【摘要】本文从模板及支撑系统的施工荷载计算、构造要求和检查验收三个方面进行探讨,提出了用Excel电子表格的计算方法,以确保高支撑模板施工经济合理、安全可靠。
【关键词】模板  支撑系统
模板工程是继洞口和临边、脚手架、塔吊、井字架与龙门架和基坑外,成为建筑工地的第六大杀手,尤其是高支撑模板体系更是事故不断。中华人民共和国建设部在2004年发布的《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》(建质[2004]213号)中明确规定,高大模板工程中,水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m,或跨度超过18m,施工总荷载大于10kN/m2,或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑系统,建筑施工企业要组织专家组对高大模板专项施工方案进行论证和审查;在实施过程中,施工企业要严格按专项施工方案组织施工。
1模板及支撑系统施工荷载计算
施工恒荷载设计值是验算模板支撑系统刚度的计算参数,施工荷载组合设计值是验算模板支撑系统强度和稳定性的参数,同时要特别注意针对不同的验算对象,采用相应的荷载组合形式。本文将在计算混凝土梁施工荷载时重点介绍采用Excel电子表格,自动生成施工荷载值,方便大家推广使用。
(1)计算对象明确
计算时一定要明确计算的对象以及荷载的传递路线,即荷载→模板→木方(小楞)→水平杆(大楞)→扣件→立杆→基础。现以小楞木方垂直于梁长方向的支撑系统来阐述(小楞平行梁长方向时计算对象有所改变)。模板验算实际上是计算支承模板的小楞间距,是通过对模板的容许应力求出木方的间距;对小楞的强度验算实际上是计算梁下的钢管排距;对大楞验算实际上是计算梁下钢管的纵距。当然,也可通过施工荷载组合后直接对小楞木方、大楞钢管和立杆钢管进行计算。
在此特别要强调和注意的是,在进行立杆钢管的稳定性验算时,由σ=N(/AΦ)≤[f]计算,其中立杆的计算长度有如下计算方式:
①L=h+2a;②L=k1uh;③L=k1 k2(h+2a)。其中公式①是国家规范给出的计算公式,本人认为该公式不太妥,建议使用后面两个公式。假如一个32m高的支架与一个3.2m高的支架的步距都是1.5m,a都是0.2m,那么用公式①计算将导致32m高的支模架与3.2m高的支模架的立杆计算长度相同,采用同样的钢管,则它们的长细比λ=L0/i必然相同,那么稳定系数Φ也必然相同。如果立杆承受的荷载相同的话,那么无论用公式Φ=N(/AΦ)≤[f],
还是用公式N/(AΦ)+Mw/W≤[f]进行验算,这两个支模架的立杆稳定性验算都将得到几乎完全相同的结果。这个结果导致令人难以理解和接受的结论:无论支模架是否与周边建筑物有连接,32m高支模架与3.2m高支模架的整体稳定是一样的。此外荷载的传递路线为荷载→模板→木方→水平杆→扣件→立杆。这样,模板支架立杆伸出顶层水平杆中心线这一段杆件根本不受力,它的长短与立杆的稳定性无关,除非是采用了顶托支撑方式,而现场实际好多工程的支模架L=h+2a变成事实上的L=h。有兴趣的同志可以对上述3个公式进行验算,可以看到公式②的计算结果是最保守的,公式①是最不安全的,也是本人不赞成的。
(2)施工荷载计算的依据
施工荷载的计算方法应该符合《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定。本文仅适应于木模板、钢管脚手排架、钢管顶撑、支撑托的模板支撑体系;采用泵送、预拌商品混凝土,机械振捣的施工工艺,并依据原《混凝土结构工程施工验收规范》GB-50204-92附录中的普通模板及其支架荷载的取值标准。
(3)模板支撑系统及其新浇钢筋混凝土自重的计算参数
模板及其支架的自重标准值应根据模板设计图确定,新浇混凝土自重标准值可以根据实际密度确定,钢筋自重标准值可根据设计图纸确定。
(4)施工人员及设备荷载的取值标准
施工荷载的取值标准根据不同的验算对象。对于大型设备如上料平台等的施工荷载,应根据实际情况计算,并在大型设备的布置点,采取有针对的加固措施。
