漳泽水库溢洪道启闭机房满堂模板脚手架设计

苗素兰

在工业与民用建筑工程施工中，很多采用现浇钢筋混凝土结构。而扣件式钢管模板支架是混凝土结构工程施工中非常重要的临时设施，扣件式钢管脚手架搭设满堂架，施工方法简便，钢管与外脚手架通用，可降低成本，得到广泛应用。钢管模板支架经过设计计算并合理搭设，可保证其安全性。但是，如果施工企业疏于管理，施工方案未经仔细设计计算，选用钢管与扣件材质不合格、搭设构造不符合施工规范和设计要求，就有可能发生整体坍塌等重大伤亡事故。

1 工程概况

漳泽水库溢洪道始建于1960年，位于坝东端(0+077)m处，为开敞式，溢洪道总长362 m，由四孔(10×6.3)m弧形钢闸门控制，最大泄量每秒1 350 m3。为提高水库防洪标准，对其进行改建，进口闸室由开敞式改为胸墙式，门孔由4孔(10×6.3)m改为(9.2 ×6.6)m，堰顶加厚0.4 m，闸墩加高5 m，加厚(0.4 ×2)m，闸前重做钢筋混凝土铺盖23 m，重做整体现浇梁板式工作桥，重做框架仿古式启闭机房。工程改建后防洪标准达百年一遇洪水设计，两千年一遇洪水校核，溢洪道最大泄量达每秒2 100 m3。

溢洪道闸门启闭机房座在四孔闸墩上，设计采用钢筋混凝土框架结构，大梁截面尺寸为(1.2×0.4)m，板厚为 0.15 m，长46.8 m，宽7.8 m，高8 m，启闭机房底板距溢洪道底板为17 m。根据现场条件施工单位采用扣件式钢管脚手架作为机房底板模板支撑。

2 满堂模板脚手架初步设计

根据设计溢洪道启闭机房底板混凝土厚度为150 mm，主梁截面尺寸为400 mm×1 200 mm。根据以往经验及脚手架搭设的一般规定，选用扣件式钢管模板支架。梁和板等水平混凝土构件的自重和施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至支架的水平钢管，水平钢管又通过与立杆的扣件将荷载传至立杆，因此用扣件式钢管脚手架作支模架时其承载力主要由支架顶部水平钢管与立杆的扣件抗滑力决定。初步确定板下模架立柱间距为1 000 mm×1 000 mm，梁下横向用两根立柱抬一根梁，纵、横向间距初步确定为500 mm×800 mm，脚手架步距为1.8 m。

本模板支架支撑在溢洪道底板弧形堰上，但弧形堰的基础经过夯实并浇筑混凝土，底板基础很容易满足支模施工和使用要求，因此，本设计对基础承载不再考虑。

具体施工时除满足规范要求外，还需根据溢洪道的实际情况按下列构造要求搭设:

1)模架底部必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距地面不大于200 mm处的立杆上。横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。设置纵、横向扫地杆可大大地提高脚手架的承载力。2)因溢洪道底板闸室布有一弧形堰，模架立杆基础不在同一高度上，要将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定。3)立杆接长除顶层顶步可采用搭接外，其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。立杆上的对接扣件应交错布置:两根相邻立杆的接头不应设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500 mm;各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。4)溢洪道满堂模架立柱在外侧周围由下至上设竖向连续式剪刀撑，满堂模板支架中间每隔四排支架立杆设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置，其宽度为4 m。立杆从顶层开始向下每隔两步设置一道水平剪刀撑，并在剪刀撑部位的顶部、扫地杆处必须设置水平剪刀撑。剪刀撑斜杆的接长，采用搭接，搭接长不小于1 m且采用不小于两个旋转扣件固接。设置剪刀撑有利于支架的整体稳定。

3 安全稳定验算，调整初步设计

3.1 计算荷载的确定

作用于脚手架的荷载可分为永久荷载(恒荷载)与可变荷载(活荷载)。永久荷载(恒荷载)包括脚手架结构自重(立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、横向斜撑和扣件等自重)、构、配件自重(脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施的自重)。可变荷载(活荷载)包括施工荷载(作业层上的人员、器具和材料的自重)、风荷载。荷载标准值根据规范选用。根据规范本工程验算脚手架立杆稳定性时，可不考虑风荷载作用。

