大跨度高支架系統模板施工方案審查和施工質量管理作者：張峰 范克 馬彪 楊俊悌 趙強【摘要】本文結合工程實例對超高層高空大跨度、高支架系統的整體穩定性，屋面的支模方案編制基本內容、 計算 方法進行探討。【關鍵詞】大跨度；高支架；水平剪刀撐；整體排架；剛度與穩定性【Abstract】In this article, engineering example, large-span high-rise high-altitude, high-bracket system, the overall stability of the roof formwork programming elements, calculation methods were discussed.【Key words】Large-span, high-bracket, Horizontal scissors, Overall bent frame, Rigidity and stability 近年來，全國范圍內發生因模板高支架坍塌而導致重大惡性事故多起，因此對此方面的安全監理工作應特別引起施工現場人員的重視。根據建設工程安全生產管理條例和建設部建質2004213號文件危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法要求，模板工程施工前施工單位應當單獨編制安全專項施工方案，對水平砼構件模板支撐系統高度超過8m或跨度超過18m，施工總荷載大于10KN/m2或集中荷載大于15KN/m2的模板支撐系統必須由建筑施工 企業 組織不少于5人的專家組，對編制的安全專項施工方案進行論證審查。 1. 工程概況 由南京圖騰置業 發展 有限公司開發的大觀天地MALL項目位于南京市下關區建寧路300號，東鄰閱江樓、靜海寺，西面熱河路，北抵鄭和路，為閱江樓 旅游 觀光風景區的一個重要組成部分。中庭大圓井字梁，截面5002000，跨度27m，支模架高度17m；影劇院屋面梁截面5502100，板厚200，跨度17m，支模架高度11m。 2. 高支架搭設方案 結合本工程的結構形式和施工特點（26-35軸線屋頂構架模板支撐體系屬于大跨度高支模，其搭設方案： 2.1整體鋼管排架采用483.0鋼管，豎向立桿間距不大于800800，水平連桿雙向在離樓面上150設掃地桿，以上水平連桿1500每步設置，大圓弧處井字量掃地桿150設置，以上每步1450到-0.1頂緊再按每步1450到5.7頂緊再每步1200到梁底。小影劇院5502100的每步1250到15.7處頂緊每步1250到梁底。支撐架與整體排架連接要連接牢固。 2.2框架梁小影劇院5502100實行梁寬方向豎向立桿間距500+300+500即兩側從樓面到樓板底及梁頂面，中間加二根立桿從樓面到梁底，順梁方向立桿間距統一按800設置，如果梁底中間加一根立桿從樓面到梁底，順梁方向立桿間距按400設置，梁處水平桿按每步1250搭設在中間砼梁頂緊支撐架與整體排架連接處要連接牢固。 2.3所有框架梁底木楞均按順梁方向設置，剪刀撐按大梁底下按順梁方向設置形成8.7m8.7m柱間網支撐體系，采用搭接長度不少于1m搭接處不少于3個搭接扣件。 2.4圓弧處井字梁弧形處梁在-0.1m，5.7m5.9m處，影劇院梁在15.7m處的水平連桿均要與周圍梁砼頂緊固定。所有凈空高于4m中間設水平剪刀撐，采用搭接長度1m，搭接處不少于3個搭接扣件，確保排架的剛度、強度及穩定性。 高支架腳手架搭設要求： (1)4030鋼管為主要受力桿件，通過扣件連接的鋼管滿堂腳手架支撐體系。 (2)底板、梁底縱距不大于800，橫距500+300+500，步高不大于1500。 (3)豎向剪刀撐、水平剪刀撐4560。 (4)高支架四周于26、29、F、K、M、30軸與結構柱可靠相連。 3. 監理項目部要求施工單位 3.1編制屋面高空大跨度高支架設計和施工專項方案 (1) 施工方案應有計算書，包括荷載計算、模板及其支撐系統的強度、剛度、穩定性的驗算。 (2) 屋面梁跨度達，曾高達17m，施工方案應有水平桿步距和剪刀撐設置等構造措施的詳細說明。 (3) 方案應有支撐平面布置圖，模板及其支撐的立面圖和 剖面圖，節點大樣施工圖。 (4) 方案應對砼澆筑方法程序提出要求。 (5) 方案應有支撐系統安裝驗收程序提出要求。 3.2由于是大跨度高支架大荷載，我們提出一定要經過專家組論證審查，專家論證審查意見應說明方案是否可行，建議加強、完善之處，實施過程中需要注意的事項等，提出書面論證審查報告，以東南大學郭正興教授為首的專家組提了7點意見： (1) 該工程有5002000大梁，支模高度17m，為井字梁，無樓板；另有5502100梁支模高度9m，采用扣件式鋼管排架搭設，基本尺寸為步高小于1.5m，梁下加密兩根立桿，形成500+300+500沿軸線500，方案總體可行，可以實施。 (2) 有高支模區的立桿布置平面圖，應補充完整的細部尺寸，在平面圖上應注明具體尺寸，并應注明豎向剪刀撐的具體部位，水平剪刀撐網格尺寸等。 (3) 應補充高大支模架的剖面圖，標明具體尺寸，以及與周邊砼框架拉結關系，梁的兩側澆筑平臺做法等。 (4) 應補充5002000大梁的具體支模詳圖，特別是梁下構造詳圖，應保證梁下立桿對接，不能搭接，接頭應錯開。 (5) 支架完成后，應重點檢查：梁下立桿頂層的縱橫向水平桿與立桿扣件的擰緊力矩，應為4065Nm，頂部高小于1200mm。 (6) 水平層剪刀撐應在確保樓層處設置，并應拉結牢固。 (7) 施工時控制人員荷載。搭設完成后，組織各方面檢查驗收，施工單位技術負責人簽字后報監理進行審查。 3.3監理組織相關專業監理工程師進行審查，對方案中相關技術指標，根據相關規范進行驗算，認為該方案可以保證安全，總監簽字后同意交施工單位施工。 我們對原方案中涉及相關技術指標，還根據建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范（JGJ130-2001）、混凝土結構設計規范（GB50010-2002）、建筑結構荷載規范（GB50009-2001）等規范要求，運用專門的腳手架計算軟件進行驗算，由于篇幅所限，這里我們僅列出影劇院梁模板高支撐架計算書： 參數信息： (1)高支撐架參數 立柱梁跨度方向間距L（m）：0.60 ； 立桿上端伸出至模板支撐點長度a（m）：0.10 高支撐步距（m）：1.50；高支撐架搭設高度（m）： 11.0；梁兩側立柱間距（m）：0.60 梁底增加2根承重立桿。 (2)荷載參數 模板自重（KN/m2）：0.35； 梁截面寬度B（m）：0.550 鋼筋自重（KN/m3）：1.50； 梁截面高度D（m）：2.10 施工均布荷載標準值（KN/m2）：2.00；振搗砼荷載標準值2.00 (3)木方參數 木材彈性模量E(N/mm2)：10000.0； 木材抗彎強度設計值fm(N/mm2)：17.0； 木材抗剪強度設計值fv(N/mm2)：1.7； 面板類型：膠合面板； 面板彈性模量E(N/mm2)：9500.0； 面板抗彎強度設計值fm(N/mm2)：13.0； (4)其他。采用的鋼管類型（mm）：4030，扣件式連接方式，雙扣件，扣件抗滑承載力系數0.80。 4. 梁底支撐的計算 本工程梁底支撐采用方木。強度及抗剪驗算要考慮模板結構自重荷載、新澆混凝土自重荷載、鋼筋自重荷載和振搗混凝土時產生的荷載；撓度驗算只考慮模板結構自重、新澆混凝土自重、鋼筋自重荷載。 4.1荷載的計算： (1)鋼筋混凝土梁自重(KN/m)： q1 = (24+1.5)2.10.183=9.818 KN/m； (2)模板的自重線荷載(KN/m)： q2 = 0.350.183(22.1+0.55)/ 0.55=0.554 KN/m； (3)活荷載為施工荷載標準值與振倒混凝土時產生的荷載(KN/m)： 經計算得到，活荷載標準值 P1= (2.5+2)0.183=0.825 KN/m； 4.2方木的支撐力驗算 靜荷載設計值 q = 1.29.818+1.20.554=12.446 KN/m； 活荷載設計值 P = 1.40.825=1.155 KN/m； 本算例中，方木的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為: W=51010/6 = 83.33 cm3； I=5101010/12 = 416.67 cm4； (1)方木強度驗算: 最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的設計值最不利分配的彎矩和，計算公式如下: 線荷載設計值 q = 12.446+1.155=13.601 KN/m； 最大彎距M =0.1ql2= 0.113.6010.60.6= 0.49 KN.m； 最大應力= M / W = 0.49106/83333.3 = 5.876 N/mm2； 抗彎強度設計值 f=13 N/mm2；方木的最大應力計算值 5.876 N/mm2 小于 方木抗彎強度設計值 13 N/mm2,滿足要求!(2)方木抗剪驗算： 最大剪力的計算公式如下: =5ql42bhn=l/250 截面抗剪強度必須滿足: =3V2bhnfv 其中最大剪力: V = 0.613.6010.6 = 4.896 KN； 方木受剪應力計算值 = 34896.36/(250100) = 1.469 N/mm2； 方木抗剪強度設計值 = 1.7 N/mm2；方木的受剪應力計算值 1.469 N/mm2 小于 方木抗剪強度設計值 1.7 N/mm2,滿足要求! 