扣件式钢管模板支架技术要点

null扣件式钢管模板支架设计计算要点 扣件式钢管模板支架设计计算要点 1 模板系统的荷载计算 2 水平杆件计算 3 立杆计算 4 连接扣件抗滑承载力计算 5 立杆地基承载力计算null1 模板系统的荷载计算 1.1 荷载类型 施工手册： 永久荷载：模板与支架自重、新浇筑混凝土自重及对模板侧面的压力、钢筋自重等。 可变荷载：施工人员及施工设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载、倾倒混凝土时产生的荷载、风荷载等。 浙江标准： 永久荷载：模板及支架自重、新浇混凝土自重、钢筋自重。 可变荷载：施工人员及施工设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载、风荷载。null 1.2 荷载标准值 (1)模板及支架自重标准值： 模板及支架自重标准值根据模板设计图纸确定。 施工手册：肋形楼板及无梁楼板的荷载，可参考下取值(kN/m2)。 浙江标准：无梁楼板及肋形楼板模板的自重标准值，可参照下表取值(kN/m2)。说明：支架自重标准值应根据模板支架布置确定。现行国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)未考虑模板支架自重荷载随着搭设高度的增加而带来的不利影响，在立杆计算(尤其是支架高度超过4ｍ时)增加模板支架的自重荷载，可以使荷载计算更符合实际情况。经测算，一般情况下支架自重按模板支架高度以0.15kN/m取值，可以反映这一影响。 null(2)新浇筑混凝土自重标准值 普通混凝土采用24kN/m3，其它混凝土根据实际重力密度确定。 (3)钢筋自重标准值 根据图纸确定。一般梁板结构每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值可取： 楼板――1.1kN/m3； 梁――1.5kN/m3 当采用型钢混凝土结构时，型钢重量应根据实际情况确定。null(4)施工人员及设备荷载标准值 施工手册： a.计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载取2.5kN/m2，另应以集中荷载2.5kN再进行验算，比较两者所得的弯矩值，取其较大者采用； b.计算直接支承小楞的构件时，均布活荷载取1.5 kN/m2； c.计算支架立柱及其它支承结构构件时，均布活荷载取1.0kN/m2； d.对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； e.混凝土堆集料高度超过100mm以上者，按实际高度计算。 浙江标准：按作用于水平模板面的均布荷载考虑，根据工程实际情况，统一按1kN/m2计算。 null(5)振捣混凝土时产生的荷载标准值 对水平面模板取2.0 kN/ m2；此外，施工手册：对垂直面模板取4.0 kN/ m2 (作用范围在新浇混凝土侧压力的有效压头高度之内)。 (6)风荷载标准值 施工手册：对风压较大地区及受风荷载作用易倾倒的模板，尚须考虑风荷载作用下的抗倾倒稳定性。风荷载标准值按《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定采用，其中基本风压除按不同地形调整外，可乘以0.8的临时结构调整系数。即风荷载标准值为: wk=0.8βzμsμzw0 浙江标准：作用在模板支架上的水平风荷载标准值，应按下列公式计算： wk=0.7μsμzw0 此外，对水平结构边梁，考虑到受到风荷载的直接作用，且还有如混凝土输送泵等水平力对模板支撑架的作用，确实会对模板支架的整体稳定性产生不利影响，浙江标准增加了对模板支撑架整体侧向的水平力作用，以水平结构边梁上风荷载的形式出现。 null对于整体侧向力计算可采用简化方法计算： (1)若风荷载沿模板支架横向作用，如右图所示，取整体模板支架的一排横向支架作为计算单元，作用在计算单元顶部模板上的水平力为： AF— 结构模板纵向挡风面积(mm2)； wk — 风荷载标准值(N/mm2)； La — 模板支架的纵向长度(mm)； la — 立杆纵距(mm)。 (2)若风荷载沿模板支架纵向作用，取整体模板支架的一排纵向支架作为计算单元，将上式和下式中的La、Lb互换，la换为lb。若模板支架双面敞开，则按模板支架周边长度的短向计算。 null风荷载引起的计算单元立杆附加轴力按线性分布确定，如下图所示。最大附加轴力N1的表达式为： F — 作用在计算单元顶部模板上的水平力(N)，按上式计算； H — 模板支架高度(mm)； Lb — 模板支架的横向长度(mm)。 m — 计算单元中附加轴力为压力的立杆数，按下式计算(n 为 计算单元立杆数)：验算点处立杆附加轴力Ni按最大轴力N1及线性分布图确定。 null 1.3 荷载组合 施工手册：计算模板及其支架时，按下表进行荷载组合。 浙江标准：设计模板支架的承重构件时，应根据使用过程中可能出现的荷载，取其最不利组合进行计算，荷载效应组合宜按下表采用。