扣件式钢管模板支撑体系及管理研究

史云范

（牡丹江建工集团有限公司十四分公司，黑龙江 牡丹江157000）

1 研究背景与研究意义

模板支撑体系是混凝土结构施工过程的重要临时承载和传力结构，而扣件式钢管模板支撑体系是我国常用的模板支撑体系。但是，由于目前我国对扣件式钢管模板支撑体系研究的欠缺和其自身性能的不足导致混凝土工程建设失败，安全事故时有发生。

目前我国使用的模板支撑体系，大多数都是扣件式钢管模板支撑。因此扣件式模板支撑体系的设计计算和施工管理也就成为本论文的重要研究内容。为了能制止各类脚手架和模板支撑体系的坍塌事故的再度发生，就需要对模板工程进行详细的设计和合理的施工管理。本文主要是针对模板工程中存在的问题，对模板及其支撑体系分别进行设计。通过借鉴国内外的理论知识和实践经验，形成一套系统化、规范化的模板工程设计理论，从而为模板工程设计提供一个系统的理论依据，同时也为减少脚手架和模板支撑体系坍塌事故提供理论保证。

2 扣件式钢管模板支撑体系若干问题研究

在扣件式钢管模板工程中，脚手架、模板支撑倒塌事故的主要原因是材料问题、设计问题和施工应用问题。本章针对扣件式钢管模板支撑体系设计中存在的问题，从支撑体系的荷载计算取值、模板支架立杆计算长度和长细比、等方面，完善模板支撑体系的设计和施工管理。

2.1 荷载计算问题

在模板工程支撑体系中，当支撑架体搭设高度较低时，作用在架体上的风荷载、诱发荷载等水平荷载对架体稳定性影响不大。但是，随着架体的搭设高度变大，架体本身受到的风荷载的作用也会变大，水平荷载对支撑架体的影响也将加大，此时，输送混凝土的水平冲力和振捣混凝土产生的水平力对模板支撑体系支撑架体的内力影响就不能忽略了。因此，本文建议在有关模板支撑体系的设计计算所涉及到的荷载及其取值按以下规定执行：（1）模板及支撑自重的标准值；（2）新浇混凝土构件自重标准值：普通混凝土可取2525 kN/m3，对其他混凝土可根据实际的重度确定，钢筋应根据设计图纸确定，一般房屋建筑楼板为1.1kN/m3、梁为1.5kN/m3；（3）施工人员及设备荷载标准值：一般取均布荷载，房屋建筑为1.0kN/m2，高架桥梁1.5kN/m2；对有大型浇筑设备如上料平台、混凝土输送泵等按实际情况计算；（4）振捣混凝土时产生的垂直荷载标准值：取2.0kN/m2（水平模板）；（5）支撑安装偏差荷载的标准值：一般取1%的垂直永久荷载标准值，并且作用在支撑上端水平方向；（6）安全荷载标准值：考虑施工中的振动和冲击，不均匀荷载等未预见因素产生的水平荷载，一般取2.5%的垂直永久荷载标准值，并且作用在支撑上端水平方向；（7）诱发荷载。即输送混凝土泵管的水平冲力、混凝土震捣器的振动波等产生的水平荷载作用。“在上述荷载中，风荷载的作用面积应分为两部分：一部分是直接作用在支撑立杆所迎风面上，另一部分作用在面支撑的侧向模板面上，这部分风荷载按照上试计算后将其集中作用在支撑的上端来考虑。风荷载标准值计算公式一般参照《建筑结构荷载规范》

式中：μZ-风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定采用；μS-风荷载体型系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定采用；ω0-基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定采用。

2.2 模板支架立杆计算长度和长细比问题

2.2.1 扣件式钢管模板支撑体系立杆计算长度计算研究

在模板及其支撑体系的设计计算中，立杆计算长度的确定关系着设计和校核支撑立杆的强度和稳定性计算。我国《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）对模板支撑体系立杆计算长度的取为：

