荷载高架模板钢管支撑系统中节点受力与杆件受力的结构改变方法(注)

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高架模板钢管支撑体系中节点受力与杆件受力的

构造转变方法

【摘要】本文认为高架模板钢管支撑体系倒塌的原因在于构造措施错误导致在计算模型中仅起连接作用的节点扣件承担了本应由杆件承担的荷载节点扣件率先破坏引起杆件失稳造成坍塌提出了必须采取使杆件而不是使节点扣件抵抗竖向、水平荷载的构造措施才是保证高架模板钢管支撑体系安全的关键。

【关键词】节点受力杆件受力传力途径转变措施

引言普通模板钢管支撑体系中竖向荷载的传递由横杆通过节点扣件传递给立杆水平荷载则是由横杆与立杆组成的框体的四角节点扣件来承担的。在竖向荷载、水平荷载均较小的情况下体系尚可满足安全要求。在荷载较大、支架高度较大时这种传力体系的可靠性受钢管扣件承载能力的限制非常不安全已屡屡发生支撑体系坍塌的重大伤亡事故在高架模板钢管支撑体系中必须采用杆件直接受力的构造措施方可保证施工安全。

1、 模板钢管支撑体系的荷载

根据《建筑施工模板安全技术规范》 JGJ162-2008作用于支撑体系的荷载有

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恒荷载模板及其支架自重标准值G1K

新浇筑砼自重标准值G2K

钢筋自重标准值G 3K

新浇筑砼侧压力G4K

活荷载施工人员及设备荷载标准值Q1K

振捣砼时产生的荷载Q2K

倾倒砼时对垂直面模板产生的水平荷载Q3K

风荷载ωK

实际施工中由于预拌砼的广泛应用砼常通过泵送管输送到浇筑面浇筑面上的泵送管支承于模板面新拌砼的在泵送管中移动使支撑体系往往承受较大的水平力虽然规范中没有提及但却是浇筑过程中支撑体系受到的最大的水平力。模板支架的坍塌不是无缘无故的一定是在外力的作用发生了某种破坏支架设计中未考虑泵送管产生的水平力但它也许就是坍塌的主要诱因之一。

虽然由于计算目的的不同支架荷载效应组合有变化但从支架对外荷载的抵抗来讲可分为二部分一部分是竖向荷载计算中是由立杆承受的另一部分是水平荷载通过模板传递到了支撑体系的杆顶。

2、 普通模板钢管支撑体系中常见的荷载传力途径

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2.1竖向荷载由横杆通过节点扣件传递给立杆

2.2水平荷载由节点扣件承受

由立杆与横杆组成的框体为四边形在平面外力作用有向平行四边形变化的趋势 由于节点扣件的限制保持原有形状但节点扣件由此受到扭力作用。

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3、钢管立杆的承载能力

由于前述泵送管传递的额外水平力立杆承载能力均应按根据《建筑施工模板安全技术规范》 JGJ162-2008中室外露天支模组合风荷载时的公式计算将水平力替代风荷载代入。即使室内施工也不建议按轴心受压公式计算钢管立杆承载力。如下摘录规范组合水平力的相关计算公式

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4、钢管扣件的承载能力

根据《钢管脚手架扣件》 GB15831-2006对扣件的性能要求如下表

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3.1传递竖向荷载时节点扣件应有的承载能力分析

如果仅从欧拉公式考虑在常用横距常用步距的情况下单根立杆可承受的竖向荷载在数吨以上远超过施工中能遇到的荷载组合为什么却在远小于施工荷载的情况下出了问题呢只能是节点发生了破坏。在竖向荷载的传递中横杆承受的力通过节点扣件传递给竖杆这种传力的可靠性是由节点扣件所能提供的抗滑力决定的但从表中可以看出直角扣件的抗滑能力只有7KN而且还是在理想状态下且不说当今建筑材料市场中合格的扣件几乎难以找到另一方面在混凝土的浇筑过程中从砼拌合物中渗出的水浸润着扣件使其抗滑力大打折扣。施工中常用双扣件做保险扣但往往其拧紧力不能保证上下二个扣件之间有间隙而不能共同受力。高架模板体系由横杆传递的力往往在数吨以上

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远超过扣件所能承受的抗滑力通过节点扣件传力是不可能的。在成千上万个扣件有一个扣件出了问题与之相连的立杆压杆计算长度增加一倍承载能力立即减小为原来的四分之一立杆受力陡增可能马上就会退出承力体系相邻杆件又不能负担由此而来的额外荷载随之破坏就产生了灾难性的多米诺反应了。所以必须采用立杆直接承力的节点构造。

3.2传递水平荷载时节点扣件应有的承载能力分析

在无剪刀撑的情况下水平力由连接扣件承担。在反复水平力的作用下节点扣件破坏是有可能的进而导致整体破坏。规范计算中并未考虑采用节点扣件去承受水平力但在不采用剪刀撑的情况下水平荷载确是由节点扣件承担的。规范中在未考虑其它水平力的情况下是将风荷载组合考虑由立杆承受的但由于构造措施的限制风荷载实际上未作用到立杆上。这种情况只有在立杆固结于支承面内才有可能。就像厂房的抗风柱一样 由于基础的嵌固作用才在柱底产生了抵抗弯矩。钢管支架体系的立杆全部是自由支承于支承面的在外力的作用下各杆段其实就是二力杆不会产生弯矩。所以规范中考虑水平力对立杆承载力的影响是欠妥的。实际施工中常用的做法是加剪刀撑一般情况下模板支撑通常采用满堂架如果全面设置剪刀撑施工繁复往往起不到应有的作用而且剪刀撑过长断点及与其它杆件的连接点往往存在缺陷在加设剪刀撑的过程中同时增加了薄弱点。所以全面设剪刀撑并不是一个好办法

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其传力路线曲折漫长最后要传至支承面才能真正起到作用如果剪刀撑底脚与支承面不能紧密接触结果还是架体承力往往是做了大量工作收效甚微。

5、钢管扣件支撑体系由节点受力向杆件受力的转换方法

5.1杆件承受竖向荷载的构造做法

采用钢管顶托或工具式钢管立柱的做法如下图

这两种做法用抗弯钢度较大的型钢代替钢管做的横杆都可使竖向荷载直接作用于立杆避免了节点扣件传力。

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5.2杆件承受水平荷载的构造做法

如前所述费力去做支撑体系内部的剪刀撑并不能从根本上解决问题如果能将体系依附其它结构物上依靠这些结构物去承担水平力则可事半功倍。这就要合理安排施工顺序对高大的模板结构先施工柱体再通过架顶剪刀撑将支撑体系与柱体相连如果柱体纤细则可采用柱间支撑事先进行加固。

6、对钢管满堂架支撑体系两点思考

6.1满堂架支撑的可靠性

通常使用的满堂架式模板支撑 由于使用大量杆件其传力途径不明确。通常的现浇结构梁模板支撑受力远大于与相连的板模支撑满堂架式支撑却没有突出这个重点将梁模板与板模支撑同等对待导致处处设防缺陷点却大量存在一处破坏会殃及整体安全。高大模板支撑的关键是设计支撑的时候改变满堂受力的方式通过小型桁架或高强度型钢支撑板模重点加强梁底模板支撑使梁底模板支撑成为主要的承力体系这样做支撑体系简捷受力形式明确便于施工的操作和检查控制。

6.2高支架模板体系的改变

传统的钢管架模板支撑体系在受力上不明确节点受力不可靠单个杆件承载能力极低搭设费时、费料、费工是不尽合理的采用新型的支撑体系才是解决问题的关键。

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