(5)混凝土楼板的施工荷载计算
现浇混凝土楼板的施工荷载主要由新浇混凝土、钢筋、模板和支架的自重以及施工荷载组成,针对具体的验算对象,可以采用相应的荷载组合方式。本文以100mm厚的混凝土楼板为例,进行施工荷载组合计算,并依此类推得到不同厚度楼板的施工荷载组合设计值,用以方便查表。
(6)混凝土梁的施工荷载计算
施工荷载的计算、统计和组合,是模板支撑系统设计的基础工作,是保证经济合理、安全可靠和技术先进的关键数据之一。在本节重点介绍采用Excel电子表格对施工荷载进行计算,输入公式后,只需修改梁的截面,就可以生成施工荷载。现浇混凝土梁的施工荷载主要由新浇混凝土、钢筋、模板和支撑系统的自重以及振捣混凝土时产生的施工荷载组成,通过荷载组合,作为梁底板模板及支架的验算依据。现以300mm×600mm的梁为例,进行施工荷载组合设计值的计算。www.tmgc8.com
现介绍用Excel电子表格计算:在C3表格编写钢筋混凝土梁的计算公式=1.2×A3×B3×(24+1.5);同理可在D3表格编写梁底、侧模板计算公式=1.2×0.5×(A3+2×B3)和在E3表格编写振捣荷载计算公式=1.4×2×A3,在F3表格中编写求和公式=SUM(C3:E3)。只要在A3和B3表格内输入梁截面尺寸后,就可以在F3表格内得出300mm×600mm的施工荷载组合设计值。为了方便别人使用,可以同时在C2、D2、E2、F2表格中插入批注,以便了解该数据库的内容和使用方法。最后将A3～F3区域复制,然后在后续区域粘贴,只要修改A列和B列梁的参数,就可以得出该梁的施工荷载组合设计值。
(7)模板侧压力的计算
按照新浇混凝土对模板侧压力的两个计算公式进行复核,并取两者中的较小者。
F=0.22γ0β1β2 v0.5(1)
F=γH(2)
根据上述两个公式可以得出表6(在计算时考虑了倾倒混凝土时产生的荷载、振捣混凝土时产生的荷载和新浇混凝土对模板的侧压力三项组成,因为在采用预拌、泵送混凝土和机械振捣施工工艺时,在泵送混凝土的出料口,一边倾倒、一边振捣混凝土的情况是常见的,也是不可避免的施工过程),然后绘制成曲线图。通过对图表的分析(以高度6m为限,小于6m以高度公式计算,大于6m,则以浇筑速度公式计算),可以大大的简化计算过程。可以省略过去要通过两个计算公式相对比,然后再取较小值的复杂验算过程。
(8)支撑系统立杆对混凝土结构的局部受压承载力验算
依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,混凝土结构局部受压承载力设计值计算公式为FL≤1.35βcβLfc ALn式中符号请参考《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。通过验算,当混凝土强度等级为C20时,混凝土结构对立杆的局部受压承载力为44.988kN。结构的局部受压大于支撑系统立杆的承载力。
(9)支撑系统立杆对混凝土结构的楼面板受冲切承载力验算
依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,受冲切承载力的验算公式为:FL≤(0.7βh ft+0.15σpc,m)×ηUmh0。其中符号请参考《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。通过计算,当混凝土强度等级为C20、楼面板厚度为100mm时,FL=36.363kN,楼面板受冲切承载力大于支撑系统立杆的承载力;当混凝土结构楼面板厚度为80mm时,FL=24.04kN。所以当混凝土楼面板厚度小于100mm时,就要验算混凝土楼面板受冲切的承载力,且进一步加大安全管理方面的投入。
2模板支撑体系的构造要求
2.1模板专项施工方案中容易被忽略的构造要求
(1)施工荷载验算深度不够,实际操作时随意性大。为加大施工荷载验算深度,克服实际操作时的随意性,特制定的布置方案,供参考。
(2)立杆间距的设置不能保证水平横杆纵横贯通。在模板支撑系统设计时,首先按照水平构件尺寸进行荷载计算,而后分别确定立杆间距。当主、
