模板支架设计计算基本原理和关键事项

奋斗 2024/6/17 16:22:51 浏览量:834

  模板支架是由杆件或结构单元、配件通过可靠连接而组成的脚手架,它支承于地面或工程结构上,可承受各种荷载,具有安全保护功能,同时也为工程施工提供支撑和作业平台。

 

  模板支架的计算应根据架体构造、搭设部位、使用功能、荷载等因素确定设计计算内容。一般来说,模板支架的验算内容应包含:

 

  水平杆件抗弯、抗剪、挠度和节点连接强度验算;

 

  立杆稳定性验算;

 

  基础承载能力验算;

 

  架体抗倾覆验算。

 

  根据《施工脚手架通用规范》GB55023-2022,架体抗倾覆验算脚手架结构设计计算应依据施工工况选择具有代表性的最不利杆件及构配件,以其不利截面和不利工况作为计算条件,计算单元的选取应符合下列要求:

 

  应选取受力最大的杆件、构配件;

 

  应选取跨距、间距变化和几何形状、承力特性改变部位的杆件、构配件;

 

  应选取架体构造变化处或薄弱处的杆件、构配件;

 

  当脚手架上有集中荷载作用时,尚应选取集中荷载作用范围内受力最大的杆件、构配件。

 

  1.构造措施的重要性

 

  脚手架设计计算的基本假定是脚手架设计计算的前提条件,是靠构造设置来满足的。对于支撑脚手架而言,边界条件主要是纵向和横向水平杆、竖向(纵、横)剪刀撑、水平剪刀撑、斜撑杆、扫地杆的设置。

 

  脚手架的设计计算模型与脚手架的构造相对应。当构造发生变化时,设计计算的技术参数也要发生变化。当剪刀撑、水平杆、扫地杆、节点连接形式等按不同构造方式设置时,架体的稳定承载力会存在很大差别。

 

  以Z型盘扣式脚手架为例,进行斜撑和悬臂长度的重要性进行对比。

 

  根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011,设置剪刀撑比不设置临界荷载提高26%~64%(不同工况)。

 

  根据《扣件式钢管模板支架剪刀撑研究》——葛召深(财企[2006]376号),支架的承载能力随剪刀撑设置的加强而提高,按斜框格占总框格的比例而言,占5%左右时应力可提高30%左右,占15%~20%时应力可提高1.5倍左右,大于15%时未见有显著提高。剪刀撑上表面应力的急剧变化与支架倒塌破坏状态一致,说明剪刀撑是支架破坏前的最后支撑,剪刀撑及其旋转扣件也支撑不住时,支架将被破坏。

 

  根据《扫地杆对扣件式钢管脚手架结构承载力的影响》——卓新,扫地杆离地高度的布置对整个脚手架的稳定性和承载力极其重要。在一定范围内,随着扫地杆离地高度的增大,整个脚手架的位移逐渐加大、稳定承载力逐渐减小,不布置扫地杆时更会产生剧烈的变化。

 

  2.脚手架结构的设计

 

  根据《施工脚手架通用规范》GB55023-2022,脚手架结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

 

  脚手架承载能力极限状态可理解为架体结构或结构件发挥最大允许承载能力的状态。(基本组合)

 

  脚手架正常使用极限状态可理解为架体结构或结构件变形达到使用功能上允许的某个限值的状态,主要是针对架体结构或某些结构件的变形必须控制在满足使用要求的范围而言。过大的变形会造成使用的不安全和心理上的不安全,支撑脚手架如发生过大变形可能会影响工程结构质量。(标准组合)

 

 

  3、荷载分项系数的选取

 

  根据《施工脚手架通用规范》GB55023-2022,脚手架设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,并应以分项系数设计表达式进行计算。现阶段,根据《工程结构通用规范》GB55001-2021、《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018,房建工程不论是永久结构设计还是临时结构设计,永久荷载分项系数都应取1.3,可变荷载分项系数都应取1.5

 

  下图为荷载分项系数发生变化后,模板工程相关计算带来的影响。

 

 

  4.连续梁计算模型的选取

 

  根据JGJ162-2008,模板可按简支跨验算,应验算跨中和悬臂端最不利抗弯强度和挠度。根据T/CCIAT 0003-2019,模板与支承模板的主、次楞梁应进行跨中与悬臂端的抗弯强度验算与挠度验算。模板宜按三跨连续梁计算;当楞梁连续跨数超过三跨时,宜按三跨连续梁计算;当楞梁连续跨数小于三跨时,应按实际跨数计算。

 

  连续梁计算模型的选择是大家疑惑比较多的点,一般情况下,板模板考虑弯矩最不利原则面板按简支梁验算,梁模板面板按实际垮数。主次龙骨应根据材料长度、支座间距综合考虑,一般情况下建议二等跨连续梁或者三等跨连续梁。

 

  5.水平杆件允许挠度的选取

 

  根据JGJ162-2008,当验算模板及其支架的刚度时,其最大变形值不得超过下列容许值:

 

  对结构表面外露的模板,为模板构件计算跨度的1/400;

 

  对结构表面隐蔽的模板,为模板构件计算跨度的1/250。

 

  考虑到现场实际情况以及相关规范要求,建议选择为模板构件计算跨度的1/400作为允许挠度。

 

  6.施工荷载的选取

 

  根据《施工脚手架通用规范》GB55023-2022,一般浇筑工艺应取不小于2.5kN/㎡,此处需要注意桥梁工程应取不小于4.0kN/㎡

 

  一般浇筑工艺一般情况下指天泵、塔吊吊料斗等施工工艺。根据《施工脚手架通用规范》GB55023-2022,水平泵管应取不小于4.0kN/㎡。布料机纳入到其他可变荷载考虑,一般情况下应取不小于4.5kN/㎡,这里需要注意当布料机支腿以集中荷载形式作用在钢筋支架上时,应单独计算。

 

  7.影响受弯构件(水平构件)验算结果的因素

 

  结构类型(影响结果:弯矩M、剪力V,尽量避免悬臂结构,或悬臂过长,尽量避免荷载集中作用跨中)

 

  跨度(影响结果:弯矩M、剪力V,跨度影响较大,如果计算结果相差很大优先考虑减小)

 

  材料截面(影响结果:截面面积A、截面抵抗矩W、截面惯性矩I,根据荷载大小合理选用材料截面)

 

  材料类型(影响结果:抗弯强度[f]、抗剪强度[τ]、弹性模量E,根据荷载大小合理选用材料类型)

 

  荷载大小(荷载取值对于特定的工况为确定值,但可以通过减小各水平杆件间距来减小荷载面积)

 

  8.影响立杆稳定性验算结果的因素

 

  间距(影响结果:弯矩M、剪力V,间距影响较大,如果计算结果相差很大优先考虑减小)

 

  步距(影响结果:计算长度,从而影响长细比,看架体计算长度修正系数而定,一般影响较小,结合现场实际情况调整)

 

  材料截面(影响结果:受力截面面积A、截面惯性矩I、回转半径i,根据现场实际截面调整)

 

  材料类型(影响结果:材料强度允许值,针对结构荷载较大时,无法通过调整间距满足要求时,可考虑增强材料。)

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