盘扣式脚手架在双曲面大跨度现浇箱梁支撑体系中的应用

刘辉 李文杰 徐陈成

0 引言

脚手架从扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架逐步发展到轮扣式脚手架及盘扣式脚手架，其中盘扣式脚手架以其定型化生产、搭设拆除便捷、安全性能好等特性而得到推广应用，本文以某双曲面大跨度现浇箱梁的支撑系统应用为例，介绍了盘扣式脚手架在实现特殊工艺时的应用方案及注意事项。

1 工程概况

某工程为遗址保护与展示项目，2021 年初开始施工，结构形式为地下一层，建筑面积约4 000m，其中底部约1 000m不设置底板，作为地下遗址展示保护使用。该项目东西方向长度约为75m，南北方向长度约为50m，盖体跨度36m 左右，净空为2.7～7.8m。侧墙采用C35P6 清水混凝土；框架柱主要为1 500mm×1 500mm 矩形和直径600mm 圆形柱，采用C50 清水混凝土；因项目功能需要，顶板主要为双曲面大跨度箱梁形式，梁高2 000mm，梁顶宽2350mm，梁底宽1 200mm，采用C40P6微膨胀混凝土。项目平面布置如图1 所示。

图1 项目平面示意图

2 盘扣式脚手架布设方案

2.1 该工程支架系统的重难点

顶板双曲面箱梁采用盘扣式满堂支架作为其支撑体系，支撑体系的安全性、牢固性及可靠性是工程重点；双曲面箱梁的跨度为36m，梁的起拱高度以及曲面变化如何在支架系统中实现是工程难点。

2.2 支架工况设计

2.2.1 盘扣式支架性能概述

承插型盘扣式支架具有结构简单、合理轻巧、承载力高、稳定性好、安全系数高、容易操作、可快速组装拆卸、节约用工的优点，同时支撑架自锁能力强、无零散扣件、不易丢失且耐用性高、外形美观。

承插型盘扣式钢管支架由立杆、水平杆、斜杆、可调底座及可调托座等构配件构成。根据其用途可分为模板支架和脚手架两类。其结构形式为水平杆和斜杆采用杆端扣接头卡入连接盘，用楔形插销连接，形成结构几何不变体系的钢管支架。

本工程采用的盘扣式脚手架杆件立杆直径为φ60.2mm，壁厚为3.2mm 材质为Q 345；横杆材质为Q235，管径为φ48mm，管壁厚为2.5mm；斜杆材质为Q235，管径为φ42mm，管壁厚为2.5mm，架体连接形式均采用圆盘型扣盘与卡钳型楔销锁紧固定。

2.2.2 满堂支架设计概况

（1）荷载类型

①混凝土自重荷载标准值（代号：①）：钢筋混凝土容重：26kN/m。

②模板及支架体系自重荷载标准值（代号：②）：木模板面板15mm 竹胶板模板自重荷载标准值：0.12kN/m；钢材容重：γ 钢=78.5kN/m。

③施工人员、材料及施工机具荷载：计算盘扣架立杆荷载时q=1kN/m。（代号：③）。

④振捣混凝土时产生的荷载：水平面板q=2.0kN/m，垂直面板模板q=2.0kN/m（代号：④）。

⑤浇筑混凝土时产生的冲击荷载：q=2.0kN/m（代号：⑤）；

（2）荷载组合

（3）双曲面梁盘扣架单根立杆承载力检算

立杆为直径60mm，壁厚3.2mm 的Q345 钢管。双拼Φ48×3mm 钢管横梁受到的支反力即为作用在钢管上的竖向力。考虑立杆的制作缺陷、锈蚀等，计算时钢管直径取为60.0mm，壁厚取为3mm，则截面面积A=5.372cm，立杆的截面回转半径i=2.018cm，立杆截面模量W=7.293cm；立杆材料的强度设计值为f=300MPa。支架整体模型如图2 所示。

