浅析建筑工程高支撑架体施工与安全管理

吴子均 王炜进

摘要：下文主要结合南京艺术学院演艺教学大楼工程高支撑架的设计方案，对其构造措施及高支撑架体搭设施工与安全管理进行了阐述和分析，供同行参考。

关键词：建筑工程；高支模；施工与安全管理

Abstract: in this paper, with the art institute teaching building of nanjing performing arts project high supporting frame, the design of the structural measures and high support stands body set and the safety management of construction is discussed and analyzed, refers for the colleague.

Keywords: building engineering; High mode; Construction and safety management

中图分类号：P624.8文献标识码：A 文章编号：

前 言

鉴于目前国内现有施工技术水平和现状，对于房屋建筑工程砼结构支模采用传统钢管脚手架作为模板主要支撑体系应用还是相当普遍，钢管脚手架支撑体系失稳尤其是高度大于8m的高支模架体坍塌安全事故各地仍时有发生。以下结合工程实际就高支撑架的设计、施工及安全管理中的注意事项进行论述，供同行们在实际施工过程中进行参考。

南京艺术学院演艺教学大楼工程，本工程框架结构，地下1层，地上12层，总建筑面积为43062m2。由于本工程其使用功能的特殊性，使得本工程钢筋砼框架结构变得复杂，梁断面较大，且超高支模比较多，同一层内层高多种，有多处跃空层，局部有夹层。支模高度为4.2m、5.4m、8.4m、9.1m、22.6m、29.2m不等，梁断面有400×1200、400×1500、500×1400、600×1800、800×1100等，板厚有120mm、150mm不等。

一、高支撑架体搭设的构造要求及措施

1、支撑排架的立杆、纵向水平杆、横向水平杆、剪刀撑、扣件、立杆底部垫板和立杆顶托等便于取材的钢管扣件式支撑体系，多层板模板均须符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》要求。

2、钢管：采用φ48×3.0脚手管，弯曲变形、锈蚀钢管不得使用。

3、扣件：可锻铸件制作，材质符合GB15831《钢管脚手架扣件》的规定，分直角扣件、旋转扣件、对接扣件。

4、方木：50㎜×100㎜，有腐烂或变形弯曲的，不得使用。

5、最大截面600mm×1800mm的梁支撑布置暂按以下尺寸设置：立杆的横距(跨度方向)L=0.45m，步距h=1.50m，同时梁底增加2道承重立杆。

6、立杆接长必须全部采用对接扣件连接，两根相邻的接头不得设置在同步内，同步内隔一根立杆的两个相隔接头应错开500mm，同一平面接头总数不大于1/3。

7、梁与梁之间立杆利用纵横水平横杆连接，梁支撑立杆并每隔4排布置连续垂直剪刀撑，每3步设置连续水平剪刀撑，且必须与立杆相连。

8、在高支撑架体四周所有有条件的部位，增加与主体结构的锚固点，架体与主体结构必须采用拉、顶、吊的综合连接措施。水平模板系统与已施工好的柱可靠连接(硬拉结)，每根柱不少于三道(柱上、中及柱底)，硬拉结宜靠近或在水平杆与立杆节点处

9、纵横方向都必须设置扫地杆、水平杆，扫地杆离结构面150～200mm。

10、允许偏差：立杆垂直偏差不得大于架高的1/300，且控制在50mm内；同一步距的水平杆高低差不得超过60mm。

11、由于高支撑的钢管自重较大，再加上部混凝土结构自重及施工动载，将造成一层梁板结构承担荷载过大，可能导致一层梁板结构破坏。本工程拟对一层顶承载高支撑部分混凝土梁增加支撑，在距梁边300mm处增加两排平行于梁方向的支撑，钢管间距为800mm。

二、高支撐架体方案设计

以梁断面600*1800大梁，模板支架搭设高度按34m，梁底模、梁支撑体系计算为例：

基本尺寸为：梁截面B×D=600mm×1800mm，梁支撑立杆的横距(跨度方向)L=0.45米，立杆的步距h=1.50米，梁底增加2道承重立杆。计算中考虑梁两侧部分楼板混凝土荷载以集中力方式向下传递。集中力大小为F=1.2×25.000×0.150×0.300×0.450=0.608kN。

