模板高支架施工新技术应用

岳　麒（云南省房地产开发经营（集团）有限公司，云南 昆明 650217）



模板高支架施工新技术应用

岳麒（云南省房地产开发经营（集团）有限公司，云南 昆明 650217）

通过某厂房车间模板高支架施工实例，通过模板及支撑体系的选型，阐述了模板高支架设计计算、构造措施。

模板高支架；设计计算；验算；计算参数；搭设；构造

在现浇混凝土工程中，安装模板及其支撑是一个重要的工序，它不单影响下一工序的钢筋绑扎及，混凝土浇筑质量而且对施工安全有严重影响，支模尤其是超过4.5m的高支模，技术性要求比较高，稍有疏忽，极易发生模板、支撑失稳坍塌，这样不仅会造成严重的质量事故，更为严重也会造成群死群伤的恶性事故，因此，我们应该把高支模的计算、检查验收作为一个重要环节认真抓起来。

以下我们介绍一下某厂房车间工程项目模板高支撑施工方案设计和使用安全计算。

1　工程概况

本工程为厂房车间，车间总建筑面积为92012m2，共分为A、B、C、D、E、F六个区（具体位置详见图1），由于B、D、E区模板支撑高度超过8m，属于高支撑模板体系，故本方案只针对B、D、E区模板进行设计。

B区建筑面积3760m2，平面尺寸36m×45m，框架结构，二层，底层层高9m，二层层高8m；柱截面尺寸分别有1000mm× 1000mm、900mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分别有300×800mm、450×900mm、500×900mm、500× 1300mm、500×1600mm；板厚分别有100mm、120mm。

D区建筑面积21850m2，框架结构，平面尺寸266m×42m，由沉降缝划分为六块，为DA-DB/D8-D17轴、DA-DG/D1-D7轴、DH-DS/D1-D7轴、DT-DD1/D1-D7轴、DE1-DJ1/D1-D7轴、DK1-DS1/D1-D7轴，尺寸分别为52m×7.5m、42m×52.5m、42m×36m、42m×66m、42m×67m、42m×44.5m，除 DS1-DK1、DJ1-DE1轴为一层且层高为10m外其余均为二层，底层层高9m，二层层高8m；柱截面尺寸分别有1000mm×1000mm、900mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分别有 250mm×500mm、300mm×800mm、300mm×900mm、500mm×900mm、500mm×1000mm、500mm×1100mm、500mm× 1300mm、500mm×1600mm、600mm×1600mm；板厚分别有100mm、120mm、150mm。

E区建筑面积17081m2，框架结构，二层，底层层高9m，二层层高8m；平面尺寸129.5×90，由沉降缝划分为三块，为E1-D7/EJ-EP轴、E1-E11/EA-EH轴、E12-E22/EA-EH轴，尺寸分别为45m×37.5m、52.5m×65.5m、52.5m×60m；柱截面尺寸分别有1000mm×1000mm、900mm×900mm、600mm×600mm；梁截面尺寸分别有 250mm×400mm、300mm×800mm、450mm× 900mm、500mm×1000mm、500mm×1100mm、500mm×1300mm、500mm×1500mm、500mm×1600mm；板厚分别有 100mm、120mm（见图1）。

2　设计计算参数

2.1材料参数

（1）φ48×3.5钢管：截面积A=489mm2，截面抵抗矩W= 5080mm3，截面惯性矩 I=121900mm4，弹性模量 E=2.06×105N/ mm2，抗弯强度fm=205N/mm2；

（2）50×100木方：截面积A=5000mm2，截面抵抗矩W= 83333mm3，截面惯性矩I=4166666mm4，弹性模量E=1.0×104N/ mm2，抗弯强度fm=17N/mm2；

图1　平面分区示意图

（3）钢模板（P3015）：截面抵抗矩W=5.94×103mm3，截面惯性矩I=26.97×104mm4，弹性模量E=2.06×105N/mm2，抗弯强度fm=205N/mm2；

