模数化扣件式钢管脚手架在模板体系中的应用

朱永春

长期以来在现浇混凝土模板支架时,大部分施工企业都是采取普通扣件式钢管脚手架搭设,由于建筑层高的变化,普通扣件式钢管脚手架在搭设时,立杆均采用扣件搭接,在《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中6.3.5条和6.8.1.1条规定模板支架立杆必须采用对接连接,为满足规范要求,利用现有普通扣件式钢管脚手架立杆按建筑模数制作成不同长度,相互组合并辅以可调支撑头,可满足不同建筑层高的要求和规范要求。

1 模板脚手架立杆尺寸的确定

为满足不同层高使用,并考虑钢管本身的长度,以大量的中、小施工企业施工的住宅楼层高2.8 m为基准层高,再减去现浇板厚(120 mm)、主龙骨(100 mm ×100 mm)、次龙骨(50 mm×80 mm)、底部垫板(30 mm厚)和可调节支撑(100 mm～300 mm)的高度,将立杆基本尺寸定为2 250 mm,当层高有变化加高时再计入对接承插件(50 mm),并辅以按建筑模数制作成600 mm,900 mm,1 200 mm,1 500 mm,1 800 mm,2 100 mm的钢管,立杆采用承插件对接,钢管顶部采用承插U形托可调节螺杆支撑头,以保证模板承载体系的立杆轴心受压。

2 立杆对接承插件的连接和型式试验

2.1 立杆对接承插件的连接

钢管脚手架立杆的对接承插件参照《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》中连接上、下榀门架立杆钢管所使用连接棒的原理,采用力学性能不低于Q235-A级的无缝钢管,直径38 mm,壁厚不小于3mm,长350mm,利用长50mm的φ 48钢管焊接在其中部(此钢管起传力和固定钢管连接棒的作用)制作而成,见图1。普通钢管立杆内径约41 mm,对接承插件与立杆内壁的缝隙约1 mm～2 mm,符合规范中对连接棒的有关要求。模板脚手架按普通扣件式脚手架进行搭设,立杆模数化接长见图1。

2.2 对接承插件力学分析和型式试验

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中对“对接扣件”的技术要求主要是材料应采用力学性能不低于KTH330-08牌号(抗拉强度为 330 N/mm2,延伸率为 8%)的可锻铸铁或ZG230-450铸钢(屈服强度为230 N/mm2,抗拉强度为450 N/mm2);对接接头具有一定的抗拉能力(拉力P=4 kN时,位移 Δ≤2mm)。对钢管脚手架的竖向对接承插件进行型式试验只测试对接承插件的抗压强度,经过多组试验,φ 38钢管出现弯曲变形的平均极限值为126 kN,大于国家标准的要求50 kN,型式试验满足要求。

3 模数化钢管模板脚手架计算和优化

3.1 模数化钢管模板脚手架的计算和比较

根据一般工程设计现浇板为C25混凝土,厚度为 120 mm,楼板自重1.5 kN/m2,层高为3.6 m;现浇板模板面板采用12 mm厚的竹胶合板,主龙骨采用100 mm×100 mm的木龙骨,长度为2 500 mm,间距为1 300 mm,次龙骨采用50 mm×80 mm的木龙骨,间距为350 mm;支撑立杆间距为 1 300 mm,在梁下设立杆间距为1 300 mm;纵、横向水平横杆在架体底部和顶部200 mm设置,中间间距为1 500 mm,对整个模架进行计算如表1所示。当主龙骨的接长根据工程具体需要进行调整时,应使木方接头位置设置在U形可调节支撑处(见图2)。

1)通过表1数值对12 mm厚木胶合板计算(胶合板抗弯强度为15 N/mm2,弹性模量为5×103M Pa,净宽度为 350-60=290 mm),强度=0.83 N/mm2＜15 N/mm2,满足要求;挠度值 ω=0.13 mm≤[w]=0.725 mm,满足要求。

表1 12 mm厚木胶合板计算参数

2)次龙骨计算(抗弯设计强度 fm=15 N/mm2,弹性模量 E=1×104N/m2,木龙骨跨度为水平钢管间距,即1 300 mm),强度值δ=0.094 N/mm2＜fm=15 N/mm2,满足要求;挠度值 ω=1.7 mm≤[ω]=3.25 mm,满足要求。