1．荷载的计算：

(1)、钢筋混凝土梁自重(kN/m)：q1=25.000×1.800×0.450=20.250kN/m

(2)、模板的自重线荷载(kN/m)：q2=0.350×0.450×(2×1.800+0.600)/0.600=1.103kN/m

(3)、活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：

P1=(1.000+2.000)×0.600×0.450=0.810kN。

均布荷载q=1.2×20.250+1.2×1.103=25.624kN/m

集中荷载P=1.4×0.810=1.134kN。面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：W=45.00×1.80×1.80/6=24.30cm3；

I=45.00×1.80×1.80×1.80/12=21.87cm4；

计算简图

弯矩图(kN.m)

剪力图(kN)

变形图(mm)

经过计算得到从左到右各支座力分别为：N1=1.965Kn、N2=6.289kN、N3=6.289kN、N4=1.965kN

抗弯强度、抗剪强度、挠度计算略

2．梁底支撑木方的计算

按照三跨连续梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下：

均布荷载q=6.289/0.450=13.976kN/m

最大弯矩M=0.1ql2=0.1×13.98×0.45×0.45=0.283kN.m

最大剪力Q=0.6×0.450×13.976=3.774kN

最大支座力N=1.1×0.450×13.976=6.918kN

木方的截面力学参数为

本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

W=5.00×10.00×10.00/6=83.33cm3；

I=5.00×10.00×10.00×10.00/12=416.67cm4；

木方抗弯强度、抗剪强度、挠度计算略

3．梁底横向支撑钢管计算（梁底纵向钢管只起构造作用，无需计算）

横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。集中荷载P取木方支撑传递力。

支撑钢管计算简图

支撑钢管弯矩图(kN.m)

支撑钢管变形图(mm)

支撑钢管剪力图(kN)

经过连续梁的计算得到：最大弯矩Mmax=0.203kN.m，最大变形vmax=0.178mm，

最大支座力Qmax=8.072kN

抗弯计算强度f=0.203×106/4491.0=45.28N/mm2

支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求!

支撑钢管的最大挠度小于500.0/150与10mm,满足要求!

4．扣件抗滑移的计算

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5)：R≤Rc，其中Rc——扣件抗滑承载力设计值,取8.0kN；

R——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

计算中R取最大支座反力，R=8.07kN

单扣件抗滑承载力的设计计算不满足要求,可以考虑采用双扣件!

当直角扣件的拧紧力矩达40--65N.m时,试验表明：单扣件在12kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取8.0kN；

双扣件在20kN的荷载下会滑动,其抗滑承载力可取12.0kN。

5．立杆的稳定性计算

立杆的稳定性计算公式

其中N——立杆的轴心压力设计值，它包括：横杆的最大支座反力N1=8.07kN(已经包括组合系数1.4)，脚手架钢管的自重N2=1.2×0.129×34.000=5.267kN，N=8.072+5.267=13.339kN

——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i查表得到；i——计算立杆的截面回转半径，i=1.60(cm)；A——立杆净截面面积，A=4.24(cm2) ；W——立杆净截面抵抗矩，W=4.49(cm3)；

——钢管立杆抗压强度计算值(N/mm2)；[f]——钢管立杆抗压强度设计值，[f]=205.00N/mm2；L0——计算长度(m)；

如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式(1)或(2)计算

L0=k1uh(1)

L0=(h+2a)(2)

k1——计算长度附加系数，按照表1取值为1.185；

u——计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u=1.70

a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.20m；

公式(1)的计算结果：=156.56N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!

公式(2)的计算结果：=68.71N/mm2，立杆的稳定性计算<[f],满足要求!

三、高支撑架体搭设施工与安全管理

1．搭设施工顺序

立杆定位放线→铺设底座(垫板)→放置立杆→放置扫地杆→第一步纵向水平杆→第一步横向水平杆→如此重复往上→设置剪刀撑→放置顶插、方木和模板→检查、验收。

前面所述脚手架设计为代表性的，脚手架支撑系统搭设时应根据图纸尺寸和支撑架设计方案，先搭设梁两侧立杆，按照梁间距离均分设置板底支撑钢管间距，距离不大于原设计间距。

荷载传递路径：施工荷载、混凝土和模板自重；钢管立杆顶部方木；钢管立杆；立杆底座(垫板)；混凝土楼板。

2．搭设方法及注意事项

(1)钢管的规格、间距、扣件质量应符合规范要求。每根立柱底部设置50mm厚通长垫板或16号槽钢。

(2)搭设过程中确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《建筑施工钢管扣件式脚手架安全技术规范》的要求。

