扣件式钢管脚手架在高支模中的应用
韦安富
（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 武汉 430074 ） 摘要：本文主要通过工程实例介绍扣件式钢管脚手架在高大模板支撑中的应用，并根据有关规范规定及相关专业软件在支模架的受力计算方面进行了探讨，结合实践经验对支模架施工中应注意的几个方面进行了总结。
关键词：脚手架 模板 支撑 应用 一、工程概况简介
杭州地铁1号线【九堡东站～乔司南站盾构区间及地下明挖段、U型槽段】（22号盾构）K29+820～K30+050为盾构始发井及明挖段长230m，结构形式为闭合框架结构，盾构井高9.05m，跨度13.3m，顶板厚90ccm，边墙厚80cm，明挖段高6.15m，跨度9～13m，顶板厚60～90cm，中墙厚40～50cm，边墙厚70～80cm。根据浙江省建设厅浙建【2003】37号文件中的规定，属于高支模。
二、模板支撑形式的选择
由于顶板跨度较大，支模高度较高，且混凝土浇筑采用泵送施工，考虑脉冲水平推力和输送混凝土速度快所引起过载及侧压力，若采用门式钢管脚手架的话，因其为标准构件，受其自身宽度和每组长度的约束，对平面布置有一定，很难满足施工要求。而扣件式钢管脚手架则具有平面布置灵活、架设效率高、可形成纵横通道等特点，为了确保模板系统有足够强度、刚度和稳定性，模板支撑系统采用483.5扣件式钢管满堂红脚手架，立杆采用顶部带可调上托、底部套150×150×8定型钢板底座的Q235A钢管。
三、结构布置及施工工艺 1、侧墙模板施工
由于设计围护结构为主体外墙结构外皮，因此在侧墙施工时，模板要进行单侧支模。如何保证侧墙的结构尺寸和外墙的防水不被破坏将是施工的关键。主体侧墙施工工艺：基面处理、防水层施工→凿毛清理混凝土面→绑扎侧墙钢筋→测放轮廓线→立模加支撑→浇注混凝土。
外侧墙模板采用22厚聚酯胶合板、80×100mm及100×100mm的木方及碗扣脚手架组合成模板体系。竖向用间距300mm的80×100（mm）木枋作内楞。用铁
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钉将木枋在夹板上定位。竖向木枋接头处要用小木枋连接，并在已浇底板上安装地脚铁件与侧模底排钢管拉结。用8号铁丝内外拉结作为临时固定，具体见图1-1侧墙模板拼装示意图。
外侧墙模板施工在墙体钢筋施工完毕，外侧墙模板因不能采用穿墙螺栓，模板固定需要满堂红脚手架支撑体系横杆支撑作对撑，并在底板混凝土中预埋钢筋地锚以加斜撑加固，在墙的内部设内撑控制侧墙断面尺寸。具体见图1-2侧墙模板支撑示意图。
竖枋600300600钢管600 图1-1 侧墙模板拼装示意图
100×100木方横楞钻孔桩胶合板×木方脚手架立杆脚手架水平杆钢管斜撑侧墙外防水止水镀锌钢板底板混凝土 图1-2 侧墙模板支撑示意图
2、单面模板安装施工工艺
底板预留钢筋地锚→浇注底板混凝土→外墙体施工缝的清理→弹模板定位控制线→绑扎墙体钢筋清理→吊装拼装后的单面模板→模板基本就位（与钢筋暂
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时拉住）→处理模板拼缝→搭设支撑架→利用支撑架子搭设操作架→调整支撑架和单面模板→符合要求后加固→验收。
模板安装施工技术措施
（1）浇筑基础底板时，间隔1000mm预埋≥Φ25的钢筋地锚。
（2）清理墙体内杂物，并在基础底板上弹好各墙体边线、标高线和支模控制线，验收合格后方可进行下一步工序。为了保证板面的清洁，每道墙体设20×30mm清扫口两个。
（3）上述程序检查合格后开始吊装模板。按照图纸和模板设计要求的位置循序拼装，以保证模板系统的整体稳定。将预拼装模板位置线吊装就位，安装斜撑或用工具型斜撑将其稳定坐落在基准面上。
（4）根据弹好的控制线调整模板的位置和其垂直度，调整好后固定模板。 （5）固定支撑架支顶，用勾头钢筋将模板主楞与支撑架连接起来。 （6）墙体模板支设完毕后对模板上口抄平，模板控制标高校准后方可对模板进行加固。
3、顶板模板的安装
1）顶板施工工艺流程：放轮廓线→顶板支撑→配模、立模→绑扎顶板钢筋→浇注混凝土→混凝土养护。
2）立模方法
（1）结构模板支架采用满堂红支架，如图1-3 顶板及中墙模板支设示意图所示。顶板垂直支撑选用Φ48×3.5碗扣式钢管脚手架。搭设时一般设3道水平拉杆和剪刀撑，并留出检查通道。
立杆@600*600横杆@600*600 1-3 顶板及中墙模板支设示意图
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（2）主体结构支模如图1-4主体结构支模示意图。立杆顶端加可调顶托，以便调整模板高程。
