度和稳定性的提高。
比较⑫与①的结果,也可看出粗短架体比细长架体具有更高的承载力。
<4)