null1.4 荷载分项系数 施工手册：当按承载力极限状态计算面板及支撑承载力或稳定性时，取荷载设计值；当按正常使用极限状态验算受弯构件的变形时，取荷载标准值。 荷载分项系数按下表采用。 因模板结构属于临时性结构，设计钢模板及支架时，设计荷载值可乘以0.85予以折减；采用冷弯薄壁型钢时，设计荷载值不应折减；设计木模板及支架时，当木材含水率小于25％，设计荷载值可乘以0.90予以折减。 null浙江标准：计算构件的强度、稳定性时，应采用荷载效应基本组合的设计值。 永久荷载的分项系数：对由永久荷载效应控制的组合，取1.35；对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2； 可变荷载分项系数：取1.4。 说明：根据《建筑结构可靠度设计统一标准》规定：永久荷载的分项系数：当其效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；而对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35。对于模板支架而言，永久荷载效应一般起到控制作用，故取永久荷载分项系数为1.35。但对厚度不大于120mm楼板的模板支架，计算表明，可变荷载设计值大于永久荷载设计值，属由可变荷载效应控制的组合，此时，永久荷载分项系数可取1.2。 null2 水平构件计算－－抗弯、抗剪、挠度 典型的模板支架的传力路线为：荷重→底模→方木→横向水平杆→纵向水平杆→扣件→立杆。 底模、方木、横向和纵向水平杆(统称为模板支架水平构件)作为支撑体系中的受力构件，应对其抗弯和挠度进行计算。 计算横向、纵向水平杆的内力和挠度时，横向水平杆宜按简支梁计算；纵向水平杆宜按三跨连续梁计算。 null2.1 模板支架水平构件的抗弯强度计算 W－－截面模量（mm3）； fm－－抗弯强度设计值（N/mm2），根据构件材料确定； M－－弯矩设计值(N·mm) ： M = γGMGk + 1.4MQk γG －－永久荷载的分项系数：对由可变荷载效应控制的组合， 应取1.2；而对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35。 MGk－－模板自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的弯 矩总和； MQk －－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弯矩总和。 null2.2 水平构件中的底模、方木抗剪强度计算 τ－－剪应力（N/mm2）； Q －－剪力设计值（N）； b －－ 构件宽度（mm）； h －－构件高度（mm）； fV －－抗剪强度设计值（N/mm2），根据构件材料确定。null2.3 模板支架水平构件的挠度应符合下列规定 v≤ [v] [v]－－容许挠度，不应大于受弯构件计算跨度的1/150或10mm。(施工手册：结构表面外露的模板，为模板构件计算跨度的1/400；结构表面隐蔽的模板，为模板构件计算跨度的1/250) v －－ 计算挠度(mm)。 简支梁承受均布荷载时： 简支梁跨中承受集中荷载时： q －－均布荷载(N/mm)； P －－ 跨中集中荷载(N)； E －－ 弹性模量(N/mm2)； I －－ 截面惯性矩(mm4)； l －－梁的计算长度(mm)。 等跨连续梁的挠度:结构力学方法计算(浙江标准提供了附录B可查) null3 立杆计算 －－稳定性 （关键） 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2001)中“模板支架计算”一节规定按脚手架的稳定性公式计算： 不组合风荷载时： Ｎ／φＡ ≤f 　　 　　 组合风荷载时： Ｎ／φＡ + MW ／W≤f Ｎ－－计算立杆段的轴向力设计值: 不组合风荷载时： N=1.2（NG1k+NG2k）+1.4∑NQk 组合风荷载时: N=1.2（NG1k+NG2k）+0.85×1.4∑NQk NG1k－－ 脚手架结构自重标准值产生的轴向力; NG2k－－ 构配件自重标准值产生的轴向力； ∑NQk－－ 施工荷载标准值产生的轴向力总 和。 　　φ－－轴心受压构件的稳定系数，根据长细比λ按附录C表C取值，当λ> 250时: φ＝7320／ λ2； 　 λ――长细比，λ＝lｏ ／i ; 　 　 lo ―― 计算长度，按下式计算: lo= kμh k－－ 计算长度附加系数,其值取1.155； μ－－ 考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度 系数，应按规范表5.3.3采用; h －－ 立杆步距； i ―― 截面回转半径；null A －－ 立杆的截面面积； MW－－ 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩,按下式计算: Mw＝0.85×1.4Mwk＝(0.85×1.4 wk lah2)/10 Mwk－－风荷载标准值产生的弯矩； wk －－风荷载标准值； la －－立杆间距(纵距)。 