陳 鴻 翔， 趙 云 飛

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

支架的作用是為結(jié)構(gòu)物施工所用的模板提供支撐，一般用于橋梁工程中現(xiàn)澆混凝土梁結(jié)構(gòu)或蓋梁結(jié)構(gòu)、房建工程和水電工程中的梁或板結(jié)構(gòu)、箱涵工程頂板混凝土結(jié)構(gòu)等。在各種各樣的支撐結(jié)構(gòu)體系中，碗扣支撐架結(jié)構(gòu)是最為常見的一種結(jié)構(gòu)支撐體系，在建筑業(yè)應(yīng)用比較廣泛。

然而，在眾多不同的施工荷載中，碗扣支撐架的間排距布置是否合理直接影響到材料的數(shù)量和施工成本。在實(shí)際施工過程中，碗扣支撐架的間排距要經(jīng)過多次布置、調(diào)整和驗(yàn)算，最終達(dá)到合理的布置形式。對(duì)于沒有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員而言，這種初步布置和試算的方法比較浪費(fèi)時(shí)間和精力。筆者介紹了一種通過碗扣支撐架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、根據(jù)固定的間排距和步距計(jì)算出支撐架所能承受的施工總荷載范圍值的快速選定方法，從而初步選取合理的支撐架間排距和步距。

2 碗扣支撐架的設(shè)計(jì)規(guī)定

常用碗扣式鋼管支撐架的主要構(gòu)配件包括立桿、橫桿、剪刀撐、可調(diào)底座、可調(diào)托座等。

2.1 碗扣支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值

根據(jù)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2016[1]要求：

(1)碗扣支撐架直徑為48.3 mm、壁厚3.5 mm；

(2)碗扣支撐架鋼管采用現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范中規(guī)定的Q235普通鋼管；

(3)步距1.2 m，單桿最大允許承載力30 kN；步距0.6 m，單桿最大允許承載力40 kN；

(4)立桿頂端可調(diào)頂托伸出頂層水平桿的懸臂長(zhǎng)度不超過650 mm；

(5)模板支撐架搭設(shè)高度不宜超過30 m。

2.2 碗扣支撐架截面特性參數(shù)

根據(jù)碗扣支撐架的截面數(shù)據(jù)和材質(zhì)計(jì)算得出其截面特性參數(shù)值見表1。

表1 截面特性參數(shù)值表

3 碗扣支撐架間排距的計(jì)算

橋梁工程中常用的碗扣式鋼管支撐架體系間排距受水平桿件長(zhǎng)度約束，其間排距只能按照300 mm、600 mm、900 mm和1 200 mm幾種方式組合，故按照逆向反推方式根據(jù)每種組合情況計(jì)算施工總荷載。

3.1 碗扣式鋼管支撐架施工總荷載的計(jì)算

根據(jù)碗扣支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值和立桿間排距組合，其單位米長(zhǎng)度施工總荷載值見表2。

=166.7 kN/m

表2 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構(gòu)造參數(shù)選用表 /m

式中N為單根立桿承載力值(kN)；步距1 200 mm，單桿最大允許承載力為30 kN；步距600 mm，單桿最大允許承載力為40 kN；A為支撐架間排距所圍成幾何體的面積(m2)。

3.2 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構(gòu)造參數(shù)的選用

根據(jù)3.1中的計(jì)算得出橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構(gòu)造參數(shù)選用表(表3)。

表3 橋梁工程碗扣式鋼管支架架體構(gòu)造參數(shù)選用表

(1)表3中荷載值為單位長(zhǎng)度構(gòu)件橫截面荷載，為施工總荷載，包含恒載和可變荷載以及相關(guān)荷載組合。荷載取值范圍中，最大值為上限，不可超限；最小值不限。

(2)支架高度5 m為危大工程支架高度范圍、8 m為超危大工程支架高度范圍、20 m為鐵路規(guī)范要求不超高界限值、30 m為碗扣支架規(guī)范要求最大搭設(shè)高度界限值。

(3)由于實(shí)際鋼管壁厚的差異，支撐架結(jié)構(gòu)選取后需重新簡(jiǎn)算以確保支架體系的安全。

3.3 支架穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范》GB51210-2016[2]要求，需對(duì)支撐架做穩(wěn)定性計(jì)算。

(1)立桿計(jì)算長(zhǎng)度。立桿計(jì)算長(zhǎng)度按照下式計(jì)算：

l0=k·μ·(h+2a)

式中h為步距；a為立桿伸出頂層水平桿長(zhǎng)度，可按650 mm取值；當(dāng)a=200 mm時(shí)，取a=650 mm，對(duì)應(yīng)承載力的1.2倍；當(dāng)200 mm

表4 附加系數(shù)選用表

(2)長(zhǎng)細(xì)比。根據(jù)立桿計(jì)算長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算立桿長(zhǎng)細(xì)比：

式中i為截面回轉(zhuǎn)半徑(mm)。

(3)穩(wěn)定性簡(jiǎn)算。根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比，查表得出安全系數(shù)Φ值[3]，最終進(jìn)行立桿穩(wěn)定性判定：

