高模板支架设计中的若干问题讨论

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摘要：本文根据高模板支架的受力特点，从整体稳定与局部稳定两个方面对支架设计中应注意的问题进行了分析，强调构造措施与分析计算模型的一致性。并且分析了支架高宽比、长细比以及横杆设置对支架承载力的影响。

关键词：模板支架稳定

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

1. 前言

随着建筑形式和功能的不断发展，公共建筑从其使用功能出发，通常存在底部大空间，使得门厅层高较高，或形成较高中庭。同时大底盘结构中，也存在高位转换等问题，因而在其混凝土顶板施工中搭设较高的模板支架是一个不可回避的问题。模板支架系统不同于一般的脚手架，其荷载包括混凝土和钢筋自重，施工活荷载，以及浇筑混凝土的冲击荷载，因而从结构的整体角度分析模板支架的承载能力显得非常重要。而施工单位在搭设模板高支架时，往往缺乏对高支架模板特殊性的认识。在支架搭设中凭经验，不进行分析计算，随意搭设；或只进行程序分析计算而忽略相关的构造要求，而这往往又是计算假定成立的重要依据，因而造成事故频发。所以近年来，模板支架坍塌在重大工程建设事故中一直占有较高的比例。

2. 支架倒塌原因分析

支架的受力主要是承受压力，因而稳定承载力的分析是其设计的重点。稳定设计应考虑两个层面的要求，一个是支架整体稳定的要求，另一个是构件（立杆）局部稳定性的要求。

2.1 整体问题分析

支架系统整体倒塌发生，一般有两种形式，一个是整体倾覆，一个是整体失稳。整体倾覆主要是有较大偏心，产生较大的倾覆力矩，而体系又缺乏必要的平衡约束；而整体失稳，更多是缺乏支架系统必要的支撑，支架的长细比值较大，其稳定承载力远小于强度承载力。本文从以下方面阐述防止支架整体破坏的措施。

(1)支架的高宽比值

若将支架体系看成一个整体，那支架的高宽比值反应了支架体系的抗倾覆能力。将支架系统作为分析对象，图.1，则支架底部应以不出现拉力为控制性条件。支架竖向荷载的偏心距应满足,见式(2-1)，由于混凝土浇筑难免出现偏心，同时支架的高度较高，偶然水平荷载FH作用的倾覆力矩力矩将会加大，这都会使偏心距可能不满足该条件。如图.1所示。

(2-1)

进而 (2-2)

e —支架体系总偏心e0 —竖向荷载Fv的偏心

FV — 竖向荷载FH — 竖向荷载

G —支架自重 H — 支架高度

L — 支架宽度

从式（2-2）可以看出，随着偏心系数和高宽比的增大，支架的底部将会出现拉力，使得支架底部压力分布不均匀，从而引发倾覆。因而在支架顶部沿双向设置侧向约束是提供支架平衡的必要措施。

（2）支架的长细比

支架整体长细比是一个比较复杂的问题，整体稳定本质而言，是一个几何非线性问题。而运用小变形情况下的内力结果进行稳定验算，则需要通过长细比进行等效，因而长细比在本质上不是一个完全的几何概念，而是一个力学概念。

根据Euler公式,构件的稳定承载力为：

(2-3)

其中 —构件长细比；

—构件回转半径

A —构件截面面积

I —构件的截面惯性矩

从式（2-3）可以看到，减小构架长细比将会极大地提高构件的稳定承载力。由长细比的定义可知，减小的措施分为：减小计算长度；增大回转半径。

减小计算长度最为直接的方法是设置侧向支撑点，如图2所示，但由于支架是由圆钢管构成，其线刚度较

弱，如果没有水平刚性构件的联系，侧向支撑并不能起到减少支架系统整体的计算长度的作用，空间作用不够明显，如图3所示。若设置横向水平支撑，如同设置了刚性铺板，与侧向支撑共同工作，才能有效的减小支架系统的计算长度，提高整体稳定承载力。因而在侧向支撑位置，同时设置横向水平支撑应是必要的构造措施。

增大支架系统的回转半径的方法，其核心是增大构件的抗弯刚度，由于支架系统类似于框架，其线刚度较小，侧移主要是剪切变形构成，其侧移较大，因而设置竖向支撑，增大其侧向刚度，将会明显提高稳定承载力，如图所示。但由于竖向支撑的设置是局部的，为了使竖向支撑与支架系统协调工作，提高体系的空间特性，设置水平支撑也是必要，实际设计中应控制竖向支撑与水平支撑的间距。

这与框架-剪力墙结构中的剪力墙与框架及楼板的协同工作原理是相似的。

2.2 局部稳定分析

当支架的整体稳定得到控制后，局部稳定问题就反映为支架立杆的承载能力问题。控制条件应采取：立杆的局部稳定承载力不低于支架的整体稳定承载力，即等稳定性。而立杆的稳定承载力同样取决于立杆的长细比值λ，因此控制立杆的计算长度成为支架立杆设计的重点。

如图6所示，立杆的间距反响了立杆的受荷范围，而横杆的间距则反映了立杆的计算长度问题。由于横杆的弯曲线刚度相比轴向线刚度较弱，因而横杆只能约束立杆的侧向位移，却不能约束其转动位移，这也就是在支架整体分析中强调设置侧向约束和纵向支撑的原因。因而在分析模型中将横杆与立杆的连接采用铰接是合理和偏安全的做法。另外需要重视的是：扫地杆和封头杆的作用，其分别控制了立杆上下悬伸的长度，特别是封头杆在实际设计和施工中往往忽略，造成工程事故。从图6中可以看到：立杆上下悬伸的部分，其计算长度系数应为2.0，而中部为1.0，因而规范规定扫地杆的高度不大于200mm。考虑施工情况，本文建议封头杆设置使得立杆上部悬伸的长度控制在200-300mm内。同时，保证扣件的连接紧密，保证立杆的轴心受力特点，没有偏心，以及支架的地基承载能力也是必要措施。

3. 结束语

支架的设计应采用结构的观点进行，构造要求是计算结果反映真实情况的保证，应得到充分的注意。同时在施工中，应严格进行检查，对杆件和扣件进行必要的验收，同时对施工人员进行必要的培训，持证上岗，对于支架搭设，严格按照图纸施工。只要对支架搭设持以谨慎和认真的态度，支架倒塌事故时可以杜绝和避免的。

参考文献

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