朱建軍

1 工程概況

本工程為萊蕪某學院新校藝術樓,工程建筑面積21 000 m2,由教學樓區(qū)和禮堂區(qū)兩部分組成。教學區(qū)為框架結構,禮堂區(qū)為框架剪力墻結構,基礎為獨立柱基。禮堂區(qū)舞臺部分(主臺)為一層結構,凈層高為25.4 m,梁截面為600 mm×1 450 mm,跨度為21 m,屋面板厚160 mm;觀眾席部分也為一層結構,凈層高為21.5 m,梁截面為 600 mm×1 800 mm,跨度為28 m,屋面板厚180 mm;屬于高凈空結構。

2 施工方案的選定

本工程的模架采用滿堂腳手架。鋼架管采用直徑 d=48 mm、壁厚δ=3.5 mm的鋼管,選用滿足規(guī)范要求的扣件,將滿堂腳手架直接搭設在基槽內強風化巖上,滿堂架主要桿件包括立桿、橫桿、掃地桿和剪刀撐,水平橫桿采取每1 000 mm一道,掃地桿取距地面150 mm～200 mm,板底模采用50 mm×80 mm的木方。在滿堂腳手架的搭設過程中,支撐樓板的鋼管立桿頂部采用可調頂座,鋼管腳手架連接方式采用橫桿、立桿、剪刀撐通過扣件連接的方式。

立桿與承受木方的水平鋼管用復扣件(上下兩扣件)扣牢,并在每施工段沿縱橫向各設四道剪刀撐。邊柱、剪力墻先行獨立施工,將其作為一個較為牢靠的支撐點,模架必須與四周柱子或剪力墻連接牢固。

3 模板支撐體系的驗算

3.1 計算模型的確定

由于梁、板間采取不同的立桿間距,需要分別對板和梁進行驗算。取板和梁的單元面積為a×b,厚度為 h1,架高為 H。其計算模型見圖1。

3.2 支撐體系的驗算

為了確保高大模板的強度和穩(wěn)定性,要對設計方案的支撐體系進行必要的驗算。模板支撐體系的驗算應該包括鋼管立桿的承載力和穩(wěn)定性、梁下鋼管橫擔桿抗彎驗算、橫擔桿抗剪強度和撓度驗算、板下鋼管橫擔桿抗彎、抗剪強度和撓度驗算、扣件抗滑移的驗算等。在驗算過程中區(qū)分梁下和板下的不同荷載情況。

1)鋼管立桿的承載力和穩(wěn)定性驗算:

本場地現有標準腳手架鋼管直徑 d=48、壁厚δ=3.5。橫截面面積 A=489 mm2,鋼管回轉半徑鋼管腳手架連接方式采用橫桿、立桿、斜桿通過扣件連接的方式。荷載通過底模傳到木橫擋上,再傳到鋼管橫桿上,橫桿通過頂托傳給立桿,斜桿保持整個架體的穩(wěn)定。

首先驗算立桿的承載強度,按照設計方案中模板所處的不同位置分別計算不同部位的模板對應項目的強度,其中主臺板σ=F/A=10.35×1 000÷ 489=21.17＜[f]=205 N/mm2,主臺梁σ=F/A=12×1 000÷ 489=24.54＜[f]=205 N/mm2,觀眾席板σ=F/A=9.97×1 000÷489=20.39＜[f]=205 N/mm2,觀眾席梁σ=F/A=13.6×1 000÷489=27.81＜[f]=205 N/mm2;其次驗算立桿的穩(wěn)定性,所用鋼管長細比λ=Lmax/r=1 000/15.78=63.37,查《鋼結構設計規(guī)范》附錄三《Q235鋼a類截面軸心受壓構件的穩(wěn)定系數 φ》得受壓穩(wěn)定系數(折減系數)φ=0.803,主臺板σ=F/(φ×A)=10.35×1 000÷489÷0.803=26.36＜[f]=205 N/mm2,主臺梁σ=F/(φ×A)=12×1 000÷489÷0.803=30.56＜[f]=205 N/mm2,觀眾席板 σ=F/(φ×A)=9.97×1 000÷489÷0.803=25.39＜[f]=205 N/mm2,觀眾席梁 σ=F/(φ×A)=13.6×1 000÷489÷0.803=34.63＜[f]=205 N/mm2。從驗算結果可以看到立桿穩(wěn)定并符合受力要求。

2)梁下鋼管橫擔桿抗彎驗算(按最大荷載驗算):

