大悬挑结构扣件式钢管脚手架支撑体系的设计及施工

大悬挑结构扣件式钢管脚手架支撑体系的设计及施工
江苏目前多以扣件式钢管脚手架作为模板支架，但由于项目经理、技术人员对超常规砼结构支模的重要性和严重性认识不足，对扣件式钢管排架支撑的承载力决定因素认识不足，导致了几例典型的模板支架倒塌事故，如南京电视台演播大厅屋盖模板支架整体倒塌、中国银行苏州分行综合业务楼共享空间屋盖模板支架整体倒塌等重大事故。

所幸的是国家已出台了相应的施工规范－《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，可供设计、施工参考。

参照规范并借鉴前人的经验编制了本施工方案，抛砖引玉，供大家参考。

二、搭设方案：
（一）搭设材料及尺寸：
本工程大悬挑结构的模板支架采用扣件式钢管脚手架，立杆支撑在一层地面和二、三层楼面上。

材料采用483.5钢管、可锻铸铁扣件、九合板模板、木枋斜楞，一架两用，即支撑结构和装修施工使用，但主要用于结构支撑。

考虑要利用悬挑部位原建筑外脚手架做为支撑的一部分，故取定立杆纵横间距为原外脚手架柱距的一半，均为700mm，水平杆纵横向间距为700mm，立杆步距取1500mm。

南侧支撑布置、北侧支撑基本相同。

（二）构造要求：
①立杆间连接宜采用对接扣件，为使接头按规范要求相互错开，底部
立杆间隔交叉采用6.0m、6.5m钢管，上部立杆采用4.5m、5.0m钢管。

②在支撑体系四边与中间每隔4排立杆从底到顶搭设竖向剪刀撑，纵向3道，横向7道。

③每层砼施工分两步进行，先浇筑框架柱，待其到一定强度后与支撑体系做刚性连接后再浇楼面砼，以增强支撑体系的整体稳定性。

④支撑体系与结构通过框架柱和预埋钢管作刚性连接，连墙件偏离主节点不大于0.3m，两部五跨，从底部第一步纵向水平杆开始设置。

南京十年一遇风压为0.25KN/m2，本模板支架为敞开式脚手架，仅局部设安全网，且每个连墙件覆盖面积30m2，故验算时可不考虑风荷载作用。

⑤在基坑回填土上支设立杆时，回填土必须分层夯实，其上做8㎝碎石垫层和8㎝厚C20的砼面层，立杆下设底座和50300mm木条。

且在离底座底30cm处设置纵横向扫地杆。

为防雨水浸泡地基，在支撑体系最外侧立杆外2.0m处设置一浅排水沟。

⑥每根立杆上相邻步距的大横杆交替设置于立杆的内外侧，以减小立杆的偏心荷载。

⑦整个体系设置3个加强层。

三、支撑稳定验算：
梁、板下支撑立杆纵横间距为0.7m，立杆步距为1500mm。

483.5钢管截面积A=489mm2，抗压强度设计值为：f＝205N/mm2，回转半径i＝15.8mm。

立杆长细比＝L0/I＝1500/15.8＝94.9。

立杆轴心受压时，据立杆长细比查《钢结构设计规范》得＝0.63。

故立杆轴心受压时的稳定承载力设计值为：F=fA=0.63205489=6.32 t。

（一）、板下支撑稳定验算：
1、设计荷载：
恒载模板以及钢管支撑自重：0.55 t/㎡
新浇砼重量：0.112.400=0.264 t/㎡
钢筋重量：0.110.250=0.0275 t/㎡
=0.842 t/㎡
活载施工人员及设备重量：0.10 t/㎡
泵送砼倾倒产生荷载：0.40 t/㎡
振捣产生的荷载：0.20 t/㎡
（现场施工情况复杂，为安全见，取三荷载之和）=0.70 t/㎡
设计荷载q=1.20.842+1.40.70=2.00 t/㎡
2、支撑验算：
①钢管支撑的稳定性计算：
作用在立杆上荷载为N＝2.000.72 =0.98t F= 6.32 t。

