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1、扣件式钢管模板支架的设计计算 省市建设有限公司二O一四年七月十八日前 言近几年，国内连续发生多起模板支架坍塌事故，尤其是2000年10月，南京电视台新演播大厅双向预应力井式屋盖混凝土浇筑途中，发生了36m高扣件式钢管梁板高支撑架倒塌的重大伤亡事故。从此以后,模板支架设计和使用安全问题引起了人们的高度注意。虽然采用钢管脚手架杆件搭设各类模板支架已是现代施工常用的做法，但由于缺少系统试验和深入研究，因而尚无包括其设计计算方法的专项标准。几年来，钢管模板支架和高支撑架(h4m的模板支架)，均采用建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）（以下简称扣件架规范）中“模板支架计算”章节
2、提供的有关公式及相应规定来进行设计计算的，但是惨痛的“事故”教训和深入的试验研究，已经充分揭示了扣件架规范中“模板支架计算”对于高支撑架的计算确实尤其是存在重要疏漏，致使计算极容易出现不能完全确保安全的计算结果。在新规范或标准尚未颁布之前，为了保证扣件式钢管梁板模板支架的使用安全，总工室参考近期发表的论文，论著以及相关的技术资料，收集整理了有关“扣件式钢管梁板模板支架”的设计计算资料，提供给公司工程技术人员设计计算参考使用；与此同时，扣件架规范中“模板支架计算”的相关公式、计算资料，相应停止使用。特此说明！ 总工程师室二O一四年七月十八日目 录CONTENTS第一节 模板支架计算 1-1第二节
3、 关于模板支架立杆计算长度L有关问题的探讨 2-1第三节 模板支架的构造要求3-1第四节 梁板楼板模板高支撑架的构造和施工设计要求4-1第五节 模板支架设计计算实例5-1第六节 附录：模板支架设计计算资料6-1附录A扣件式钢管脚手架每米立杆承受的结构自重、常用构配件与材料自重附录B钢管截面特性附录C钢材的强度设计值附录D钢材和钢铸件的物理性能指标附录EQ235-A钢轴心受压构件的稳定系数附录F立杆计算长度L修正系数表第一节 模板支架计算代替扣件架规范中5.6“模板支架计算”1、参与模板支架荷载效应组合的各项荷载及其荷载标准值应符合现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204）的有关
4、规定。2、模板支架立杆的稳定性应按下列公式计算：* 不组合风荷载时 （11）* 组合风荷载时 （22）式中：N计算立杆段的轴向力设计值G轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比由附录F表F取值，当250时，g=；长细比，=；计算长度，应按本章计算规定计算；截面回转半径，应按附录B表B采用；A立杆的截面面积，应按附录B表B采用；MW计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩；钢材的抗压强度设计值，应按附录C采用。3、模板支架立杆的轴向力设计值N，应按下列公式计算：* 不组合风荷载时 N=1.2NGK+1.4NQK （13）* 组合风荷载时 N=1.2NGK+0.851.4NQK （14）式中：NGK模板及支
5、架自重，新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和；NQK施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。4、模板支架立杆的计算长度应按下式计算：式中： K1立杆计算长度的安全保证系数；查附录G表G-1K2立杆计算长度的搭设高度影响附加系数；查附录G表G-3h立杆步距；5、模板支架立杆的压缩变形值与在自重和风荷载作用下的抗倾覆计算，应符合现行国家标准混凝土结构工程施工与验收规范（GB50204）的有关规定。第二节 关于模板支架立杆计算长度有关问题的探讨一、原构件架规范第5.3.3条规定立杆计算长度应按下式计算：=式中：K计算长度附加系数；取K=1.55；考虑脚手
6、架整体稳定因素的单杆计算长度，按表1选用。立杆步距在模板支架设计计算时，构件架规范第5.6.2条中规定：在扣件式钢管脚手架计算时，规范规定按上述公式计算，但在模板支架计算时，因多种原因，不宜再用上式计算，建议选用下列公式：二、根据脚手架整体试验研究以及近期论文、论著均指出如下问题：1、公式是在缺少相应试验和使用统计资料的情况下，借鉴并采用了英国标准脚手架实施规范BS5975：1982第46.2条的规定。但是，英国标准的应用条件必须具备：构架是接近“几何不可变杆系结构”（斜杆设置占构架框格的一半）；采用许应力设计法，取K=2的要求时，必须使；然而，当步距h=1.8m，要达到k=2必须而这又恰与限
7、制的初衷相违背。在时，就满足不K=2的要求，因此也就不能完全确保设计和使用的安全。建议在模板支架设计时，尤其是在高支撑架设计，不宜再采用的计算公式。2、混凝土工程模板与支架技术一书中，对中国、英国的两类不同构架模板支架计算方法进行分析比较后，提出了用的计算公式来代替原构件架规范的计算公式，其计算结果能确保设计和使用的安全。（其理论推导和试验分析可详见混凝土工程模板与支架技术一书，此处不再定述）。3、计算公式中的有关问题：公式，其中：混凝土工程模板与支架技术称为：立杆的计算长度；笔者认为与在概念上容易混淆，实际上，系代替原扣件架规范的h+2a，在公式中相当于h，因此称为立杆步距的计算长度（或称步
