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摘要：目前有关高支模的国家规范尚未正式颁布，在高支模的设计和施工方面还没有一个统一的标准，导致高支模施工坍塌事故时有发生。本文研究重点就是关于高支模在施工过程中所产生的问题，并结合这些问题给出了相应的对策，为后续开展此方面的研究指明方向，同时也为相关规范规程的编制奠定一定的基础。
关键词：高大模板支架;施工技术;稳定承载力;荷载组合;规程
引言：随着我国建筑技术的快速发展，高大模板支撑体系事故的频繁发生，已经成为影响我国建筑技术健康、可持续发展的阻碍，成为我国建筑技术研究的一根软肋。高支撑架因其施工灵活方便、成本低，在建筑模板工程中被广泛应用。现如今，我国经济的快速发展推动了房地产行业的迅速崛起，我国基础设施建设的投入力度也在不断的加大，建筑行业正呈现出迅猛的发展势头，并取得了一定的发展成果。扣件式钢管支模在水平混凝土高大支模中的运用十分广泛，然而由于各种因素的影响以及施工水平的限制，在施工过程中仍旧存在着许多问题。
1.关于高支模研究现状
1.1关于高大模板支架的定义
模板支撑体系主要由扣件式脚手架、碗扣式脚手架、门式脚手架等搭设而成，是可反复装拆使用的临时工程结构。但目前对高大模板支架还没有统一的定义。根据文献我们得知，可将采用扣件式钢管脚手架材料搭设的、支撑高度不小于4.0m的梁板楼握磕模板支撑架，称为扣件式钢管梁板模板高支撑架;建设部《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》规定:高大模板支撑体系淌称高支模提指搭设高度超过8m或跨度超过18m或施工总荷载大于10kN/m2，或集中线荷载大于15kN/m2的模板支撑体系。而《广东省建设工程高支撑模板系统施工安全管理办法》规定:高支模是指支撑高度不小于4.5m的模板系统。可以看出，关于高支模的定义，建设部、省级单位和国家相关规范主要起草人之间的意见是不统一的，这种不统一将会直接导致管理及技术人员对相关规范和法规的不信任以及现场管理的混乱。因此，应对国内外模板工程倒塌的工程案例归纳总结，进行倒塌原因分析，特别是倒塌架体的高度、所承受的荷载以及架体搭设情况，建立概率模型，给高支模一个科学合理的定义。
1.2高支模计算模式的研究进展
在高大模板支架空间结构体系设计计算模式的研究中，已经颁布实施的.JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》虽编写了一节“模板支架计算”，但存在重要疏漏，其所给出的计算模型的实质是:模板支架在临界荷载作用下发生局部失稳，立杆的计算长度等于立杆步距;当立杆端部有外伸高度时，规定外伸部分按2倍长度计算并加到顶部步距上。对此规定，规范说明中的解释是参考了英国标准的规定，但已有很多学者提出质疑。杜荣军指出:英国标准与我国标准的建立基础不同，构造要求相差也较大，这样的搬用是不安全的。对于扣件式钢管作为高支模的支撑架，目前的计算模型主要有两个:多层排架模型和有侧移刚架模型。排架模型是从升板式建筑结构群柱稳定性研究成果引申而来的，由于其模板支架是上下两端铰接的多层排架，其稳定性可以简化为一根两端铰接的等代柱的稳定性，等代柱的刚度等于该多层排架单柱刚度的总和，等代柱的计算长度为多层排架柱的高度;框架模型则引入框架结构计算理论。杜荣军提出，用钢结构理论中的有侧移框架模型对双排脚手架进行稳定性分析，并应用于模板支撑架的计算，而对于非刚接的框架，柱的计算长度系数不套用我国GB50017-2003《钢结构设计规范》中表D-1/D-2给出的计算公式和有关数值。而赵滇生于2007年提出，运用有多个弹簧支座的多节间连续压杆的理论模型，综合考虑水平杆及剪刀撑对稳定承载力的影响，以控制模板支架的整体稳定。该模型以能量法求解得到了支架单杆的线弹性屈曲计算公式。但模板支架因为存在材料、几何非线性以及各种缺陷，而且模板支架作为一种空间结构受到体型、边界条件等一系列问题的影响，该文仅以平面单杆模型进行简化分析，结论只可为高支撑架的设计和稳定计算提供参考，无法真正控制高大模板支架的整体稳定。LIGHTFOOT和OLIVETO分别采用弹性屈曲分析和塑性分析方法计算模板支撑体系的稳定承载力。Huang提出了一个2-D模型和一个更为简化的闭合求解法来得到模板支架的极限承载力。熊耀莹指出，从我国进入新世纪以来，模架事故并没有因为国标.JGJ130-2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的颁布面减少，有时一次就伤亡十多人。虽然每次事故都有这样或那样的具体问题，但问题比较集中，这是值得我们深思的。通过调研和试验研究，根据文献我们可以得出，上述计算模型都是建立在不变形假定的基础上，而模板支架在正常使用状态下的初始缺陷和失稳前后的变形较大，加上节点的半刚性程度随机性也较大，凸显了不变形假定在该结构计算时的不适应性。同时，鉴于设计计算模型直接关系到模板支架的安全，使此问题的研究显得十分迫切。