3)方木主龙骨计算(抗弯设计强度 fm=15 N/mm2,弹性模量E=1×104N/m2,木龙骨跨度为立杆钢管间距,即1 300 mm),强度值 δ=10.9 N/mm2＜15 N/mm2,满足要求。挠度值 ω=2 mm≥[ ω]=L/1 000=1.3 mm,满足要求 。

4)对φ 48×3钢管立杆计算,荷载值(每根立柱承受1.3 m×1.3 m范围的荷载,倾倒混凝土产生的荷载为2 kN/m2)N=15.75 kN;稳定性值 L=1 600 mm,查表得允许荷载为:N=27.2 kN＞15.75 kN,满足要求。

5)模数化钢管模板脚手架与普通钢管模板脚手架自重的比较。a.普通钢管模板脚手架自重。当现浇梁、板施工钢管立杆采用扣件相互搭接的方式,或钢管立杆采用靠扣件通过水平钢管向下传力,以搭接的方式调整支设高度时,普通立杆的支设间距通常为900 mm,且平均每根立杆搭接按500 mm计算,每个节点均有纵横向水平杆拉结,立杆为 68.75 m,264 kg,水平杆为 114 m,437.76kg,共用扣件150个,202.5kg,模架自重为904.26kg,约547.02 N/m2。b.模数化钢管模板脚手架自重。模数化钢管模板脚手架立杆的支设间距为1 300 mm,立杆无搭接,每个节点均有纵横向水平杆拉结,立杆为27 m,93.96 kg,水平杆为70.5 m,245.34 kg,共用扣件72个,96.48 kg,模架自重为435.78 kg,约263.62 N/m2。通过上述数值比较模数化钢管模板脚手架自重比普通钢管模板脚手架自重减少283.4 N/m2,约减少1/2的自重,从而更有利于现浇板的质量。

3.2 模板的优化

模板在优化时,根据现场不同情况设计要求,可将上部主龙骨根据房间开间尺寸按照模数化配置,再与此支撑体系相结合组成模数化工具式模架体系,便于施工组装和重复使用。另外,在使用中由于承载力提高了,相应的增大了立杆的可调间距,在模板优化时使模架在平面内布置更加灵活,并可与模板可拆缝的设计相结合,组成更加合理方便的早拆体系,提高模板的使用效率。

4 实例

石河子某学校教学楼工程为5层框架结构,建筑面积34 020m2,地下一层(车库)层高为3.6 m,地上一层～四层(教室)层高为3.9 m,五层(多功能厅)层高为 4.2 m。每一层面积为 5 670 m2。根据本工程建筑物结构层高为3.6 m,3.9 m,4.2 m的特点,结合结构构件截面尺寸以及模板面板、主次龙骨的尺寸综合考虑选用模数化扣件式钢管系列组合,主立杆定尺钢管为2 250 mm等尺寸,根据层高等工程具体情况进行组配,地下一层采用的为2 250 mm+900 mm,二层～四层采用的为2 250 mm+1 200 mm,五层采用的为2 250 mm+1 500 mm等组合进行施工。根据该工程的具体施工情况,每层平均5 670 m2划分四段流水施工,每段约1 500 m2,共配置两段模板,通过计算支撑钢管由常规的间距900 mm改为现在的1 300 mm,可节约钢管约为 6 708 m,节约扣件数约为5 520个,由于立杆数量减少了6 708 m,扣件数减少了5 340个,减少了工人上扣件和立钢管的时间,同比人工功效提高20%左右,基础及主体施工时缩短工期7 d。

5 应用效果和优点

1)充分合理的利用现有普通扣件式钢管支撑材料,避免了材料的浪费。2)符合了《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中仅适用于轴心受压传力方式的要求,满足了施工质量要求,保证了模架的稳定性、安全性。3)采用符合建筑层高模数的系列定尺钢管后,既满足了在建筑层高内的高度调整,又满足了在层高变换情况下的高度调整。4)通过该体系的运用,减少了钢管、扣件的使用数量,提高了工效,降低了施工成本,缩短了工期。

[1] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(2002修订版)[S].

[2] GB 15831-2006,钢管脚手架扣件[S].

[3] JGJ 128-2000,建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范[S].

[4] JG 13-1999,门式钢管脚手架[S].

[5] 林婉华.建筑施工手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2003.