稳定性满足要求。

②钢管扣件抗滑验算：
当立杆长度与支模长度相差较小时，可在立杆顶加可调支托进行调高。

否则可用两只旋转扣件作钢管接长。

作用在立杆扣件上的荷载为N＝0.98t1.2t，故立杆双扣件搭接能满足抗滑要求。

（二）承受上层结构及支撑体系荷载的结构楼板的承载能力验算（以门厅屋面板为例）：
板厚：=11㎝双向板底筋：8@200 双向支座负筋：8@200
板底最大弯矩：Maz=0.0367ql2=0.03672.00102.42=4.23KNm
支座最大弯矩：Mao=－0.0784ql2=－0.078419.342.42=－9.03 KNm
板上下配筋均为8@200，As=As=251 mm2,砼已达设计强度C35,fcm=19.1MPa
ho=h-(c+d/2)=110-(15+8/2)=91mm，X=fy*As/(fc*b)=210251/19.11000=2.76mm
Mu=fc*b*X* (ho-x/2)=19.110002.76(91-2.76/2)=4.72 KNm＞Maz=4.23 KNm，板底配筋满足要求；Mu=4.72 KNm 9.03 KNm，板面负筋不能满足承载能力要求。

故该楼板下层必须增设支撑。

采用在上部支撑下原位重新顶上支撑，立杆顶部与砼面接触处用木方顶紧，底部与砼楼地面间设50300mm的垫木。

（三）F、A轴大梁梁下支撑稳定计算：
取受荷载较不利的大梁――F、A轴上九层楼面的连续梁计算，其截面3001000。

其最不利受荷是当其正上方第十层梁浇筑时，两层梁的恒载和施工活载传到支撑立杆上，其荷载计算如下。

1、设计荷载：
恒载模板自重：(0.3+21.0)0.05＝0.115 t/m
新浇砼重量：0.31.02.4=0.72 t/m
钢筋重量：0.30.20=0.06 t/m
g=0.895 t/m
活载施工人员及设备的荷载：(0.3+0.352)0.25＝0. 25 t/m
(考虑浇筑施工时梁两侧各0.35m宽板带传给梁的荷载)
设计荷载q=1.220.895+1.40. 25=2.498 t/m
(考虑十层梁浇筑时传给九层梁的恒载，恒载乘2)
2、支撑验算：
梁支模仍采用江苏目前最典型的支模方式钢管排架顶部水平钢管传力支模。

梁自重及施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至水平钢管，水平钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆。

这样立杆所受的力为偏心力，偏心距为e=53mm，偏心率＝M*A/(N*W)=e*A/W=53489/5000=5.1830，据立杆长细比、偏心率查《钢结构设计规范》得弯矩作用平面内稳定系数p=0.186。

故立杆偏心受压时的稳定承载力设计值为：Fp=p fA＝0.186205489＝1.89 t。

①钢管支撑的稳定性计算：
作用在立杆上荷载为N＝2.4980.7/3=0.583t Fp=1.89t。

稳定性满足要求。

②件抗滑验算：
作用在立杆扣件上的荷载为N＝0.583t 0.8t，故抗滑能满足要求。

鉴于结构的重要性，在直角扣件下在增设一个等扣件。

（四）檐沟边大梁梁底支撑稳定计算：
本结构九、十层悬挑结构设计为桁架结构，为满足设计要求，决定将斜梁施工缝留置在梁端2000m处；为减少支撑受荷，在梁内预留斜板钢筋，将梁板分开浇筑。

