混凝土模板扣件式满堂支撑架结构稳定性验算方法

闫国平

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

1 工程概况

淑闾西沟排水渡槽位于保定市唐县南水北调工程京石段主干渠上，共计3跨，单跨长度18m，槽底宽11.50m，墙高2m，槽身结构为两槽一联，预应力钢筋混凝土多侧墙结构；下部支撑为柱墩。槽身纵向3根主梁，每跨横向20道横肋。中跨槽身中梁长度18m，底面宽度0.6m，梁底距地面高度为4.7m。槽身横剖面见图1。

图1 槽身横剖面图单位：mm

淑闾西沟排水渡槽槽身采用现浇混凝土，分两次浇筑，第一次浇筑底板、横肋及墙体八字倒角以下部分，第二次浇筑剩余墙体。混凝土用2台15t吊车吊1m3吊罐入仓。槽身支撑采用满堂扣件式钢管脚手架体系，钢管规格为φ48.3×3.6mm。荷载经支撑立杆传至地面，与地面直接发生作用，支撑地面为黄土状壤土，厚度为5～6m。

渡槽槽身结构可分为中梁、边梁、横肋、底板四部分，各部分下部的支撑架结构不同，要分别进行验算。本文主要陈述中梁下部支撑架结构的稳定性验算方法，其余部分的验算过程不再赘述。

2 中梁支撑架体系构造

2.1 立杆

场地找平压实后，铺置面积不小于0.2m2、厚5cm的垫木做基础，立杆底部放在垫木上，以扩大底部受力面积。中梁下立杆高度为4.5m，立杆纵距有0.75m和0.6m（横肋下部）两种规格，立杆横距为0.45m。

2.2 横杆

横杆包括纵横向水平杆和纵横向扫地杆，水平杆轴线间的距离（立杆步距）为0.9m，扫地杆距地面高度为0.1m。中梁下最上层的横向水平杆，在每个可调托撑上按双根紧邻布置。

2.3 剪刀撑

在架体外侧四周及架体内部纵横向每6m左右设置竖向连续剪刀撑，以保持支撑架体系的稳固。

2.4 扣件及可调托撑

扣件包括直角扣件和旋转扣件，用以连接横杆、立杆和剪刀撑等组成支撑体系。可调托撑位于立杆上部，可以调整立杆高度，满足施工尺寸要求。

中梁支撑结构见图2、图3。

图2 中梁支撑横剖面图单位：mm

图3 中梁支撑平面图（局部）单位：mm

3 计算数据

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2011）、《建筑施工模板安全技术规程》（JGJ162-2008）和设计图纸，中梁及支撑架结构计算数据见表1：

表1 ：中梁及支撑架结构计算数据表

回转半径 imm 15.90截面惯性矩 Imm4 1.271×105截面积 Amm2 5.06×102 Q235钢强度设计值 [f] N/mm2205钢材的弹性模量 E N/mm22.06×105中梁设计数据长度L m 18底宽 b m 0.6混凝土体积 V m3 32.05钢筋重量 T kN 47.92钢模面积 S1 m2 110.28其中底模面积 S d m2 10.8木脚手板面积 S2 m223.4中梁支撑架参数立杆高度 H m 4.5立杆纵距 L b m 0.75立杆横距 L a m 0.45立杆步距 h m 0.9立杆根数 n 根 100其中中间两排立杆根数 n1 根 50垫板面积 S m2 0.2截面模量 Wmm3 5.26×103钢管特性参数类别 名称 符号 单位 数据

4 支撑架结构稳定性验算

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2011）的规定，支撑架结构稳定性验算主要包括水平杆抗弯强度验算、水平杆变形验算、可调托撑的承载力验算、立杆稳定性验算和地基承载力验算五大部分，验算方法介绍如下。

4.1 水平杆抗弯强度验算

中梁下四排立杆，根据中梁的结构特点，中间两排立杆间的水平杆承受的荷载最大，所以选取梁底中立杆之间的横向水平杆为计算对象，因梁体较重，水平杆紧邻布置2根。水平横杆上放置木脚手板，脚手板上铺设钢模板，立杆纵距按最不利情况0.75m计算。

式中：系数1.2和1.4分别为永久荷载分项系数和可变荷载分项系数；

σ—选取的水平杆抗弯强度，N/mm2；

q—作用于横向水平杆线荷载设计值，kN/m；

qG—永久荷载作用于水平杆的线荷载设计值，kN/m；

qQ—可变荷载作用于水平杆的线荷载设计值，kN/m。

其他符号皆见表1（下同）。

计算得：qG=57.57kN/m，qQ=2.25kN/m，q=72.23kN/m，σ=173.76N/mm2。Q235钢强度设计值[f]为205N/mm2，σ＜[f]，所以，中梁下横杆抗弯强度满足要求。