砼板21mm厚木夹板100×80木枋@400100×80木枋@600100×80木枋@900碗扣式脚手架800×60018505004005300700钢管剪刀撑图1-4主体结构支模示意图 四、支模架搭设计算
计算依据浙江省工程建设标准《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》
(J10905-2006)。
模板支架搭设高度为8.2米，
搭设尺寸为：立杆的纵距 b=0.60米，立杆的横距 l=0.90米，立杆的步距 h=0.90米。
图 楼板支撑架立面简图
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图 楼板支撑架立杆稳定性荷载计算单元 采用的钢管类型为48×3.5。 1、模板面板计算
面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。
静荷载标准值 q1 = 25.100×0.200×0.600+0.300×0.600=3.192kN/m 活荷载标准值 q2 = (2.000+1.000)×0.600=1.800kN/m 面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: 本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: W = 60.00×1.80×1.80/6 = 32.40cm3； I = 60.00×1.80×1.80×1.80/12 = 29.16cm4；
1)抗弯强度计算
f = M / W < [f]
其中 f —— 面板的抗弯强度计算值(N/mm2)； M —— 面板的最大弯距(N.mm)； W —— 面板的净截面抵抗矩；
[f] —— 面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2； M = 0.100ql2 其中 q —— 荷载设计值(kN/m)；
经计算得到 M = 0.100×(1.2×3.192+1.4×1.800)×0.300×0.300=0.057kN.m
经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.057×1000×
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1000/32400=1.7N/mm2
面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求!
2)抗剪计算 [可以不计算] T = 3Q/2bh < [T]
其中最大剪力 Q=0.600×(1.2×3.192+1.4×1.800)×0.300=1.143kN 截面抗剪强度计算值 T=3×1143.0/(2×600.00018.000)=0.159N/mm2
截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm2 抗剪强度验算 T < [T]，满足要求!
3)挠度计算 v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250
面板最大挠度计算值 v = 0.677×3.192×3004/(100×6000×291600)=0.100mm
面板的最大挠度小于300.0/250,满足要求!
2、横向支撑钢管计算
横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P取木方支撑传递力。
2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kN 2.10kNAB 900 900 900
支撑钢管计算简图
0.503
0.461 支撑钢管弯矩图(kN.m)
0.071
1.1 支撑钢管变形图(mm)
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1.541.542.102.102.652.650.560.560.560.562.652.650.000.002.102.101.541.54
支撑钢管剪力图(kN) 经过连续梁的计算得到 最大弯矩 Mmax=0.503kN.m 最大变形 vmax=1.1mm 最大支座力 Qmax=6.846kN
抗弯计算强度 f=0.503×106/5080.0=99.01N/mm2 支撑钢管的抗弯计算强度小于205.0N/mm2,满足要求! 支撑钢管的最大挠度小于900.0/150与10mm,满足要求!
