不同组合的盘扣体系在房建工程中的应用分析

2024-05-21宋国鹏

中国建筑金属结构 2024年4期

宋国鹏

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

0 引言

近年来承插式盘扣支架以整体安全系数高、快速安拆、规范性、美观性等特点逐渐替代了传统的钢管扣件式、轮扣式、碗扣式等支撑架体。承插型盘扣式脚手架立杆采用的是Q345A低碳合金结构钢管，其强度比普通的碳钢强度要高出很多[1]，整体稳定性非常高，但目前绝大部分企业未根据盘扣架体优异的承载性能对应地调整主龙骨、次龙骨材料，依旧采用传统的钢管、方钢作为盘扣支模架的主龙骨，导致其抗弯性能与盘扣立杆的承载力不匹配，使盘扣支架材料的性能不能充分发挥，造成目前大部分企业盘扣支模架实施方案的经济效益较低。2022 年，黄昌根[2]将承插轮扣式与盘扣式模板支架进行方案技术经济必选分析，提出盘扣式按照插扣式架体搭配双钢管做主龙骨，不按照最优的龙骨配置，盘扣式架体的费用将达到插扣式架体费用的2 倍左右。2022 年，朱彬鹏[3]提出盘扣支架体系中龙骨的“以钢代木”是一种节能型和绿色环保的产品，具有广阔的发展前景，并指出主龙骨10#单槽钢替代双钢管，截面抵抗弯曲的性质提高了近20 倍，用矩形钢管代替矩形木楞弹性模量提高了24 倍，抗弯强度设计值提高了16 倍，因而承载力高，不易发生失稳。2023 年，张世阳[4]认为盘扣式脚手架具备较高的强度和稳定性，但由于主龙骨承载力限制，弱化其承载力，提出优化顶托，改善主龙骨的弯矩和应力分布形态，使应力分布扁平化，从而成倍提高主龙骨承载力。

为了充分发挥盘扣架体的性能，本文通过分析不同材料的主龙骨，合理地调整立杆间距，不仅能够更好地发挥盘扣支架材料性能，还能减少人工投入，节约租赁费用，达到提高盘扣支模架实施方案经济效益的目的。

1 工程概况及支模架实施方案分析

1.1 项目概况

X 项目共23 栋住宅楼和1 栋单体3 层幼儿园及裙房建筑。住宅楼分三种单体建筑。总建筑面积316 170m2，地上总建筑面积214 771m2，地下总建筑面积101 399m2。

按项目施工图纸将板厚分为三类，其中主楼板厚≤150mm，地下室顶板厚150 ～250mm，特殊地下室顶板厚250 ～350mm。

1.2 比选原则

基本原则：满足承载力要求和施工便利性。

对比原则：在保持次龙骨的材料和间距不变的情况下，针对不同板厚，分别采用钢管、方钢、槽钢作为主龙骨的优缺点和经济效益。

立杆布置的原则：主楼具有开间多且开间尺寸小的特点，因此立杆间距不宜大于1.5m。

材料选用原则：材料型号选择需满足实际施工要求，每延米重量不得过高，否则将对工人搬运造成不利影响。

1.3 方案概况

支模架实施方案根据施工图纸及工程特点将板厚分为以下三类：（1）主楼区板厚≤150mm，约占总建筑面积70%；（2）地下室顶板150mm ＜板厚≤250mm，约占总建筑面积22%；（3）特殊部位顶板250mm ＜板厚≤350mm，约占总建筑面积8%。