次梁和板下立杆间距不统一、纵横不成行时,由于构造上的缺失,水平横杆不能完全贯通,架体的整体稳定性就相对受到削弱。若在方案设计时,将主、次梁下的立杆排距保持一致,依据荷载的大小,核定梁下每排立杆的根数和间距,而将板下的立杆纵横向间距,取为梁下的整数倍时,水平横杆就能完全贯通了,经济合理的构造措施,将有效的提高架体的整体稳定性。
(3)边梁下的模板支撑系统缺少有针对性的节点详图。高层建筑四周边框架梁下的模板支持系统,其外边缘常为临空面,如果在方案设计时未能充分重视,施工时操作工人就会将支撑杆件联接到外脚手架上,给外脚手架和模板支撑系统带来一定的安全隐患,这是专项方案中常见的构造盲点之一。
(4)连墙杆的设置方式与结构特点不符,缺少可操作性。“排架支持系统每二步三跨设置连墙杆,与先前浇筑的混凝土柱、剪力墙做可靠连接”。但多数工程的某一面或几个面就根本没有剪力墙,若方案中没有根据工程特点,有针对性的、具体规定连墙杆的连接部位和连接措施,可靠二字就难以得到落实。
(5)忽略了后浇带的结构特点,影响了主体结构安全和施工质量。在编制高支模专项施工方案时,应综合考虑后浇带的结构特点,在后浇带处设置独立的支撑带,且强调在补浇混凝土时不得松动该处的支撑系统;在连续施工时,上下层的立杆还要逐一对应设置。
(6)未能针对反梁结构特点,强调该处支撑系统的布置方式和检查要求。在架设梁板支撑系统和检查验收时,该部位易被认为是板,而在绑扎钢筋和浇筑混凝土时,操作人员无法直接看到梁下的支撑布置情况。
(7)顶部支撑点的设计。最好在立杆顶部设置支托板,其距离支架层顶横杆的高度不宜≥400mm;顶部支撑点位于顶层横杆时,应靠近立杆,且不宜≥200mm。支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算,当设计荷载≤12kN时可用双扣件;大于12kN时运用顶托方式。www.tmgc8.com
2.2施工过程中应注意的构造要求
(1)支撑架搭设的要求
①严格按照设计尺寸搭设,立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置;
②确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于扣件架规范的要求;
③确保扣件和钢管的质量符合扣件架规范要求;
④地基(结构层)支座的设计要满足承载力要求。
(2)整体性构造层
①当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时,需设置整体性单向或双向水平加强层;
②单向水平加强层可以每4～6m沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑,且须与立杆连接,设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3;
③双向水平加强层在支撑的顶部和中部每隔10～15m设置,四周和中部10～15m设竖向斜杆,使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层;
④在任何情况下,高支撑架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层。
(3)剪刀撑的设置
满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆,在支模架垂直面的纵向、横向均应设置剪刀撑,且由底至顶连续设置。
3检查验收
构造要求是保证模板及支撑体系安全稳定的重要措施之一,对模板支撑系统的构造措施,若不强化检查验收、落实整改到位、心存侥幸,这将是建筑工地的一大杀手。
(1)检查验收的程序
安全技术交底→班组自检、互检→专业工长过程控制→项目部检查、整改,技术、安全部门联合检查验收→监理验收确认→进行下道工序。
(2)检查验收的主要内容

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