檐沟边大梁梁底支撑按整个支撑体系内立管间距700mm验算，确定其是否需要加密。

因檐沟处纵横梁节点处荷载较大，取其下一榀排架验算。

1、设计荷载：
恒载模板自重：[(0.25+20.6)+(0.62+0.432)+0.5]0.70.05
+(0.32+0.52)2.0/20.05 ＝0.220 t
新浇砼重量：[0.250.6+0.07(0.6+0.43)+0.50.11]0.72.4
+0.30.52.0/22.4 =0.826 t
钢筋重量(按砼重1/10计)：0.10.826=0.083 t
g=1.129 t
活载施工人员及设备的荷载：(0.6+0.25+0.5)0.250.7＝0.236 t
设计荷载q=1.21.129+1.40.236=1.685 t
2、支撑验算：
1）钢管支撑的稳定性计算：
顶部立杆杆底承受荷载N=1.685/2=0.843t Fp=1.89t，满足要求。

2）扣件抗滑验算：
作用在立杆扣件上荷载N＝1.685/2 =0.843t0.8t，单扣件抗滑不能满足要求。

考虑结构的重要性，将梁下支撑立管加密至@350，并在节点下排架及左右两榀排架采用双扣件抗滑，这样能满足要求。

四、其他主要技术与安全措施：
1、九、十、十一层悬挑结构设计为桁架结构，此处各层挑梁在支模时需待顶层(十一、十层)梁砼强度达到设计要求时方可拆模。

2、参加支撑体系搭设的作业人员必须是持证上岗的架子工，作业时戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。

对施工人员进行详细的技术、安全交底，施工中及时检查，对未按施工方案施工之处及时整改，浇筑前全面检查，确保万无一失。

3、剪刀撑、斜撑要随立杆、水平杆同步搭设，底层斜杆下端必须支撑
在垫板上。

施工中要经常校验立杆垂直度，全高垂直偏差不得大于架高的1/400，且不大于100mm。

4、加强对构配件的质量检查，不合格不准使用。

5、控制扣件螺栓扭力矩：采用扭力扳手，将扣件节点扭力矩控制在40～65Nm。

6、在支撑体系角杆上端设置避雷针，与整幢建筑物楼层内避雷系统连成整体。

7、在砼浇筑施工时，安排专人负责观察支撑有无异常响声、变形，发现异常情况立即通知现场施工人员撤离。

8、施工时要从建筑内侧向外侧平行浇筑，泵管尽量不要放到悬挑部位，施工人员不可在悬挑部位聚集太多。

在砼浇筑施工前要向施工人员就这些注意事项详细交底。

五、大悬挑结构施工排架支撑成功的技术管理经验：
本悬挑结构于2003年6月3日顺利浇筑完，浇筑中无异常情况，施工质量很好。

从本工程的排架支撑成功实施得到以下技术管理方面的启示。

1、大悬挑结构属于超常规砼结构，其支撑系统的方案设计至关重要，必须建立在较为精确的计算基础上，不能光靠经验解决。

2、大悬挑结构通过高密钢管支撑传给结构楼板的荷载往往超过其设计荷载，而这往往未能引起有关人员的注意。

本工程通过较精确的计算确定门厅楼板承载力不够，对其作了加强措施，在砼浇筑后检查门厅屋面板未发现新的裂缝。

3、支撑体系的施工至关重要，光靠计算不行，必须采取足够的构造措施来保证支撑的稳定性。

如支撑中设置剪刀撑及加强层、支撑四周与建筑物采取可靠连接等。

有了较完善的施工方案后，在支撑体系搭设过程中还必须加强中间检查。

砼浇筑前，技术人员特别是出方案者必须会同施工项目部和监理部共同对支撑体系进行彻底检查，并且有完整的验收记录，以明确各方的责任。

4、本悬挑结构在施工前，施工方、监理、业主都引起了重视，邀请了东南大学郭正兴教授等专家来工地对支撑方案进行现场论证，肯定了方案的可行性，并提出了一些宝贵的意见。

浇筑前按专家的意见进行了补充加固，确保了工程的质量和安全。