图2 支架整体模型（单位：kN）

考虑立杆与横杆、斜杆自重的增大系数为1.1，计算出立杆所承受的最大轴力值为Nmax=1.1×36.7=40.4kN。

单根立杆极限承载力根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》5.3.2 可知，计算公式取=和=′ +2较大值，其中取1.20，′取100cm，k 取0.7，a 取60cm，步距h=150cm。

因此计算长度=184cm，则立杆的长细比为：

查表可得稳定系数φ=0.542。

不考虑风荷载时，立杆的容许承载力为：

其中la 为立杆的纵距（m），h 表示水平杆竖向最大步距（m）

立杆稳定性应满足：

因此立杆的容许承载力为：

3 双曲面大跨度梁支架系统施工

3.1 支架系统稳定性

根据设计计算，双曲面箱梁高2 000mm，梁顶宽2350mm，梁底宽1200mm，梁底主要采用15mm 厚竹胶板，次龙骨采用50mm×100mm 方木，顺梁方向布置，间距为100mm，为保证箱梁的线条造型，主龙骨采用Φ48mm×3.5mm 双拼钢管，垂直梁方向布置，间距为1.2m。梁下采用满堂盘扣式支架，横距0.6m，纵距1.2m，步距1.5m，为保证每片箱梁下方有四根立杆支撑，局部可将横距调整为0.3m。立杆距墙面小于400mm，保证主次龙骨外挑长度小于400mm。箱梁两端各3m 为实心梁段，实心梁段下满堂盘扣支架横距同空心段满堂盘扣支架，纵距0.9m，步距1.5m。

箱梁腹板外侧模板采用15mm 厚竹胶板，背带采用50mm×100mm 方木，顺梁方向布置，间距为100mm，背带外侧采用Φ48mm×3.5mm 双拼钢管，竖向布置，间距0.6m，共布置2 道。模板加固采用Φ16mm 对拉杆，横向间距0.6m，竖向间距0.6m，共布置2 道。箱梁间凹槽部位增加两道扣件式钢管脚手架作为顶板支撑，由地面起，顶至顶板。垂直梁方向间距200mm，顺梁方向间距同满堂盘扣支架，与盘扣架体通过扣件连接。扣件式钢管脚手架横杆竖向间距600mm，与箱梁外侧双拼钢管用扣件连接为整体。若盘扣式脚手架能顶至顶板，则使用盘扣式脚手架代替扣件式脚手架（如图3 所示）。

图3 支架示意图

箱梁间梯形截面封板侧模外侧采用15mm 厚竹胶板，背带采用50mm×100mm 方木，垂直梁方向布置，间距为100mm，背带外侧采用Φ48mm×3.5mm 双拼钢管，竖向布置，间距0.6m，共布置2 道，模板加固采用Φφ16mm 对拉杆，横向间距0.6m，竖向间距0.6m，共布置2 道。内侧模板采用15mm 厚竹胶板+50mm×100mm 方木组合成封闭箱型，内侧模板采用15mm 厚竹胶板+50mm×100mm 方木组合成封闭箱型，箱子次楞使用50mm×100mm 方木，垂直梁方向布置，间距150mm。单榀架体竖向与横向方木支撑间距均为150mm，并用剪刀撑固定。每榀架体间距600mm，架体间附加50mm×100mm 方木剪刀撑固定（如图4 所示）。

图4 双区面箱梁梯形封板处模板支架示意图

3.2 双曲面梁的支架系统曲面控制

3.2.1 双曲面梁的设计曲线

不拘一格，大胆尝试.—种、两种、三种……，出现了许多教师未曾预设的连接方法，其中包括在区间(a,b) 内有单一零点的函数图象(单调或不单调)，也有多个零点的函数图象；有用线段连接的(如图4，5等)，有用曲线段连接的(如图6，7，8，9等)，还有因为没有注意到条件要求而画错的图形(如图7)，这有利于纠正部分学生对函数概念理解的偏差.教师用实物投影展示(限于篇幅，文中只给出以下几种连接方法).