W－－立杆截面模量； f－－钢材的抗压强度设计值。null分析： 1、现行国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)未考虑模板支架搭设高度对整体稳定性产生的不利影响，这是不够合理的。特别是对于高度大于4m 模板支架的稳定承载力应进行调降，增加高度调整系数KH ，以反映搭设高度对模板支架稳定承载力的影响。 2、对于连续浇筑的多层建筑，考虑到上层模板支架传下的荷载，应将立杆的轴力利用修正系数进行调整。根据现场实测，修正系数在1.05~1.10之间。考虑到其变异性、安全性和实际操作性，宜取修正系数为1.05。 3、现行国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)中，外脚手架的立杆计算长度采用l0 = kμh，模板支架的立杆计算长度则采用l0 = h+2a。通过理论分析，建议： 立杆计算长度按l0 = h+2a和l0 = kμh分别进行计算，并取两者的最大值。null浙江标准： 1.对单层模板支架，立杆的稳定性应按下列公式计算： 不组合风荷载时： Ｎut／φＡKH ≤f 　　 组合风荷载时： Ｎut／φＡKH + MW ／W≤f 2.对两层及两层以上模板支架，考虑叠合效应，立杆的稳定性应按下列公式计算： 不组合风荷载时： 1.05Ｎut／φＡKH ≤f 　 组合风荷载时： 1.05Ｎut／φＡKH + MW ／W≤f 当模板支架高度超过4m时，应采用高度调整系数KH对立杆的稳定承载力进行调降： KH＝1/[1+0.005(H-4)] (H为模板支架高度m) 计算立杆段的轴向力设计值Nut : 不组合风荷载时： Nut= γG ∑ NGk+1.4∑NQk 组合风荷载时: Nut= γG ∑ NGk+0.85×1.4∑NQk γG －－永久荷载的分项系数：对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；而对 由永久荷载效应控制的组合，应取1.35。 NGk －－ 模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向 力总和（N）； 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（N）。null4 连接扣件抗滑承载力计算 对单层模板支架，纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力应按下列公式计算(与JGJ130相同)： R≤Rc 对两层及两层以上模板支架，考虑叠合效应，纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力应按下列公式计算： 1.05R≤Rc R －－ 纵向、横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值（kN）； Rc －－扣件抗滑承载力设计值。 R≤8.0 kN时，可采用单扣件； 8.0kN12.0 kN时，应采用可调托座。null说明： 1、根据不同的扣件设计荷载，提出了采取不同的连接方式的规定。根据单扣件和双扣件的抗滑承载力，规定了单扣件和双扣件连接的适用范围；当两者均不适用时，建议采用可调托座，以保证荷载的安全传递。 3、根据试验及相关资料，当直角扣件的拧紧力矩达40~65Nm 时，单扣件在12kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8kN；双扣件在20kN荷载下会滑动，其抗滑承载力可取12kN。 4、当扣件抗滑承载力达不到要求时，不能简单地通过增加扣件数量来使其满足，而宜采用可调托座。可调托座能够使立杆直接承受大梁荷载，保证荷载的安全传递，防止扣件破坏引发事故。 2、模板支架的承载力在很多场合由支架顶部水平杆与立杆连接的抗滑承载力决定，此点有别于脚手架承载力往往由立杆稳定性主导的情况。模板支架设计时必须对扣件抗滑承载力进行验算。null5 立杆地基承载力计算 立杆基础底面的平均压力应满足下列公式的要求(采用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130)规定)： p  fa p －－ 立杆基础底面的平均压力(N/mm2)， p= N /A； N －－上部结构传至基础顶面的轴向力设计值(N)； A －－ 立杆的基础底面面积(mm2)； fa －－ 修正后的地基承载力特征值(N/mm2)： fa = kc·fak kc －－地基承载力调整系数，对碎石土、砂土、回填土应取0.4；对粘土应取0.5；对岩石、混凝土应取1.0。 fak －－ 地基承载力特征值(N/mm2)，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007）有关规定采用。 对搭设在楼面和地下室顶板上的模板支架，应验算楼面承载力。