（4）Q235对拉扁铁（40×3）：抗拉强度f=215N/mm2；

（5）旋转、直角扣件承载力取值为8kN，扣件抗滑承载力系数0.8。

2.2荷载参数

（1）模板自重：取0.6kN/m3；

（2）混凝土自重：取24kN/m3；

（3）钢筋自重：梁取1.5kN/m3、板取1.1kN/m3；

（4）施工人员及设备荷载：取2.5kN/m2；

（5）振捣混凝土时产生的荷载：水平面取2.0kN/m3、垂直面取4.0kN/m2；

（6）倾倒混凝土时产生的荷载：取2kN/m2。

3　设计验算

3.1柱模验算

验算条件：选取最大截面1000mm×1000mm的柱子进行计算，柱高10m，柱模板采用组合钢模板拼装，柱箍采用φ48× 3.5钢管，柱箍间距500mm，竖向木楞采用50×100木方，木楞间距为500mm，柱中间水平方向纵横设2道-40×3对拉扁铁，对拉扁铁竖直方向间距600mm。

浇筑速度为3m/h，混凝土温度为20℃，用插入式振捣器振捣。

柱底部验算：

（1）荷载计算

新浇混凝土对模板侧面的压力：

F2=γC×H

F1=0.22×24000×5.71×1×1×31/2=52.2kN/m2

F2=24000×10=240kN/m2

取小值F=52.2kN/m2

q1=（52.2×1.2+4×1.4）×0.5=34.12kN/m

q2=52.2×1.2×0.5=31.32kN/m

（2）柱模强度验算

M=0.07ql2=0.07×34.12×5002=597100N·mm

σ=M/W=597100/5.94×103=100N/mm2＜fm=205N/mm2（符合要求）。

（3）柱模刚度验算

ω=0.521ql4/100EI=0.521×31.32×5004/100×2.06×105×26.97×104

=0.73mm＜500/250=2mm（符合要求）。

（4）对拉扁铁验算

q=（52.2×1.2+4×1.4）=68.24；

N=68.24×0.5×0.6=20.47kN；

σ=N/A=20.47×103/40×3=170＜f=215N/mm2（满足要求）。

（5）竖向木楞强度验算

M=ql2/8=34.12×5002/8=1066250N·mm；

σ=M/W=1066250/83333=12.79N/mm2＜fm=17N/mm2（符合要求）。

（6）竖向木楞刚度验算

ω=5ql4/384EI=5×31.32×5004/384×1×104×4166666=0.61＜500/250=2mm（符合要求）。

（7）柱箍验算

按集中荷载考虑：

1=1000+50×2+100×2=1300；

M=ql/4=34.12×1300/4=11089N·mm；

σ=M/W=11089/5080=2.18N/mm＜fm=205N/mm（符合要求）；

ω=Fl3/48EI=31.32×13003/48×2.06×105×121900=0.06mm＜1100/250=4.4mm

（符合要求）。

3.2梁模验算

验算条件：选取最大截面600mm×1600mm的梁进行计算，梁模板采用组合钢模板拼装，梁底楞采用φ48×3.5钢管，小楞间距 500mm，侧模内楞采用 50×100木方，间距为300mm，外楞采用φ48×3.5钢管，间距500mm，沿梁高方向设2道-40×3对拉扁铁，对拉扁铁纵向间距600mm。支撑立杆横距为450mm，纵距为1000mm；