实施方案按板厚及分部工程进行分类，同一板厚在保持次龙骨的材料和间距不变的情况下，根据主龙骨的选材计算出最优立杆间距。方案概况如表1、表2、表3 所示。

表1 主楼板厚≤150mm 支模实施方案分类描述（计算取150mm）

表2 地下室顶板板厚≤250mm 支模实施方案分类描述（计算取250mm）

表3 特殊部位顶板板厚≤350mm 支模实施方案分类描述（计算取350mm）

2 三种材料优缺点分析

2.1 施工便利性

从材料角度分析，质量越轻，施工越便利，三种材料每延米质量如表4 所示。

表4 各种材料每延米质量

由表1 可知，从施工便利性角度来说，主龙骨采用钢管时，质量最轻，施工最便利。但相同面积下，采用钢管作为主龙骨，需施工的立杆、横杠、竖向斜撑数量最多，耗费时间也最长。主龙骨采用质量最大的槽钢时，虽然对工人体力消耗最大，但单位面积所消耗的工程量最少。

2.2 安全、质量性能

从安全性能角度，应重点考虑立杆稳定性，分析整体或局部失稳的可能性。从质量角度，应考虑面板、次龙骨、主龙骨的跨中挠度对板底平整度的影响，同时应分析胀模、炸模的可能性。

2.2.1 安全性能

相同板厚和面积的情况下，盘扣立杆间距越小，则支架整体稳定性越好。不同主龙骨的立杆稳定性计算采用品茗软件，主龙骨选用钢管时，盘扣支撑体系立杆稳定性最优，但材料使用性能只有25%左右，安全性能冗余过多，而主龙骨采用槽钢能发挥盘扣立杆的性能60%～80%。计算结果如表5 所示。

表5 主楼板厚≤150mm 立杆稳定性计算结果

2.2.2 质量性能

质量性能通过板底平整度进行比较，即比较钢管、方钢、槽钢作为主龙骨时，各自产生的挠度累计值。而挠度累计值是面板跨中挠度、次龙骨跨中挠度、主龙骨跨中挠度之和，挠度累计值越大则表现为板底平整度偏差值越大，反之越小。采用钢管作为主龙骨时，立杆间距小，支撑体系产生的挠度累计值为1.5mm 左右，质量性能最优；采用方钢作为主龙骨时，挠度累计值为2.0mm 左右，与钢管相差性能相近；采用槽钢作为主龙骨时，挠度累计值最大为4.26mm。规范要求板底平整度≤8.0mm，主龙骨挠度≤6.0mm，从数据分析也无胀模风险，故三种材料质量性能均能满足施工要求。计算结果如表6 所示。

表6 主楼板厚≤150mm 跨中挠度计算结果

2.3 经济效益对比

2.3.1 计算依据及单位工程量计算

支架体系计量应当考虑材料的周转次数，所有钢材均按租赁形式。地上主楼配置3 套支架体系，每层平均面积按400m2计算；地下室支撑架按周转三次计算，即按1/3 面积计算钢材使用量；地上主楼租赁时间按18 个月计算，地下室按6 个月计算。

进行单位工程量计算时，为确保误差在合理范围内，选择的计算模型长宽必须是三种方案立杆间距的公倍数，否则计算整个项目材料使用量时会成倍放大误差。

根据上述计算原则，取立杆间距0.6、0.9、1.2、1.5m 的公倍数36m×36m 为单位工程量计算模型；主楼区域层高2.9m，立杆组合为1.0m 立杆+1.5m 立杆+0.6m 可调顶托计算；地下室层高4.2m，立杆组合为1.0m 立杆+1.5m 立杆+1.5m 立杆+0.6m可调顶托计算；斜撑均采用“隔三布一”。立杆组合模型如图1 所示。

图1 立杆组合模型图

2.3.2 单位面积人工效益分析

人工效益如采用现场统计法计算，受人为因素影响较大，参考意义不大，故本次分析采用材料使用量类比得出人工节省率。根据表7 可知使用钢管作为主龙骨时，盘扣钢材使用量最大，故以钢管作为主龙骨时对应的盘扣使用量为基数，计算出主龙骨使用方钢、槽钢的人工节省率。盘扣支撑体系主龙骨抗弯承载力越大，支架立杆性能发挥越充分，相对人工节省率就越高。由数据分析可知，主龙骨采用方钢相对于采用钢管能节约人工15%以上；主龙骨采用槽钢相对于采用钢管能节约人工40%以上。