(3)立杆支撑必须竖直(保证立杆轴心承载)，禁止使用扭曲锈蚀的立杆，应采用对接扣件连接，禁止错接。立杆承载要贯通，禁止出现立杆传载到横杆，横杆再传递到立杆的情况(保证受力明确)。

(4)支撑必须保证横平竖直，成排成列，以保证横杆与每一根立杆能够用扣件连接。阴阳角采用木坊进行定位，以保证线条平顺及防止出现胀模现场发生。

（5）层高超高梁板模板下的水平杆双向拉通，沿主框架梁各布置一道剪刀撑，在相邻框架梁轴线间的中间各设一道竖向剪刀撑。

（6）剪刀撑(或斜撑)杆件与地面倾角在45°～60°之间，剪刀撑斜杆接长采用搭接，搭接长度不小于1m，并应采用2个旋转扣件分别在离杆端不小于100mm处进行固定。

（7）掃地杆、水平拉杆及剪刀撑(或斜撑)斜杆要用旋转扣件固定在与之相交的立杆上。

(8)顶托支座位置采用两根木枋并排传递承载的方式。顶托支撑插入长度以保证顶托支撑稳定及不发生偏移为原则，一般以伸出长度不超过200mm。采用顶托支承的模架，支托底板至支架顶层横杆的高度不宜>0·3m。梁底增加立杆采用扣件连接时必须采用双扣件。

（9）模板支撑系统区域立杆纵横布置时，可根据实际情况调整，但梁纵向(梁轴线方向)、梁底模横向(梁宽方向)及板下立杆间距均只能缩小而不得随意扩大。边支撑立杆与柱(墙)面间距不应大于300mm。

（10）如立杆基础不在同一高度上时，高处的扫地杆向低处延长不少于2跨与低处立杆固定。

（11）立杆接长严禁搭接，必须采用对接扣件连接。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邻接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm；各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。

3．支撑脚体的安全管理

（1）钢管应选用现行国家标准《直缝电焊钢管》（GBT13793）中3号普通钢管，其质量应符合国家标准《碳素结构钢》（GBT700）中Q235-A级钢的规定。钢管尺寸采用φ48×3.0mm，弯曲变形、锈蚀或者已被穿孔的钢管不得使用。扣件应采用可锻铸铁制作的扣件，其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）的规定，当螺栓扭紧力矩达65N·m时，不得发生破坏，并在施工时对所使用扣件进行外观检查，外观有缺陷的扣件必须剔除。

（2）坚持支撑架体方案评审制度。高支模脚手架方案必须由专业技术人员编制、审核，审核后再对方案请这方面专家进行论证评审，论证评审通过的方案才能作为施工依据。

（3）加强模板及其支撑体系验收，确保架体稳定。对支撑架体搭设完成的脚手架必须组织自检，自检合格后提交监理和业主验收，验收应有总监理工程师及项目技术负责人参加，验收合格并签字确认后才能进行砼浇筑。

（4）施工完成的层高超高梁、板模板支撑体系应与周边已完成的砼结构硬拉结，确保支撑脚体稳定。水平模板系统与已施工好的柱可靠连接(硬拉结)，每根柱不少于三道(柱上、中及柱底)，硬拉结宜靠近或在水平杆与立杆节点处，。

（5）对于层高超高部位，在梁板砼浇筑前先行对范围内的框架柱提前半天浇筑，在完成柱砼浇筑后方可进行梁、板混凝土浇筑，浇筑过程中严禁砼输送泵在高支撑架体上借力。

（6）浇筑混凝土过程中，尽量减少混凝土输送泵的动荷载可能对架体局部受力集中，而导致局部失稳，控制堆载量为不超过2KN/㎡，浇筑混凝土应连续进行。

（7）砼浇筑过程中，项目负责人、安全管理及施工管理人员应坚持现场值班制度，对支撑体系应安排专人对架体进行检测，对重要部位应在架体抗滑扣件上设明显标记，通过观察或水平仪器测量来判断扣件有无滑动。如发现松动和变形立即停止作业，并及时通知项目负责人启动应急预案。

四、总结

以上论述是我们在本工程上的一些具体做法，供与同行们进行施工交流和探讨，目的是要提请同行们对高支模施工要在思想上提高认识，实际中各个环节加以重视认真去做，只有这样可能才会给我们带来经济效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。