浇筑速度为3m/h，混凝土温度为20℃，用插入式振捣器振捣。

（1）荷载计算

q1=0.6×1.2×0.6+（24+1.5）×1.2×0.6×1.6+2×1.4×0.6= 31.48kN/m；

q2=0.6×0.6+（24+1.5）×1.6×0.6=24.84kN/m；

新浇混凝土对模板侧面的压力：

F2=γC×H

F1=0.22×24×5.71×1×1×31/2=52.2kN/m2

F2=24×1.6=38.4kN/m2

取小值F=38.4kN/m2

q3=（38.4×1.2+4×1.4）×1.6=82.68kN/m2

q4=38.4×1.2×1.6=73.72kN/m2。

（2）梁底模强度验算

M=ql2/8=31.48×0.52/8=0.98kN·m

σ=M/W=0.98×106/5.94×103=165mm＜fm=205N/mm（符合要求）。

（3）梁底模刚度验算

ω=5ql4/384EI

ω=5×24.84×5004/384×2.06×105×26.97×104=0.36mm＜500/ 250=2mm（符合要求）。

（4）梁底小楞强度验算

M=0.07×0.452×31.48=0.45kN·m

σ=M/W=450000/5080=88.5＜fm=205N/mm（符合要求）。

（5）梁底小楞刚度验算

ω=0.521ql4/100EI

ω=0.521×24.84×4504/100×2.06×105×121900=0.21＜500/ 250=2mm（符合要求）。

（6）梁侧模强度验算

M=ql2/8=82.68×300×300/8=930150N·mm

σ=M/W=930150/5.94×103=156＜fm=205N/mm（符合要求）。

（7）梁侧模刚度验算

ω=5ql4/384EI

ω=5×82.68×3004/384×2.06×105×26.97×104=0.16＜300/250= 1.2mm（符合要求）。

（8）对拉扁铁验算

N=82.68×0.3×0.5/2=6.2

σ=N/A=6.2×103/40×3=51N/mm2＜f=215N/mm2（满足要求）。

（9）梁侧内楞强度验算

q=82.68×0.5=41.34kN/m

M=0.08×41.34×500×500=826800N·mm

σ=M/W=826800/83333=9.9mm＜fm=17N/mm（符合要求）。

（10）梁侧内楞刚度验算

q=72.72×0.5=36.36kN/m

ω=0.677ql4/100EI

ω=0.677×36.36×5004/100×1×104×4166666=0.36＜500/250= 2mm（符合要求）。

（11）立柱稳定性验算

静荷载：

①脚手架钢管的自重G1=0.129×10.8=1.39kN

②模板的自重：G2=0.6×1.6×1+0.6×0.3×1=1.14kN

③钢筋混凝土楼板自重：G3=25.5×0.3×1.6×1=12.24kN

NG=1.39+2.28+24.48=14.77kN

活荷载：施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载。

NQ=（2.5+2）×0.3×1=1.35kN

不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值。

N=1.2NG+1.4NQ=19.61kN

公式一：

k1计算长度附加系数取1.155；计算长度系数μ=1.7。

立杆计算长度L0=k1μh=1.155×1.7×1.5=2.945m

L0/i=2945/15.8=186

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.207。

σ=N/φA=19610/（0.207×489）=193.77N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

公式二：

L0=h+2a=1.5+2×0.3=2.1m

L0/i=2100/15.8=133

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.381。

σ=N/φA=19610/（0.381×489）=105.25N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

公式三：

k1计算长度附加系数取1.185；K2取1.019

L0=K1K2（H+2A）=1.185×1.019×（1.5+2×0.3）=2.536m

L0/i=2536/15.8=160

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.274。

σ=N/φA=19610/（0.274×489）=146.35N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

3.3板模验算

验算条件：选取150mm的板进行计算，模板支撑高度为10.8m，板模板采用11厚层板支设，板底木楞采用50×100木方，间距为300mm，支撑立杆纵横距均为1000mm，步距为1500mm，立杆伸出顶层横杆的长度为300mm。

3.3.1荷载的计算

（1）钢筋混凝土板自重：q=（24+1.1）×0.3×0.15=1.13kN/m。（2）模板自重：

q=0.6×0.3=0.18kN/m。

（3）施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载：q=（2.5+2）×0.3=1.35kN/m。

