浅谈安全计算在模架施工中的应用

蒋新川

(四川省第六建筑有限公司,四川成都 610051)

模架的安全计算对提前发现模架中的安全隐患，科学、合理确定模架施工方案有着重要的意义，并成为预判模架是否安全的主要措施。国家也为此相继出台了很多规范来确保模架施工中的安全。特别是JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》等行业规范的正式实施，为施工中的安全计算提供了依据和技术支撑。本文将结合工程实例介绍安全计算在模架施工中的实际应用。

1 安全计算在模架安全隐患排查中的应用

某工程为9层综合楼，1～5层层高为5.4 m，6～9层层高为4.8 m。屋面观光电梯机房楼板、梁断面尺寸为：300 mm×700 mm、250 mm×600 mm、200 mm×600 mm，楼板厚度100 mm。屋面观光电梯机房楼板下方为9层楼面缺口，无法搭设支撑架。施工现场凭经验在9层楼板缺口位置铺设三根16号工字钢作为屋面观光电梯机房梁、板支撑基础(图1)。

图1 9层平面工字钢布置(单位:mm)

原有支模方案的传力方式：屋面观光电梯机房楼板的荷载、模架荷载、施工荷载→16号工字钢→9层楼板上(图2)。

图2 屋面观光电梯机房梁板支模(单位:mm)

现场工字钢梁铺设好后，在模架搭设过程中，出于安全考虑，对模架进行了安全计算复核，复核过程中发现由于模板、背枋、横杆均为普通支模系统，间距符合要求，经安全计算满足要求。而整个模架体系的基础工字钢梁是安全计算的关键，三根工字钢能否承担整个观光电梯梁板、施工、模架的荷载。按照JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技术规范》统计荷载后，按照图3的简支模型进行计算，发现工字钢梁的抗弯强度、挠度及稳定性均不能满足要求，存在巨大的安全隐患，必须停止模架施工，对工字钢梁采取卸载措施。

图3 原有方案工字钢受力模型(单位:mm)

重新制定的方案，决定在8层位置搭设斜撑，改变工字钢梁的受力模式，通过再次安全验算，工字钢梁及8层斜撑均能满足要求。现场按卸载方案在8层对工字钢梁进行支撑后再搭设模架，避免了模架垮塌安全事故的发生(图4、图5)。可见施工一定要坚持方案先行的制度，特别是一些特殊部位的支模体系不能仅凭经验实施，而造成不可挽回的损失。

图4 工字钢梁卸载(单位:mm)

图5 方案调整后的工字钢受力模型(单位:mm)

2 安全计算在模架方案比对中的应用

某工程在屋面处有挑檐结构，挑檐伸出长度均为1 200 mm，施工现场拟采用一次性浇筑，并在屋面层下层铺设悬挑工字钢梁作为基础，搭设支模体系见(图6、图7)。

图6 挑檐大样(单位:mm)

图7 原定挑檐施工方案(单位:mm)

悬挑工字钢梁的安全性就是本方案的关键(图8)，建立计算模型，经过计算后发现工字钢梁的挠度验算、稳定性验算不能符合要求，必须重新制定方案。

图8 原定施工方案工字钢受力模型(单位:mm)

综合考虑到转角处、洞口处均存在3 m多悬挑工字钢梁，施工现场改变方案采用以下措施。

(1)挑檐部分采用二次浇筑，即预留钢筋，并在屋面板混凝土浇筑完成后再支设模板，绑扎钢筋进行浇筑。

(2)通过屋面层下层楼板上悬挑16号工字钢来承担挑檐支模架的重量，在悬挑高度范围内采用φ14 mm的6×19的钢丝绳与预埋在屋面结构混凝土中的φ20 mm钢筋拉环拉结进行保护。

(3)由于悬挑长度大，模板支设施工过程中严禁3人及以上人员在一处挑梁位置进行操作施工。

(4)挑檐模板架在阳角部位及洞口位置悬挑长度都在3 m及以上，应安全操作保证人员安全。阳台位置是把阳台边梁作为支点，来减少悬挑长度，因此应保证阳台下三层模板不拆除，对阳台悬挑部位进行加固。

(5)悬挑16号工字钢按1 000 mm间距布置，采用φ14 mm的6×19的钢丝绳作为保护措施。模板采用15 mm厚木层板，木枋采用80 mm×60 mm，钢管均采用φ48.3×3.6 mm，进场不小于φ48.3×3.0 mm，计算按φ48×2.8 mm。挑檐采用木枋和层板组成内部支承体系，一次性使用，不再取出。经安全计算，悬挑16号工字钢梁满足要求。在本工程中通过安全计算，调整了原有的挑檐模架施工方案，有效规避了安全风险(图9)。

图9 调整后的挑檐施工方案(单位：mm)

3 安全计算在模架方案编制中应注意的问题

模架安全计算中，经常会因为方案编制人杆件布置不正确或者计算参数设置不合理，导致施工方案不能满足要求或者不合理。安全计算中也应注意以下问题(图10～图13)。

图10 方案一：梁底立杆平面布置(单位：mm)

图11 方案一：梁底横杆弯矩

图12 方案二：梁底立杆平面布置(单位：mm)

图13 方案二：梁底横杆弯矩

3.1 杆件布置不合理

对比图10、图12两个方案，可以发现方案一立杆间距不均匀，方案二则是按500 mm间距均匀布置。方案一布置了七跨，方案二布置了六跨。但从方案一同方案二的弯矩图可以看出，两端第二个支座处由于跨距较大，弯矩明显要大些，而方案二支座处的弯矩相对均匀。由此可见由于方案编制人的力学概念不强，虽然计算均能满足要求，但方案二的立杆受力明显比方案一要好，各立杆的性能都得到充分利用，方案一则两端的立杆负担过重。从施工角度来看，方案二的间距也明显更有利于施工，同时也节省了架管材料。因此立杆应首先考虑均匀布置，来保证立杆受力的合理。

3.2 参数选用不合理

模架安全计算过程中常常会因为方案编制人的参数选择不合理，导致方案不能满足要求。也不能正确的分析内力图，发现参数选择错误的地方(图14)。

图14 剪力墙支模(单位：mm)

剪力墙支模中小梁采用钢管φ48 mm×2.8 mm进行计算。在计算中发现小梁挠度验算不满足要求，软件建议减小小梁间距或主梁间距(图15)。

图15 小梁变形(单位：mm)

3.3 安全计算中应具备基本的力学概念

随着安全计算软件的运用，安全计算也越来越方便，但施工方案编制人也应具备一定的力学概念，例如简支结构优于悬挑结构、架管竖向受力优于悬挑受力等。有了这些力学概念在选择方案时，就要优先选择力学模型好的结构，达到方案安全、合理、经济的目的。

4 结束语

由此可见，安全计算可以量化、科学指导模架施工。也相信，在施工管理逐步科学化、精细化的未来，安全计算在整个施工中的作用也将会越来越大。