方木撓度驗算: 最大撓度考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的撓度和，計算公式如下: =0.677ql4100EI=l/250 q = 9.818 + 0.554 = 10.372 KN/m； 方木最大撓度計算值 = 0.67710.3726004 /(10010000416.667104)=0.218mm； 方木的最大允許撓度 =0.6001000/250=2.400mm眨華方木的最大撓度計算值 = 0.218mm，小于 方木的最大允許撓度 =2.4mm,滿足要求！ 4.3支撐鋼管的強度驗算 支撐鋼管按照簡支梁的計算如下 荷載計算公式如下： (1)鋼筋混凝土梁自重(KN/m2)： q1 = (24.000+1.500)2.100= 53.550 KN/m2； (2)模板的自重(KN/m2)： q2 = 0.350 KN/m2； (3)活荷載為施工荷載標準值與振倒混凝土時產生的荷載(KN/m2)： q3= (2.500+2.000)=4.500 KN/m2； q = 1.2(53.550 + 0.350 )+ 1.44.500 = 70.980 KN/m2； 梁底支撐根數為 n，立桿梁跨度方向間距為a， 梁寬為b，梁高為h,梁底支撐傳遞給鋼管的集中力為P，梁側模板傳給鋼管的集中力為N 。 當n=2時： P=qab2-1=qab N=1.2q2ah p1=p2=p2+N 當n2時： P=qab2-1=qab N=1.2q2ah p1=pn=p2+N p2=p3=pn-1=P 經過連續梁的計算得到： 支座反力 RA = RB=3.792 KN，中間支座最大反力Rmax=8.467； 最大彎矩 Mmax=0.095 KN.m； 最大撓度計算值 Vmax=0.011mm;支撐鋼管的最大應力 =0.095106/4490=21.115 N/mm2； 支撐鋼管的抗壓設計強度 f=205.0 N/mm2； 支撐鋼管的最大應力計算值 21.115 N/mm2 小于 支撐鋼管的抗壓設計強度 205.0 N/mm2,滿足要求! 5. 梁底縱向鋼管計算 縱向鋼管只起構造作用，通過扣件連接到立桿。 6. 扣件抗滑移的計算 按照建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范培訓講座劉群主編，P96頁，雙扣件承載力設計值取16.00KN，按照扣件抗滑承載力系數0.80，該工程實際的旋轉雙扣件承載力取值為12.80KN 。 縱向或橫向水平桿與立桿連接時，扣件的抗滑承載力按照下式計算(規范5.2.5): R Rc 其中： Rc扣件抗滑承載力設計值,取12.80 KN； R縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值； 計算中R取最大支座反力，根據前面計算結果得到 R=8.467 KN； R 12.80 KN,所以雙扣件抗滑承載力的設計計算滿足要求! 7. 立桿的穩定性計算: 立桿的穩定性計算公式 =NAf 7.1梁兩側立桿穩定性驗算 其中 N 立桿的軸心壓力設計值，它包括： 橫桿的最大支座反力： N1 =3.792 KN ； 腳手架鋼管的自重： N2 = 1.20.12911=1.704 KN； 樓板的混凝土模板的自重： N3=1.2(0.40/2+(0.60-0.55)/2)0.600.35=0.057 KN； 樓板鋼筋混凝土自重荷載: N4=1.2(0.40/2+(0.60-0.55)/2)0.600.200(1.50+24.00)=0.826 KN； N =3.792+1.704+0.057+0.826=6.379 KN；軸心受壓立桿的穩定系數，由長細比 l0/i 查表得到； i 計算 立桿的截面回轉半徑 (cm)：i = 1.59； A 立桿凈截面面積 (cm2)： A = 4.24； W 立桿凈截面抵抗矩(cm3)：W = 4.49； 鋼管立桿軸心受壓應力計算值 ( N/mm2)； f鋼管立桿抗壓強度設計值：f=205 N/mm2； l0計算長度 (m)； 如果完全參照扣件式規范不考慮高支撐架，按下式計算 l0= k1uh (1) k1 計算長度附加系數，取值為：1.155 ； u 計算長度系數，參照扣件式規范表5.3.3，u =1.7； 上式的計算結果： 立桿計算長度 L0= k1uh = 1.1551.71.5 = 2.945 m； L0/i = 2945.25 / 15.9 = 185 ； 由長細比 lo/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.209 ； 鋼管立桿受壓應力計算值 ；=6379.36/(0.209424) = 71.989 N/mm2； 鋼管立桿穩定性計算 = 71.989 N/mm2 小于 鋼管立桿抗壓強度的設計值 f= 205 N/mm2，滿足要求！ 