4.2 水平杆变形验算

变形验算的水平杆选取同4.1抗弯强度验算的选取一致。

式中：υ—横杆挠度，mm；

qK—中梁下横向水平杆线荷载标准值，kN/m。

经计算得：qK=59.82kN/m，υ=1.22mm。根据规范规定，水平杆允许变形值[υ]为3mm，υ＜[υ]，因而水平杆变形满足要求。

4.3 可调托撑的承载力验算

根据中梁下部支撑体系结构特点和受力分析，中梁的荷载主要集中在中间两排纵向立杆上。因而，为简单起见，在进行可调托撑的承载力验算时，按中间两排纵向立杆承担中梁全部永久荷载和可变荷载进行验算。

式中：R—单个可调托撑的承载力，kN；

NG—永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和，kN；

NQ—可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和，kN。

计算得：NG=908.02kN，NQ=32.40kN，R=22.70kN，根据规范规定，单个可调托撑的承载力设计值[R]为40kN，R＜[R]，可调托撑承载力满足要求。

4.4 立杆稳定性验算

本工程地处河北省保定市，重现期n=10时，基本风压ω0为0.30kN/m2，小于0.35kN/m2，而且支撑架体系为敞开式，支撑架纵向水平杆和渡槽槽墩相连接，并且施工时间处于6月份的微风季节。因而验算立杆稳定性时，不考虑风荷载作用。

根据规范要求，立杆稳定性验算时需计算底层立杆段和顶层立杆段，取整体稳定计算结果最不利值。根据中梁支撑结构特点，最上层横杆和支撑点基本重合，底层、顶层立杆段计算长度相同，所以选取承受荷载较大的底层立杆段进行稳定性验算。

考虑最不利情况，选取中间2排纵向立杆承担全部永久荷载和可变荷载。

式中：f—底层单根立杆承受的压力，N/mm2；

N—底层单根立杆轴向力设计值，kN；

φ—轴心受压杆件的稳定系数；

l0—立杆计算长度，m；

k—立杆计算长度附加系数，查表得k=1.155，按本系数验算得长细比为189，小于容许长细比，故根据规范规定，本文中可取k=1；

μ2—考虑满堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度

系数，查表得μ2=2.896；

λ—长细比。

计算得：N=23.38 kN，l0=2.61m，λ=164，根据 λ 值查表得φ=0.262，f=176N/mm2。因f＜ [f]，立杆稳定性满足要求。

4.5 地基承载力验算

淑闾西沟排水渡槽地基为天然地基，设计图纸中地基的容许承载力[σ0]=160kPa。

式中：p—立杆基础底面处的平均压力值，kPa。

计算得p=116.9kPa，p＜[σ0]，中梁下部地基承载力满足要求。

5 影响支撑架结构稳定的因素

扣件式满堂支撑架工作条件有以下特点：所受荷载的变异性比较大；节点的刚性大小与扣件质量、安装质量有关，扣件连接节点性能存在较大变异；脚手架结构构件存在初始缺陷，如杆件的弯曲、锈蚀等。造成支撑架失稳主要是由于施工管理不善、支撑架结构强度不足、构件自身缺陷的原因引起的。

承重支撑架的搭设必须严格按照有关规范、标准和施工技术专项方案进行。在搭设前对操作工人进行详细的安全技术交底，在搭设过程中应随时检查搭设情况，确保各杆件安装位置准确。施工现场须配备力矩扳手等检测工具，保证扣件安装质量。支撑架搭设完成并经验收检查合格后，方可投入使用。

支撑架施工前要严格检查脚手架钢管和扣件，表面锈蚀或磨损严重，局部弯曲或开焊的钢管和扣件严禁使用；认真检查钢管内外径、壁厚，防止不合格钢管用于施工。

6 结语

扣件式钢管支撑架是我国目前建筑施工中使用最广泛的一种模板支撑形式，其结构设计直接关系到混凝土施工质量及施工安全。支撑架搭设完成后，一般须采用合理的方法进行结构和地基承载力验算，以分析其是否经济安全。近年来，支撑架倒塌和失稳事故经常发生，主要原因是许多施工企业没有进行结构稳定性验算，只靠经验来进行支撑系统布置，使支撑系统的刚度和稳定性考虑不足。淑闾西沟排水渡槽槽身下部支撑架