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高架模板钢管支撑体系中节点受力与杆件受力的
构造转变方法
【摘要】本文认为高架模板钢管支撑体系倒塌的原因在于构造措施错误导致在计算模型中仅起连接作用的节点扣件承担了本应由杆件承担的荷载节点扣件率先破坏引起杆件失稳造成坍塌提出了必须采取使杆件而不是使节点扣件抵抗竖向、水平荷载的构造措施才是保证高架模板钢管支撑体系安全的关键。
【关键词】节点受力杆件受力传力途径转变措施
引言普通模板钢管支撑体系中竖向荷载的传递由横杆通过节点扣件传递给立杆水平荷载则是由横杆与立杆组成的框体的四角节点扣件来承担的。在竖向荷载、水平荷载均较小的情况下体系尚可满足安全要求。在荷载较大、支架高度较大时这种传力体系的可靠性受钢管扣件承载能力的限制非常不安全已屡屡发生支撑体系坍塌的重大伤亡事故在高架模板钢管支撑体系中必须采用杆件直接受力的构造措施方可保证施工安全。
1、 模板钢管支撑体系的荷载
根据《建筑施工模板安全技术规范》 JGJ162-2008作用于支撑体系的荷载有
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恒荷载模板及其支架自重标准值G1K
新浇筑砼自重标准值G2K
钢筋自重标准值G 3K
新浇筑砼侧压力G4K
活荷载施工人员及设备荷载标准值Q1K
振捣砼时产生的荷载Q2K
倾倒砼时对垂直面模板产生的水平荷载Q3K
风荷载ωK
实际施工中由于预拌砼的广泛应用砼常通过泵送管输送到浇筑面浇筑面上的泵送管支承于模板面新拌砼的在泵送管中移动使支撑体系往往承受较大的水平力虽然规范中没有提及但却是浇筑过程中支撑体系受到的最大的水平力。模板支架的坍塌不是无缘无故的一定是在外力的作用发生了某种破坏支架设计中未考虑泵送管产生的水平力但它也许就是坍塌的主要诱因之一。
虽然由于计算目的的不同支架荷载效应组合有变化但从支架对外荷载的抵抗来讲可分为二部分一部分是竖向荷载计算中是由立杆承受的另一部分是水平荷载通过模板传递到了支撑体系的杆顶。
2、 普通模板钢管支撑体系中常见的荷载传力途径
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2.1竖向荷载由横杆通过节点扣件传递给立杆
2.2水平荷载由节点扣件承受
由立杆与横杆组成的框体为四边形在平面外力作用有向平行四边形变化的趋势 由于节点扣件的限制保持原有形状但节点扣件由此受到扭力作用。
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3、钢管立杆的承载能力
由于前述泵送管传递的额外水平力立杆承载能力均应按根据《建筑施工模板安全技术规范》 JGJ162-2008中室外露天支模组合风荷载时的公式计算将水平力替代风荷载代入。即使室内施工也不建议按轴心受压公式计算钢管立杆承载力。如下摘录规范组合水平力的相关计算公式
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4、钢管扣件的承载能力
根据《钢管脚手架扣件》 GB15831-2006对扣件的性能要求如下表
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3.1传递竖向荷载时节点扣件应有的承载能力分析
如果仅从欧拉公式考虑在常用横距常用步距的情况下单根立杆可承受的竖向荷载在数吨以上远超过施工中能遇到的荷载组合为什么却在远小于施工荷载的情况下出了问题呢只能是节点发生了破坏。在竖向荷载的传递中横杆承受的力通过节点扣件传递给竖杆这种传力的可靠性是由节点扣件所能提供的抗滑力决定的但从表中可以看出直角扣件的抗滑能力只有7KN而且还是在理想状态下且不说当今建筑材料市场中合格的扣件几乎难以找到另一方面在混凝土的浇筑过程中从砼拌合物中渗出的水浸润着扣件使其抗滑力大打折扣。施工中常用双扣件做保险扣但往往其拧紧力不能保证上下二个扣件之间有间隙而不能共同受力。高架模板体系由横杆传递的力往往在数吨以上
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远超过扣件所能承受的抗滑力通过节点扣件传力是不可能的。在成千上万个扣件有一个扣件出了问题与之相连的立杆压杆计算长度增加一倍承载能力立即减小为原来的四分之一立杆受力陡增可能马上就会退出承力体系相邻杆件又不能负担由此而来的额外荷载随之破坏就产生了灾难性的多米诺反应了。所以必须采用立杆直接承力的节点构造。
3.2传递水平荷载时节点扣件应有的承载能力分析
在无剪刀撑的情况下水平力由连接扣件承担。在反复水平力的作用下节点扣件破坏是有可能的进而导致整体破坏。规范计算中并未考虑采用节点扣件去承受水平力但在不采用剪刀撑的情况下水平荷载确是由节点扣件承担的。规范中在未考虑其它水平力的情况下是将风荷载组合考虑由立杆承受的但由于构造措施的限制风荷载实际上未作用到立杆上。这种情况只有在立杆固结于支承面内才有可能。就像厂房的抗风柱一样 由于基础的嵌固作用才在柱底产生了抵抗弯矩。钢管支架体系的立杆全部是自由支承于支承面的在外力的作用下各杆段其实就是二力杆不会产生弯矩。所以规范中考虑水平力对立杆承载力的影响是欠妥的。实际施工中常用的做法是加剪刀撑一般情况下模板支撑通常采用满堂架如果全面设置剪刀撑施工繁复往往起不到应有的作用而且剪刀撑过长断点及与其它杆件的连接点往往存在缺陷在加设剪刀撑的过程中同时增加了薄弱点。所以全面设剪刀撑并不是一个好办法
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其传力路线曲折漫长最后要传至支承面才能真正起到作用如果剪刀撑底脚与支承面不能紧密接触结果还是架体承力往往是做了大量工作收效甚微。
5、钢管扣件支撑体系由节点受力向杆件受力的转换方法
5.1杆件承受竖向荷载的构造做法
采用钢管顶托或工具式钢管立柱的做法如下图
这两种做法用抗弯钢度较大的型钢代替钢管做的横杆都可使竖向荷载直接作用于立杆避免了节点扣件传力。
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5.2杆件承受水平荷载的构造做法
如前所述费力去做支撑体系内部的剪刀撑并不能从根本上解决问题如果能将体系依附其它结构物上依靠这些结构物去承担水平力则可事半功倍。这就要合理安排施工顺序对高大的模板结构先施工柱体再通过架顶剪刀撑将支撑体系与柱体相连如果柱体纤细则可采用柱间支撑事先进行加固。
6、对钢管满堂架支撑体系两点思考
6.1满堂架支撑的可靠性
通常使用的满堂架式模板支撑 由于使用大量杆件其传力途径不明确。通常的现浇结构梁模板支撑受力远大于与相连的板模支撑满堂架式支撑却没有突出这个重点将梁模板与板模支撑同等对待导致处处设防缺陷点却大量存在一处破坏会殃及整体安全。高大模板支撑的关键是设计支撑的时候改变满堂受力的方式通过小型桁架或高强度型钢支撑板模重点加强梁底模板支撑使梁底模板支撑成为主要的承力体系这样做支撑体系简捷受力形式明确便于施工的操作和检查控制。
6.2高支架模板体系的改变
传统的钢管架模板支撑体系在受力上不明确节点受力不可靠单个杆件承载能力极低搭设费时、费料、费工是不尽合理的采用新型的支撑体系才是解决问题的关键。
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