扣件式脚手架支撑系统的设计

钢筋混凝土结构的施工，最可靠的安全保证是模板及其支撑要具有足够的承载力、刚度和稳定性。多、高层建筑的地下室及群楼用作公共活动场所日趋普遍。由于消防、空调安装、吊顶或建筑物造型的需要，其层高经常超过4.5m，有的局部达到8~10m。因此，其施工的难度增大，为确保安全，必须进行高支撑模板系统的设计计算。而用作支撑的，最常用的是门式脚手架、&4833.5mm钢管架。不论选用何种支撑工具都要首先选择支撑的计算单元模型，确定排布形式和间距。一般对于较大的荷载，多采用钢管支撑。下面以本人参与施工的广州摩托集团商住楼高支撑方案为例。
    一、工程概况：
    本工程地下室一层，层高5m，顶板厚200mm。主梁截面尺寸为4003900，次梁截面尺寸为4003700，3503700，4003600，3503600。其荷载和高度都较大。此层的支模方案就要考虑计算，以确定在大荷载、高净空下合理安全地布置支撑系统，确保其承载力和稳定性满足要求。
    二、荷载说明：
    a.新浇筑的混凝土重量：25KN/m3
    b.木模板自重：0.5KN/m3
    c.钢筋用量：1.5KN/m3(每m3混凝土的钢筋用量)
    d.施工设备人员的荷载：1.5KN/㎡
    三、材料说明：
    支撑系统包括立柱和水平拉杆都采用&4833.5mm钢管，重量为3.33kg/m,相对其它荷载可忽略不考虑。模板采用胶合板，其中梁底模板及转换层模板用25mm厚，梁侧模板及-1层顶板钢管。用20mm厚。梁模板下的小楞采用1003100mm松木枋，大楞采用&4833.5mm钢管。&4833.5mm钢管的截面积A=489mm2,设计抗压抗弯强度f=205N/mm2,抗剪强度fv=125N/mm2,弹性模量E=2.13105 N/ mm2，惯性矩I=12.193104。
    四、模板支撑系统的设计及验算：
    地下室（-1层）顶板高支撑的设计及验算：
    1、当浇筑顶板混凝土时，梁的钢管支撑间距初设为800mm一道（梁两侧各设一支钢管），则取主梁进行验算，荷载q梁及楼板的荷载q板分别为：
    q梁=1.23(a+b+c)+1.43d
    =1.23(0.50+0.430.9325+0.430.931.50)+1.431.5
    =14.14 kN/m
    q板=1.23(a+b+c)+1.43d
    =1.23(0.50+0.2325+0.231.50)+1.431.5
    =9.06 kN/m2
    2、梁模支撑每支钢管得受力P梁及楼板模板支撑每支钢管的P板分别为：
    P梁=q梁3D/2=14.1430.8/2=5.66 kN
    P板=q板3D2=9.06kN/m231.22=13.05kN
    则Pmax= P板=13.05 kN
    3、强度（承载力）验算：
    s=Pmax/A=13.053103/489=26.69N/mm2
    mf=0.753205=153.75N/mm2
    s     4、稳定性验算：
    由于楼板的支撑钢管受的压力及高度都较大，故取其计算。又因为楼板的支撑系统为满堂红钢管脚手架，其横向及纵向刚度基本相同，固只要满足其局部稳定性，其整体稳定性也必满足要求。
    其计算数据查得为：
    E=2.13105
    i=15.78mm       A=4.893102mm2
    l=mL/i=1/334.83103/15.78=101.39
    由欧拉公式得s=p2E/l2=3.14232.13105/101.392=201.4N/mm2
    根据《高层建筑施工手册》，其局部稳定公式为：
    N= A /K2﹛〔fy+(1+h)s〕/2-﹛﹛〔fy+(1+h)s〕/2﹜2- fys﹜1/2﹜
    N----立柱的设计荷载        K2----附加系数，取K2=2
    A----单根钢管的截面面积  fy----钢管立柱设计强度取170N/mm2
    h=0.3(mL/100i)2=0.33(1/334.831033/100315.78)2=0.308
    则N=244.53(216.72 –112.83 )
    =25.4KN
    P板￠N  (满足要求)
    五、梁模板大楞及小楞的验算：
    （一）小楞的验算：（10310松木枋）
    q= q梁30.8/0.4=14.1432=28.28KN/m=28.28N/mm
    1、抗弯验算：
    M=1/8qa（2l-a）=1/8328.2834003（23800-400）=1.6973106N/mm
    s=M/w=1.6973106/（1/6310031002）
    =10.1823 N/mm2￠f=13 N/mm2
    1、抗剪验算：
    t=3v/2bh=33qa/2bh=3qa/4bh=3328.283400/（431003100）
    =0.848 N/mm2￠fv=1.4 N/mm2
    符合要求。
    2、挠度验算：将q简化为集中荷载P
    P=qa=28.283400=11.313103N
    w=PL3/48EI=11.31310338003/（4839000/12310031003）=1.61mm
    [w]=L250=800/250=3.2mm
    w<[w]，符合要求。
    （二）大楞的验算（大楞采用&4833.5mm）：
    p=1/2qa=1/2328.283400=5.6563103N
    1、抗弯验算：
    Mmax=KmPL=0.16935.65631033800=7.653105N/mm2
    s=M/w=7.653105/5.083103
    =150.59N/mm2     符合要求。
    2、抗剪切验算：
    t=23VMAX/A
    VMAX=KVP=0.66135.6563103=3.743103N
    t =23VMAX/A=233.743103/489
    =15.30N/mm2     3、挠度验算：
    W=KWPL3/100EI
    =1.07935.656310338003/(10032.13105312.193104)
    =1.22mm<[w]=L/250=800/250=3.2mm
    符合要求。
    六、结语
    该方案在施工实施过程中取得良好的效果，确保了紧后工序的顺利、安全地进行，证明该计算方法和计算结果是可靠的。
    对于钢管架，对比门式脚手架来说，布置方式更灵活，可视荷载的大小而决定其荷载的大小而决定其间距的疏密，其整体性也相对较好，特别是对于楼层高度和荷载都较大的支撑系统，有十分广阔的应用前景