如果考慮到高支撐架的安全因素，適宜由下式計算 l0 = k1k2(h+2a) (2) k1 計算長度附加系數按照表1取值1.167； k2 計算長度附加系數，h+2a=1.7,按照表2取值1.024 上式的計算結果： 立桿計算長度 L0= k1k2(h+2a) = 1.1671.024(1.5+0.12) = 2.032 m； L0/i = 2031.514 / 15.9 = 128 ； 由長細比 l0/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.406 ； 鋼管立桿受壓應力計算值 ；=6379.36/(0.406424) = 37.058 N/mm2； 鋼管立桿穩定性計算 = 37.058 N/mm2 小于 鋼管立桿抗壓強度的設計值 f= 205 N/mm2，滿足要求！ 7.2梁底受力最大的支撐立桿穩定性驗算: 其中 N立桿的軸心壓力設計值，它包括： 梁底支撐最大支座反力： N1 =8.467 KN ； 腳手架鋼管的自重： N2 = 1.20.129(11-2.1)=1.704 KN； N =8.467+1.704=9.845 KN； 軸心受壓立桿的穩定系數，由長細比 l0/i 查表得到； i計算立桿的截面回轉半徑 (cm)：i = 1.59； A 立桿凈截面面積 (cm2)： A = 4.24； W立桿凈截面抵抗矩(cm3)：W = 4.49； 鋼管立桿軸心受壓應力計算值 ( N/mm2)； f鋼管立桿抗壓強度設計值：f =205 N/mm2； l0計算長度 (m)； 如果完全參照扣件式規范不考慮高支撐架，按下式計算 l0= k1uh (1) k1 計算長度附加系數，取值為：1.167 ； u 計算長度系數，參照扣件式規范表5.3.3，u =1.7； 上式的計算結果： 立桿計算長度 L0= k1uh = 1.1671.71.5 = 2.976 m； L0/i = 2975.85 / 15.9 = 187 ； 由長細比 l0/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.205 ； 鋼管立桿受壓應力計算值 ；=9845.45/(0.205424) = 113.27 N/mm2； 鋼管立桿穩定性計算 = 113.27 N/mm2 小于 鋼管立桿抗壓強度的設計值 f = 205 N/mm2，滿足要求！ 如果考慮到高支撐架的安全因素，適宜由下式計算 l0= k1k2(h+2a) (2) k1計算長度附加系數按照表1取值1.167； k2計算長度附加系數，h+2a=1.7,按照表2取值1.024； 上式的計算結果： 立桿計算長度 L0= k1k2(h+2a) = 1.1671.024(1.5+0.12) = 2.032 m； L0/i = 2031.514 / 15.9 = 128 ； 由長細比 l0/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.406 ； 鋼管立桿受壓應力計算值 ；=9845.45/(0.406424) = 57.193 N/mm2；鋼管立桿穩定性計算 = 57.193 N/mm2 小于 鋼管立桿抗壓強度的設計值f= 205 N/mm2，滿足要求！ 模板承重架應盡量利用剪力墻或柱作為連接連墻件，否則存在安全隱患。 8. 鋼管、扣件的質量控制 (1)事前要求施工單位采用現行國家標準直螺紋電焊鋼管（GB/T3092）中規定的3號普通鋼管，其質量應符合現行國家標準碳素結構鋼（GB/T700）中Q235-A級鋼的規定。 (2)對于扣件質量，我們要求采鍛鑄鐵制作的扣件，其材質符合現行國家標準鋼管腳手架 經濟 界斤斤計較扣件（GB15831）的規定。扣件使用前應進行質量檢查。出現滑絲的細栓必須更換，扣件應做防銹處理。 (3)鋼管、扣件必須具有產品質量合格證正慢慢，生產許可證、簽訂購租用合同要明確產品質量責任。 (4)對上述要求落實情況進行檢查，各種質量合格證明文件齊全。對扣件螺栓擰緊力矩用擔力板進行復查，擰緊力矩均在40 Nm 65Nm之間，扣件的承載力得到保證。 9. 搭設質量控制 搭設質量不合格往往是造成模板高支架坍塌而發生安全事故的主要原因之一 ，主要表現為未按方案要求進行搭設，如立桿間距偏大，不設掃地桿和水平桿或水平桿和掃地桿只單向設置。立桿上部搭接不符合要求，垂直和水平剪刀撐不到位、支撐架不是由專業架子工搭設。重點開展以下安全工作 ： (1)要求施工單位項目部明確方案編寫人為高支撐架施工負責人，負責全過程的管理工作，在高支撐搭設拆除和砼澆筑前，技術人員須向作業人員進行技術交底。 (2)對搭設操作人員的資質進行審查，從事高支撐架搭設，拆除人員必須持證上崗。 (3)督促搭設操作人員嚴格按批準方案內容和專家組論證審查意見進行。方案未經原審批部門同意，任何人不得修改變更。 (4)增加搭設過程進行巡視的次數，加強檢查，發現問題及時要求整改。 搭設過程中存在