其中，NG1k为脚手架结构自重标准值产生的轴向力;NG2k为构配件自重标准值产生的轴向力;∑NQk为施工荷载标准值产生的轴向力总和。

3.2 板下模架扣件承载力计算

因模板是通过楞木搁置在水平钢管上，水平钢管通过直角扣件把力传给立柱，则厚度为15 cm的钢筋混凝土楼板传给水平钢管的施工荷载为:

混凝土重:0.15 ×24 ×1.2=4.32 kN/m2;

钢筋重:1.1 ×1.2=1.32 kN/m2;

模板重:0.3 ×1.2=0.36 kN/m2;

施工人员与设备重:1.5 ×1.4=2.10 kN/m2;

合计:q=8.1 kN/m2。

按照JGJ 130建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范规定:一个直角扣件、旋转扣件(抗滑)的承载力设计值为8.0 kN。由以上计算可知，当立柱纵、横双向间距均为1 m时，则一个扣件承受外力为8.1 kN，大于允许值8.0 kN，不能满足要求，应缩小立柱间距，改为 0.9 m。则一个扣件反力为 0.9×0.9×8.1=6.56 kN，小于允许值8.0 kN，满足要求。

3.3 梁下支承钢管连接扣件计算

直接支承混凝土梁的水平短钢管所承受外荷载:

钢筋混凝土梁自重:0.4 ×1.2 ×25.5 ×1.2=14.688 kN/m;

梁底模和侧模重:[0.4+2 ×(1.2 －0.12)］×0.3×1.2=0.922 kN/m;

混凝土振捣荷载:2 ×1.4 ×0.4=1.12 kN/m。

梁下水平钢管的支座反力为:

混凝土自重:R1=14.688 ×0.5/2=3.672 kN;

模板重:R2=0.922 ×0.5/2=0.231 kN;

振捣荷载:R3=1.12 ×0.5/2=0.28 kN;

合计:R=4.18 kN＜8 kN，即一个扣件承载力安全。

3.4 梁下水平钢管强度计算

按简支梁计算:

跨中弯矩 M=4.183 ×0.2=0.836 6 kN·m。

弯曲应力 f=0.836 6 ×106/(5.08 ×106)=164.7 N/mm2＜205 N/mm2，满足要求。

3.5 模架立柱强度计算

1)立柱所承受荷载:根据设计模架高17 m，步距为1.8 m，共10步。

脚手架立柱:15 ×0.038 4 ×1.2=0.691 kN;脚手架水平杆:[(9+1) ×2+3 ×3］×0.038 4 ×1.2=1.336 kN;脚手架剪刀撑:(1.8×1.41×4+1×1.41×5×2) ×0.038 4×1.2=1.118 kN;

脚手架扣件:[10×2+15/4+15×1.41×2×2/(5×4)+15×1.41 ×2/(5 ×2.5)］×0.014 6 ×1.2=0.549 kN。

脚手板(3层):1×1×3×0.1×1.2=0.36 kN。

施工荷载(一层):1×1×2×1.4=2.8 kN。

脚手架荷载:6.854 kN。

板传来荷载:0.8 ×1×7.236=5.79 kN。梁传来荷载:4.183 kN。

共计:梁侧面一根立柱底部最大轴向压力:

2)立柱稳定性计算。

立柱步距1.8 m，其计算长度l0，参照脚手架立柱取用:

总的允许轴向承载压力设计值[N］1=0.185×205×489=18.55 kN，大于实有轴向力 N=16.827 kN，可以。

由以上计算可知，板下模架立柱间距确定为900 mm×900 mm，梁下模架立柱纵向间距确定为500 mm、横向间距确定为800 mm，脚手架步距确定为1.8 m，满足安全稳定要求。

总之，扣件式钢管模板支架是混凝土结构工程施工中非常重要的临时设施，它既可使工程顺利施工又直接影响工程质量、进度、效率、安全等。

影响满堂模架的整体稳定的因素是多方面的，文章只是从设计计算各方面进行了分析，施工中任一环节不到位，不符合设计要求，都是致命的安全问题。而且，如果只有完善的设计与施工方案，现场没有认真的技术交底，施工人员不按设计要求去实施，同样也会发生事故。满堂模架在架设、拆卸过程中都必须指定专人对模板与脚手架工程施工认真监督，严格检查，要确保每一环节都通过验收，以减少安全事故的发生。

[1]杜荣军.建筑施工脚手架实用手册[M］.北京:中国建筑工业出版社，1994.

[2]JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技术规范[S］.