驗算橫擔及扣件抗滑的荷載設計值取1.2q恒+1.4q活的組合值,其中主臺板1.2×(4+2+1)+1.4×(2+2)=14 kN/m2,主臺梁 1.2×(36.25+2+2)+1.4×(2+2)=53.9 kN/m2,觀眾席板1.2×(4.5+2+1)+1.4×(2+2)=14.6 kN/m2,觀眾席梁1.2×(45+2+2)+1.4×(2+2)=64.4 kN/m2。雖然梁的荷載遠大于板的荷載,但立桿間距較小,而板下立桿間距較大,因此分別驗算梁下和板下橫擔桿。

梁下橫擔桿上放置 50×80的木方,間距 200 mm以內,混凝土的荷載對橫擔桿受力可近似為均布線荷載:q=0.6×64.4=38.64 kN/m。橫擔桿計算按多跨連續(xù)梁計算,橫擔桿鋼管同立桿鋼管,則:

截面慣性矩(對形心軸):

橫擔抵抗彎矩:

3)梁下橫擔桿抗剪強度和撓度驗算(按最大荷載驗算):

梁下受力橫擔桿支點間距200 mm～300 mm(計算取大值300),立桿縱向間距為600 mm,因此取五跨連續(xù)橫擔桿鋼管進行驗算:

橫擔桿抗剪驗算:

橫擔桿的撓度驗算:

從梁橫擔桿的抗彎抗剪和撓度的驗算結果可以看到,該設計方案中梁橫擔桿抗彎強度、撓度、立桿穩(wěn)定性均滿足要求。

4)板下鋼管橫擔桿抗彎驗算(按最大荷載驗算):

取主臺板荷載進行計算。橫擔桿上放置50×80的木方,間距200 mm以內,混凝土的荷載對橫擔桿受力可近似為均布線荷載:q=0.6×14.6=8.76 kN/m。

橫擔桿計算按多跨連續(xù)梁計算,橫擔桿鋼管同立桿鋼管,則截面慣性矩(對形心軸)為:

抵抗矩 W=I/(d/2)=12.19/(4.8/2)=5.08 cm4。

5)板下橫擔桿抗剪強度和撓度驗算(按最大荷載驗算):

梁下受力橫擔桿支點間距600 mm,立桿縱向步距為600 mm,因此取五跨連續(xù)橫擔桿鋼管進行驗算:

橫擔桿抗剪計算:

橫擔桿的撓度計算:

綜上所述,現澆板下橫擔桿抗彎強度、撓度、立桿穩(wěn)定性均滿足要求。

6)扣件抗滑移的驗算:

按規(guī)范的規(guī)定,直角、旋轉單扣件承載力取值為8.00 kN,扣件抗滑承載力系數0.80,因此實際的旋轉單扣件承載力取值為6.40 kN。

本工程縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力分別為:

主臺板F=14×0.6×0.6=5.04 kN＜6.40 kN,主臺梁 F=53.9×0.6×0.3=9.70 kN＞6.40 kN,觀眾席板F=14.60×0.6×0.6=5.26 kN＜6.40 kN,觀眾席梁 F=64.4×0.6×0.3=11.59 kN＞6.40 kN。

梁的單扣件抗滑承載力的設計計算不滿足要求,但滿足雙扣件抗滑承載力設計要求,所以梁下采取雙扣件加固。

4 結語

該工程在其施工過程中,高凈空大跨度大截面模板支撐體系嚴格按照專項設計方案進行施工,其穩(wěn)定性和安全性均達到技術要求。實踐證明,該工程模板支撐體系的方案設計和驗算是切實可行的,同時通過本工程的設計驗算也可為同類高大模架的設計提供借鑒:

1)為了保證結構的整體穩(wěn)定性,立桿與承受木方的水平鋼管用復扣件扣牢,并在每施工段沿縱橫向各設1道剪刀撐。

2)模板支撐體系的驗算應該包括鋼管立桿的承載力和穩(wěn)定性、梁下鋼管橫擔桿抗彎驗算、橫擔桿抗剪強度和撓度驗算、板下鋼管橫擔桿抗彎、抗剪強度和撓度驗算、扣件抗滑移的驗算等。

3)驗算過程中區(qū)分不同部位的不同荷載情況,有針對性的選擇最大組合荷載進行驗算。同時扣件的抗滑移驗算也很重要,需要根據不同鋼管扣件的抗滑承載力來確定扣件的形式和數量。

[1]JGJ 130-2001,建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范[S].

[2]JGJ 166-2008,建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規(guī)范[S].

[3]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[4]GB 15831-2006,鋼管腳手架扣件[S].