8、距修正值）较为妥当。* K1考虑安全保证要求的立杆计算长度附加系数（简称为：立杆计算长度的安全保证系数）；可查附录F，从F-1表中选用。说明：K1相当于公式中K的作用，原扣件架规范经定值为K=1.55；此值适于h1.8m的情况，而模板支架多采用较小的步距，因此建议采用G-1表中数值。由于引进了K1系数，因此，在模板支架设计计算时的计算公式中，取K=1，这与值计算时令K=1的假定也完全一致。* K2及其计算高度H0的取值K2考虑搭设高度影响的立杆计算长度附加系数（简称为：立杆计算长度的搭设高度影响附加系数）；可查附录G，从G-2表中选用。说明： .K2是对照英国标准的系数。为对计算高度H04m的
9、支架稳定承载能力的调降系数；（当H04m时，=0），将转化为对立杆计算长度的增大系数K2，其值列入表G-2。.计算高度H0的取值：当支架未设置有强劲的约束作用的双水平加强层（即间距为步距h的相邻的两个水平层都加设适量的角部斜杆和中部剪刀撑，加强其整体水平刚度）时，H0取支架的支撑高度，即立杆支座板上皮至顶部承力托板下皮（或支撑点）之间的竖向距离。当模板支架设有双水平加强层时，H0可取双水平加强层之间距离与支座（托）板至双水平加强层之间距离的最大值。*考虑侧移影响受连接横杆约束的立杆计算长度相逢正系数。可按附录G G-3表中选用。三、立杆计算长度的取值根据一、二的分析，笔者认为：在当前国家尚未颁
10、发新标准之前，为了确保模板支架的使用安全，建议：采用混凝土工程模板与支架技术介绍的计算方法。即：1、用计算“模板支架立杆步距的计算长度”；2、.模板支架立杆计算长度：式中：考虑模板支架整体稳定因素的单杆计算长度系数，按下表1采用。模板支架立杆步距的计算长度按公式计算。.模板支架模板支架立杆的计算长度系数 表1类别立杆横距（m）连墙件布置二步三跨三步三跨双排架1.051.51.71.301.551.751.551.601.80单排架1.501.802.00说明：模板支架设计时，值可按如下原则考虑* 当支架横向的立杆排数5排时，按“二步三跨”连墙考虑；*当支架横向的立杆排数4排时，按“三步三跨”连
11、墙考虑；四、结论：模板支架设计计算时，立杆的计算长度应按下式计算：式中：K立杆计算长度附加系数，对于模板支架设计时，可取K=1；模板支架立杆的计算长计系数；可查表1模板支架立杆步距的计算长度，可以按进行计算。第三节 模板支架的构造要求一、搭设模板支架所用的构配件应遵守建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JG1302001）“3构配件”中有关条款的规定。二、模板支架立杆的构造应符合下列规定：1、模板支架立杆的构造应符合下列条款的规定；.每根立杆底部应设置底座或垫板。.脚手架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。横向扫地杆亦应采用直角扣件固定
12、在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两距与距离不应小于500mm（图3-1）。 .脚手架底层步距不应大于2m（图3-1）。.立杆接长除顶层顶步外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。2、支架立杆应竖直设置，2m高度的垂直允许偏差为15mm；3、设在支架立杆根部的可调底座，当其伸出长度超过300mm时，应采取可靠措施固定。4、当梁模板支架立杆采用单根立杆时，立杆应设在梁模板中心线处，其偏心距不应大于25mm。三、满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定：1、满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置；2、高于4
13、m的模板支架，其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪马撑；3、剪刀撑的构造应符合建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JG1302001）第6.6.2条的规定。第四节 梁板楼板模板高支撑架的构架和施工设计要求支撑高度在4m以上的模板支架被称为扣件式钢管高支撑架。模板高支撑架搭设时，除应遵守“二.模板支架的构造要求”相关规定外，还应遵守下列各项要求。1、模板支架的构造要求（1）、立柱构造及其平面布置设计要求1）、梁板模板高支撑架的立柱可视设计荷载情况采用单立杆或双立杆；2）、立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保其在两个方向（x，y）均具有足够的设计刚度；3）、采用双立杆时，一般应采用同一方向的双杆布置，以适应水平杆的设置要求；4）、当梁板荷载相差较大时，梁下和板下可采用不同的立杆间距，但只宜在一个方向变距，而另一个方向不变距，以确保水平杆件的连续设置要求。（2）、立杆步距的设计要求1）、当架体构造荷载（自重）在立杆不同高度段所引起的轴向力变化不大时，可采用等步距设置；当中部有加强层或支架很高、使其轴向力沿高度分布的变化较大时，可采用“下小上大”的变步距设，但步距的变化亦不宜过多（见图4-1）；2）、一般情况下，模板支架的步距以0.91.5m为宜，不宜超过1.5m。（3）、整体性构造