本结构顶板箱梁为双曲面梁，X 向跨度为67.2m，Y 向跨度为36m。X 向1～2 轴为平整段，2～8 轴为变坡段，5～6轴为最高点，顶标高为8.6m。Y 向自A 轴向B 轴11.25m 为变坡段，斜率详见双曲面量X、Y 向标高示意图（图5、图6）。

图5 双曲面梁X 向标高示意图

图6 双曲面梁Y 向标高示意图

3.2.2 支架系统实现设计曲线的难度。

（1）地基的不均匀沉降可能导致箱梁的线形达不到设计要求。

（2）如何加固双曲面梁的支撑体系，保证双曲面梁成型后线型光滑。

3.2.3 现场实际做法

（1）由于遗址大厅、考古大厅两处为考古遗址，没有底板基础，盘扣支架直接坐落在原地表上。且原地面为考古工作后的回填土，地基承载力小。地基的不均匀沉降可能会导致箱梁的线形控制达不到设计要求。为了尽可能消除地基的不均匀沉降，同时保护遗址大厅及考古大厅的考古遗址，首先对140cm 厚的土体进行分层回填。第一层采用30cm 厚细砂回填，用于保护文物，第二层采用100cm 厚砂夹碎石回填，用于增加承重荷载，并用压路机进行夯实。回填后由试验室在支架搭设的范围内对地基承载力进行检测，出具《地基承载力检测报告》。试验数据可得支架搭设范围的地基承载力约为100kPa。再在地基表面硬化C20 混凝土垫层，增加立杆的基础底面积。经过计算得出，当垫层的厚度为25cm 时，地基承载力才能满足盘扣支架的搭设要求。施工垫层混凝土时要注重找平，统一高程，以便于盘扣支架体系的搭设。

（2）双曲面梁的线形控制主要通过调节竖杆顶托的高程来实现。在X 方向上，24 片箱梁通过翼缘板连接形成弧形，各箱梁底板依旧为水平段，可根据双曲面梁X 向标高示意图给出的高程控制线型。在Y 方向上，由于箱梁为平滑曲线，因此各竖杆顶托的高程均不相同。通过建模的方式，得出曲线段各盘扣支架顶托的高程。由于设计图纸要求，大跨梁施工时需预起拱1/250，根据计算得出相应立杆顶托预拱后的标高，调整相应立杆的顶托高度来控制线形。

（3）为保证成型后的混凝土线形效果，消除支架非弹性变形对线形的影响，需对盘扣支架体系采取预压措施，其间要做好堆载和监测工作。在X 方向上，设置5 个监测点，呈对称布置。在Y 方向上，每隔1/4 跨径应布置一个监测断面，共计25 个监测点。安排专员对加载前的各监测点进行监测，得出测量数据H。预压过程持续两天，每天对支架进行两次的监测，分析支架的沉降状况。待沉降稳定后，得出测量数据H。随后对支架体系进行卸载，在卸载6h 后对各监测点数据监测，得出测量数据H。通过数据分析，可得非弹性变形量为H～H，弹性变形量为H～H。根据求得测量数据及设计数据确定合适的预拱度及挠度，从而确定最终预拱度。

（4）盘扣支架拆除后，每两天对各监测点进行沉降监测，整理成沉降观测记录表，收集分析双曲面梁的沉降变化。

4 结语

2021 年9 月，该工程混凝土达到强度，待支架系统拆除后对梁的底部成型效果进行了检查，完全达到了双曲面梁的设计意图，线形平滑美观，彰显匠心工艺。本文围绕盘扣式支架体系在双曲面梁的运用展开分析，总结了双曲面梁线形控制的重难点，针对性地提出了一些切实可行的实操方案，确保双曲面梁工程的施工质量。