3.3.2模板支撑方木强度验算

均布荷载：q=（1.13+0.18）×1.2=1.57kN/m；

集中荷载：P=1.35×1.4=1.89kN/m；

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和：

M=Pl/4+ql2/8

M=1.89/4+1.57×12/8=0.668kN·m；

σ=M/w=0.668×106/83.333×103=8N/mm2＜fm=17.0N/mm2（满足要求）。

3.3.3模板支撑方木抗剪计算

最大剪力Q=ql/2+P/2

截面抗剪强度必须满足：T=3Q/2bh＜［T］

Q=1.57×1/2+1.89/2=1.73kN

T=3×1730/（2×50×100）=0.52N/mm2＜［T］=1.7N/mm2（满足要求）。

3.3.4模板支撑方木挠度计算

均布荷载：q=1.13+0.18=1.31kN/m；

集中荷载：P=1.35kN/m；

最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和：

ω=Pl3/48EI+5ql4/384EI

ω=1.35×10003/48×10000×4166666+5×1.31×10004/（384× 10000×4166666）=0.41＜1000/250=4（满足要求）。

3.3.5木方支撑钢管计算

支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

集中荷载 P取纵向板底支撑传递力，P=1.57×1+1.89= 3.46kN；

M=0.267ql=0.267×3.46×1000=923820N·mm；σ=M/w=923820/5080=181.8N/mm2＜fm=205N/mm2（满足要求）；ω=1.883ql3/100EI=2.59mm＜1000/150=6.7mm（满足要求）。

3.3.6扣件抗滑移验算

模板支撑体系均采用扣件连接；

纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力R（1.57+1.89）×1×1=3.46kN；

R=3.46kN＜Rc=8kN（满足要求）。

3.4立杆的稳定性验算

静荷载：

（1）脚手架钢管的自重G1=0.129×10.8=1.39kN

（2）模板的自重：G2=0.6×1×1=0.6kN

（3）钢筋混凝土楼板自重：G3=25.1×0.15×1×1=3.76kN

NG=1.39+0.6+3.76=5.75kN

活荷载：施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载。

NQ=（2.5+2）×1×1=4.5kN

不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值。

N=1.2NG+1.4NQ=13.25kN

公式一：

k1计算长度附加系数取1.155；计算长度系数μ=1.7。

立杆计算长度L0=k1μh=1.155×1.7×1.5=2.945m。

L0/i=2945/15.8=186

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.207。

σ=N/φA=13250/（0.207×489）=130.89N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

公式二：

L0=h+2a=1.5+2×0.3=2.1m

L0/i=2100/15.8=133

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.381

σ=N/φA=13250/（0.381×489）=71.11N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

公式三：

k1计算长度附加系数取1.185；K2取1.019。

L0=K1K2（H+2A）=1.185×1.019×（1.5+2×0.3）=2.536m

L0/i=2536/15.8=160

由长细比查表得轴心受压立杆的稳定系数φ=0.274。

σ=N/φA=13250/（0.274×489）=98.89N/mm2＜［f］=205N/mm2（满足要求）。

3.5立杆底座及基础承载力验算

立杆底座验算：

Rb底座承载力设计值取40kN。

N≤Rb

N=1.2NG+1.4NQ=13.25kN＜Rb=40kN（满足要求）。

立杆地基承载力验算：

50板长4m宽250mm；fk地基承载力设计值取120kN；K为调整系数碎石土取0.4。

N/Ad≤Kfk

Ad=4000×250=1×106mm2

13250/1×106=0.013＜0.4×120=48（满足要求）。

4　模板及支撑体系搭设技术参数

4.1柱

柱模板采用组合钢模板拼装，柱箍采用φ48×3.5钢管，距承台顶300设置第一道柱箍，柱底部3m范围内柱箍间距500mm，柱中及顶部柱箍间距600mm竖向木楞采用50×100木方，木楞间距为500mm，柱中间水平方向纵横设2道-40×3对拉扁铁，对拉扁铁竖直方向间距600mm。