3、扣件抗滑移的计算
纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算: R ≤ Rc
其中 Rc —— 扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN；
R —— 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值； 计算中R取最大支座反力，R=6.85kN 单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
R≤8.0 kN时，可采用单扣件； 8.0kN12.0kN时，应采用可调托座。4、立杆的稳定性计算荷载标准值
作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。 1）静荷载标准值包括以下内容：
(1)脚手架钢管的自重(kN)： NG1 = 0.150×8.150=1.222kN
钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A 双排架自重标准值，设计人员可根据情况修改。
(2)模板的自重(kN)： NG2 = 0.300×0.600×0.900=0.162kN (3)钢筋混凝土楼板自重(kN)： NG3 = 25.100×0.200×0.600×
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0.900=2.711kN
经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 4.095kN。 2）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载。 经计算得到，活荷载标准值 NQ = (1.000+2.000)×0.600×0.900=1.620kN
3）不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式 N = 1.35NG + 1.4NQ 4）立杆的稳定性计算
选取六排立杆投影面内作为计算的各排立杆，其竖向力为 V1=7.797kN V2=7.797kN V3=7.797kN V4=7.797kN V5=7.797kN V6=7.797kN
风荷载标准值 Wk=0.7×0.450×1.200×1.250=0.472kN/m2 风荷载产生的弯矩 Mw=0.85×1.4×0.472×0.600×0.900×0.900/10=0.027kN.m
风荷载计算示意图如下
按照规范4.2.9取整体模板支架的一排横向支架作为计算单元，计算作用在顶部模板上的水平力F，计算公式为：
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其中 AF —— 结构模板纵向挡风面积； Wk —— 风荷载标准值，取0.472kN/m2；
La —— 模板支架的纵向长度，AF/La=截面高度，取0.200m； la —— 立杆纵距，取0.600m；
经过计算得到作用在单元顶部模板上的水平力F=0.85×0.472×0.200×0.600=0.048kN
按照规范4.2.10风荷载引起的计算单元立杆附加轴力最大计算公式为
其中 F —— 作用在计算单元顶部模板上的水平力,取0.048kN； H —— 模板支架高度，取8.150m；
m —— 计算单元中附加轴力为压力的立杆数，取2； Lb —— 模板支架的横向长度，取4.500m；
经过计算得到立杆附加轴力最大值为 N1=3×0.048×8.150/[(2+1)×4.500]=0.087kN
不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：
考虑风荷载作用在模板上，对立杆产生的附加轴力时,立杆的稳定性计算公式为：
其中 Nut —— 立杆的轴心压力最大值，取7.797kN；
—— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 查表得到；
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i —— 计算立杆的截面回转半径，取1.580cm； A —— 立杆净截面面积，取4.0cm2； W —— 立杆净截面抵抗矩，取5.080cm3；
MW —— 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩，取0.027kN.m； [f] —— 钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2； a —— 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.30m；
l0 —— 计算长度，按照表达式计算的结果取最大值，取1.978m； l0 = h + 2×a=0.900+2×0.300=1.500m； l0 = kuh =1.243×1.768×0.900=1.978m； k —— 计算长度附加系数，按规范附录D采用，k=1.243； u —— 考虑支架整体稳定因素的单杆等效计算长度系数，按规范附录D采用，u=1.768；
不考虑风荷载的计算立杆稳定性结果：
=7797/(0.424×4×0.980)=38.414N/mm2，立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!
考虑风荷载的计算立杆稳定性结果：
=7797/(0.424×4×0.980)+27000/5080=43.794N/mm2，立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!
考虑风荷载作用在模板上，对立杆产生的附加轴力时，立杆稳定性结果： =(7797+87)/(0.424×4×0.980)=38.845N/mm2，立杆的稳定性计算 < [f],满足要求!
五、设计与施工总结
（1）、按照规范要求，对木模板系统的计算是采用概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行的。因此，在高支模设计中，各种参数的取值是否合理，将影响计算数据的准确性和支撑系统的安全性。
（2）、经计算分析，钢管的承载力较大，其平面间距主要受木枋的强度和刚度影响。当木枋的强度和刚度满足不了要求时，可考虑使用双木枋。
（3）、由于施工中产生的振动荷载较大，竖向支撑由扣件式钢管脚手架组成，
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而安装的误差很难保证杆件在竖直的一条线上，因此扣件式钢管脚手架要排列整洁和顺直，并要及时安设好纵横向水平拉杆、剪刀撑等。上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。
（4）、由于支架的搭设是由架子工作业的，而支架上的模板系统则由木工来完成，因此，在设计与施工过程中，要综合考虑各班组的情况，协调好各班组的工作，才能设计出既确保安全、方便施工，又节约钢管用量的支模系统。
参考文献：
[1] 北京城建集团有限责任公司.地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）.中国计
划出版社，1999.10
[2] 北京城建设计研究总院.地铁设计规范（GB50157-2003）.中国计划出版社.2003.8 [3] 浙江省建设厅.建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程（J10905-2006）.浙江大学出版
社，2006.12
[4] 浙江省建设厅浙建【2003】37号文件
[5] 上海市隧道工程轨道交通设计研究院.杭州地铁1号线工程施工设计图第二分册地下明
挖与U型槽段(HD1/S/STE/05/Q25/02/02/A),2008.7
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