式中h-支架立杆步距；a-为立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度。

2.2.2 模板支架立杆长细比计算

为了避免计算临界压力，快速方便的判断受压杆件的稳定性，材料力学中引入了长细比的概念。长细比是综合反映压杆长度、约束条件、截面尺寸和形状对压杆分叉载荷的影响的量，用λ表示。由欧拉公式，定义长细比：（2-3）令细长杆的临界应力等于材料的比例极限，得到：

根据公式2-2即可求出不同材料的长细比极限值λP、λS，然后根据公式2-3求出实际长细比λ的数值，将其与长细比极限值λP、λS相比较，从而选择相应临界应力公式。当需要求出临界压力时，只要乘以截面面积A即可。

2.3 模板高支撑体系整体稳定性

评估方法：以地区统调负荷最高时点统计出重载率，与上一年线路重载率实绩值进行比对，对重载率提高的情况以及具体重载线路进行原因分析，提出解决建议和规划方案。

模板高支撑体系不仅要保证立杆和基础具有足够的强度和承载能力，还要求其具有良好的整体稳定性，以保证支撑体系在外荷载特别是水平荷载作用下不发生整体倾覆、侧翻等安全事故。模板高支撑体系由于搭设高度较大，其架体受到的水平荷载的影响要比一般支撑体系大。水平荷载是模板支撑系统受到的一种荷载作用，它在模板支撑体系的受力计算中处于一种很特殊的地位。一般的模板支撑体系在计算中，不会考虑水平荷载的作用，只有在一些特别的支撑体系中才会体现它的作用。模板支撑体系中的水平荷载作用包括以下几种：风荷载、倾倒混凝土时产生的荷载作用、振捣和浇筑混凝土时机械设备产生的水平力等。有时候，当浇筑路径不同时，也会产生水平荷载。这些水平荷载对模板支撑体系尤其是高支撑的影响是很重要的，因为当它们在总荷载中占有一定比例时，就可能会造成模板支撑体系的倾覆事故。

3 模板工程安全施工安全管理

模板工程的施工安全大致上包括以下4个方面的安全要求和保障：

3.1 模板及其支撑体系的安装安全

模板支撑体系作为混凝土结构工程的临时承载结构，在具体的施工中，在经过具体的方案设计和施工前期准备以后，就可以开始安装模板及其支撑体系。在模板及支架的安装过程中，可能会发生落物、碰撞、坠落以及模板、设备和支架因未固定牢固发生倾覆等事故。

3.2 模板与支撑体系的工作安全

模板及支撑体系是混凝土结构的临时承载结构，在混凝土浇筑过程中，承受着来自新浇混凝土自重、施工人员以及机械设备和其他荷载的作用。在这一阶段，模板可能会出现开模、走模、胀模和其他的明显变形从而影响构件的成型与承载力要求；模板支撑体系也可能会发生偏移、坍塌、倾倒、局部垮塌和其他破坏等，从而引发模板支撑体系安全事故。

在一些特殊混凝土结构工程中，有时往往会使用滑模、爬模和大型模板来提高施工速度和质量。当需要对模板进行爬升、提升和滑动，对大模板进行吊装时，施工时就要注意在此过程中不能发生卡阻、不同步、偏载、支架变形、模板粘连和指挥不当、失控等情况。

3.4 拆除模板及支架的安全

当完成混凝土浇筑并经过混凝土结构强化以后，就可以根据要求拆除模板及其支撑体系。模板及其支撑体系的拆除，也是事故常发阶段，原因是多样的。例如，过早拆除模板及其支架、拆除顺序不当、拆除时乱丢乱扔等。种种这些操作行为，都会给模板及支撑体系拆除工作埋下安全隐患。

5 结论

本论文以国家《混凝土结构工程施工规范》为研究背景，研究了模板及其支撑体系上的荷载作用，讨论了扣件式钢管模板支撑体系的立杆计算长度和长细比的确定。最后对扣件式钢管模板支撑体系的安全施工管理进行了论述。扣件式钢管模板支撑体系是一项很有发展前景的技术，希望这篇文章能够在广大同行内起到抛砖引玉的作用，为我国的建筑事业做出贡献。

[1]章雪峰.混凝土结构扣件式钢管模板高支模整体受力分析[D].杭州:浙江大学,2005.

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