4.2梁

梁模板采用组合钢模板拼装，梁底楞采用φ48×3.5钢管，间距500mm，侧模内楞采用50×100木方，间距为300mm，外楞采用φ48×3.5钢管，间距500mm，沿梁高方向设2道-40×3对拉扁铁，对拉扁铁纵向间距600mm。支撑立杆横距为450mm，纵距为1000mm，横杆步距 1500mm，扫地杆距地面200mm设置。

4.3板

板模板采用11厚层板支设，板底木楞采用50×100木方，间距为300mm，满堂支撑架立杆纵横距均为1000mm，步距为1500mm，立杆伸出顶层横杆的长度为100mm，扫地杆距地面200mm设置。

5　构造措施及安全注意事项

5.1构造措施

（1）每根立杆底部必须设置50板垫块，立杆之间的接头宜采用扣件对接，如采用搭接时搭接部分必须用三个扣件固定，相邻立杆的对接不得在同一高度内，接头位置应错开500mm。

（2）纵、横向水平杆需设置在立杆内侧，每根钢管长度不小于3跨，接长采用对接且对接扣件须交错布置，两个相邻接头在的1/3水平方向应错开500mm，各接头中心至最近主节点的距离不大于步距。

（3）连墙件采用刚性连墙件，连墙件水平方向沿每根框架柱设置，高度方向每步设置一道。

（4）纵、横向剪刀撑间隔3跨设置，水平剪刀撑在架体底部、中部、顶部各设置一道；剪刀撑的接长采用搭接，搭接长度不小于1m且用三个扣件固定。

（5）扣件螺栓拧紧力矩须在40～65N·m，各杆件端头伸出扣件盖板边缘的长度不得小于100mm，对接扣件开口必须朝上或朝内。

（6）立杆的自由长度不得大于300mm。

5.2安全注意事项

（1）满堂支撑架架体在梁底必须满挂水平安全兜网。

（2）二层满堂支撑架必须待一层梁板混凝土的同条件试块强度达到75%后方可进行搭设。

（3）架工应持证上岗，凡患有高血压、心脏病等其它不适应上架操作和疾病未愈者，严禁上架作业。

（4）在高空搭（拆）架体时，上架操作人员必须拴安全带，戴安全帽。

（5）在脚手架上操作时，严禁人员聚集一处，材料集中堆放荷重限制在2000N/m2内。

（6）架子使用中必须坚持检查，若发现有松动、变形处，必须先加固，后使用。

（7）蹬高作业时，连接件必须放在箱盒或工具袋中，严禁安放在模板或脚手架上，扳手等工具必须系在挂身上或工具袋内，不得掉落。

（8）模板装拆时，上下应有人接应，模板应随用随转运，不得堆放在脚手架上。

（9）安装柱模板时应进行临时支撑固定，以防倾覆。

6　技术总结和应用效果分析

目前，扣件式钢管模板高支撑体系在一些公共建筑、城市高架桥、交通建设等工程中应用非常广泛，在模板高支撑体系的计算中除了满足支撑体系的安全保证外还应从节约成本、降低造价方面入手，本工程对模板支撑体系的间距曾进行过反复调整、验算，最终把间距确定为1m，比保守设计600mm的间距放大近一倍，不仅节约了支撑架钢管的用量，同时缩短了搭设时间。

［1］《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）.中国建筑工业出版社，2001.

［2］杜荣军.扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全.施工技术，2002，3.

［3］杜荣军，编著.混凝土工程模板与支架技术.机械工业出版社.

［4］《建筑施工手册》（第四版）.中国建筑工业出版社，2003，9.

岳麒（1979-），男，汉族，副高级工程师，大学本科，主要从事房地产开发、施工、造价工作。

U445.46

A

2095-2066（2016）17-0153-04

2016-6-1