式中N為立桿最大軸力(kN)；Φ為安全系數(shù)，詳見《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166—2016附錄C；A為立桿截面積(mm2)；[f] 為立桿允許抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa)。

4 實(shí)例驗(yàn)證

某項(xiàng)目混凝土連續(xù)箱梁采用碗扣式支撐架進(jìn)行現(xiàn)澆施工[4]：支架高度為12 m，孔跨布置為42 m+76 m+42 m，梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.8 m，箱梁底寬6.8 m。其中0#塊長(zhǎng)11 m，選取梁端截面，其斷面結(jié)構(gòu)尺寸見圖1。

4.1 荷載組合

根據(jù)0#段梁端截面尺寸計(jì)算出混凝土自重荷載(表5)。荷載組合情況見表6[5]。

4.2 支撐架間排距、步距的選取

根據(jù)表6計(jì)算出的施工總荷載值與表3進(jìn)行對(duì)比后選取出的合理間排距見表7。

圖1 某項(xiàng)目箱梁截面圖

表5 某項(xiàng)目箱梁截面自重荷載值計(jì)算表

表6 某項(xiàng)目箱梁施工總荷載值計(jì)算表

表7 某項(xiàng)目箱梁支撐架間排距選取表

由于腹板位置荷載最大，翼緣板、底板位置立桿縱向間距以腹板位置縱向間距為主。

按照表7中間排距和步距的布置，通過實(shí)例模型，采用用Midas Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算得出單根立桿最大支反力為：19.9 kN<[N]=30 kN，滿足要求。

4.3 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

(1)立桿計(jì)算長(zhǎng)度。支架高度為12 m，立桿頂端懸出300 mm，根據(jù)3.3節(jié)選取相關(guān)參數(shù)值，則立桿計(jì)算長(zhǎng)度：

l0=k·μ·(h+2a)=1.217×1.1×(1 200+2×300)=2 410(mm)

(2)長(zhǎng)細(xì)比。計(jì)算立桿長(zhǎng)細(xì)比：

(3)穩(wěn)定性簡(jiǎn)算。查表(1，3)得出安全系數(shù)Φ=0.301，根據(jù)3.3節(jié)a的取值要求，經(jīng)線性內(nèi)插得承載力系數(shù)為1.16。

(4)支架高度與立桿穩(wěn)定性關(guān)系對(duì)比。取立桿伸出頂層水平桿長(zhǎng)度最為特殊的三種長(zhǎng)度：200 mm、300 mm和650 mm，驗(yàn)算立桿穩(wěn)定性：

①當(dāng)立桿頂端懸出200 mm、立桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、承載力系數(shù)為1.2、則支架高度H變化引起附件系數(shù)k值變化，立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表8。

表8 支架高度與立桿穩(wěn)定性關(guān)系對(duì)比表

②當(dāng)立桿頂端懸出300 mm、立桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、線性內(nèi)插得承載力系數(shù)為1.16，則支架高度H變化引起附件系數(shù)k值變化，立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表9。

③當(dāng)立桿頂端懸出650 mm、立桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ為1.1、立桿步距h為1 200 mm、承載力系數(shù)為1、則支架高度H變化引起附件系數(shù)k值變化，立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表10。

表9 支架高度與立桿穩(wěn)定性關(guān)系對(duì)比表

表10 支架高度與立桿穩(wěn)定性關(guān)系對(duì)比表

綜上對(duì)比，當(dāng)立桿步距確定后，施工總荷載在一定范圍之內(nèi)，不論支架搭設(shè)的高與低，立桿的穩(wěn)定性將直接受到立桿頂懸臂長(zhǎng)度的影響且起決定性的影響作用。

5 結(jié)論及建議

(1)通過上述實(shí)例的簡(jiǎn)單計(jì)算和驗(yàn)證，在表3中的施工總荷載區(qū)域內(nèi)，所選取的支架間排距和步距、結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定性能夠滿足設(shè)計(jì)要求，能夠準(zhǔn)確、快速選定支架的布置形式。

(2)通過多個(gè)支撐結(jié)構(gòu)體系實(shí)例對(duì)比，支架間排距和步距選取表(表3)亦適用于房建及水電工程中的梁和板、箱涵頂板等工程構(gòu)筑物的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，類似工程項(xiàng)目可借鑒。

(3)表3中，支架布置形式?jīng)]有隨支架高度遞增而變化，通過實(shí)際施工驗(yàn)證，5 m高支架與20 m高支架的布置形式基本一致，其主要原因是支架的寬高比和剪刀撐嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行搭設(shè)。另外，在3.3節(jié)中，將支架立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算與表8～10中的不同情況進(jìn)行對(duì)比得知，立桿頂端的懸臂長(zhǎng)度a值對(duì)立桿穩(wěn)定性起決定性作用，而支架高度的k系數(shù)對(duì)支架立桿穩(wěn)定性的影響不是太大。

(4)在支撐架搭設(shè)過程中，筆者建議：支架與墩柱之間應(yīng)抱箍以增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性；同時(shí)，根據(jù)不同的搭設(shè)高度，剪刀撐的搭設(shè)步距需滿足規(guī)范中的相關(guān)要求。

(5)初步選定支架間排距和步距后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際材料和截面特性重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核。