2.设计和安装上容易出现的问题分析
2.1设计上的部到位
大量工程实践表明，设计上的问题主要有以下3个:
(1)施工技术人员对相关的施工规范和标准的理解不到位，设计选取的荷载等数据有误;(2)施工技术人员缺乏扎实的力学数学基础，设计计算不齐全、不规范、不正确;(3)由于缺乏现场施工的经验，方案中欠缺施工的大样和详图，对现场施工起不到应有的指导作用。
2.2安装上的不到位
(1)地基承载力不足;(2)扫地杆、纵横水平拉杆不足;(3)纵横剪力撑不足;(4)顶托、底座伸出钢管部分长度超出规定;(5)钢管垂直度超出规定;(6)水平杆步距过大;(7)支架未与既有墩柱进行有效连结。
3.扣件式钢管支架施工的设计要点分析
3.1荷载组合
建筑工程实践表明，在设计梁的底模板和支架阶段，荷载主要来自于水下和竖直两个方向，水平荷载主要是风荷载。竖直则有以下四个部分组成:(1)模板及整个支撑体系的自重;(2)新浇筑混凝土的自重;(3)钢筋的自重;(4)对混凝土实施振捣时产生的荷载。所以，荷载的设计值针对工程中的实际情况在荷载的标准值的基础上乘以荷载分项系数(对于恒载系数取1.2;活载取1.4)。
3.2水平钢管杆件抗弯设计
水平钢管杆件抗弯设计包括抗弯强度、挠度和抗滑承载力3个方面。应该根据相关规范和标准对这3个方面进行计算，通常在设计计算时，会遇到以下两种情况:
(1)如果通过计算后发现抗弯强度和挠度不能满足标准要求时，根据实践经验，可以通过调整立杆间距的办法来调整水平凡钢管杆件的跨度，确保其能够满足抗弯强度和挠度的要求。(2)如果通过计算后发现水平杆件的抗弯性能存在问题时，根据实践经验，通常也是采用改变立杆间距的办法，对水平杆件的受力跨度进行一定的调整，确保其受力状态满足标准要求。
3.3立杆稳定性和强度设计
(1)结合各种因素，将标准中的公式和实际情况相结合起来计算模板支架立杆的计算长度。(2)从小组合风荷载和组合风荷载两种情况入手计算立杆稳定性，如果在计算中发现立杆稳定性达不到要求，根据实践经验，通常采用的是双立杆，或是改变立杆间距和步距的办法，对整个高支架体系的受力状态做出相应的调整，确保满足规范的要求。(3)在实践中，我们有时会遇到脚手架被破坏，其表现形式大多为整体失稳，其原因是因为排架支撑体系以等步距和纵距搭设在均匀布设的施工荷载下，立杆局部稳定的荷载临界值比整体稳定的荷载临界值要高。针对这一实际，在具体的立杆抗压强度计算时，只需要计算满足整体稳定性的设计值。
3.4整体体系抗倾覆验算
具体的计算示意图如图1所示，按照规范中的相关公式进行精确的验算。
如果验算后，整个体系达不到抗倾覆标准的要求，根据实践经验，通常是借助增加斜撑、抛撑或是架体配重的办法，来增加整体体系抗倾覆弯矩值。
4.扣件式钢管支架施工的安装要点分析
4.1地基基础
大量的工程实践表明，对于支撑系统来说关键要靠地基的承载能力，地基基础的承载力必须要能满足设计要求。对于一个具体的工程项目，如果是不能满足承载力要求的不良地基，首先就必须进行平整压实，必要时进行不良地基土改造。
对于工程中如果遇到的土质吸水性比较强，在其面层最好增加一层透水性比较低的硬壳层，例如借助石屑稳定土盖面。在房屋建筑中，考虑到有大截面混凝土构件的支撑作用，向下传递到楼板上的荷载通常情况下要比其设计荷载要大出很多，所以，我们在施工中大多要保留下层相应位置的支架，以提高下层楼板和支架的安全性能。除此之外，施工中还应注意到地基应力叠加会对地基的承载力构成一定的影响，考虑到这一点，在计算时，基底受力面积叠加部分不应该重复计算。
4.2垂直度
目前，虽然还没有一项具体的数据可以用来肖接地反映出钢管垂直度及支架整体垂直度对支架承载力的影响程度到底有多大，不过大量的理论研究和实践表明，这个影响值是巨大的。
4.3纵、横水平杆和剪刀撑
大量工程实践表明，在实际的工程中如果纵、横水平杆和剪刀撑的不足，将直接导致高支模体系的整体刚度缺失，这是造成支架失稳甚至坍塌的原之一。根据相关规范和要求，要做好以下几点:
(1)模板支架4边与中间每隔4排支架立杆应设置1道纵向剪刀撑，布设原则上是山底部向顶部连续设置;(2)在实践过程中如果是高于4m的模板支架，其2端与中间每隔4排立杆须从顶部开始向下每隔2步设置1道水平剪刀撑;(3)在角度和根数的设置上也要严格按照规范来布设每道剪刀撑跨越立杆的根数。(4)每道剪刀撑宽度应至少为4跨，同时不能小于6m,斜杆与地面的倾角宜在45-60度之间;(5)主梁下方模板支撑立柱必须设置剪刀撑。
4.4顶托、底座
大量工程实践表明，一旦顶托伸出长度或底座伸出长度超出了300mm时，很容易导致支架偏心受力，致使支架的承载能力大为降低。因此在施工的过程中，我们必须严格限制底座的伸出长度，确保期其符合规范的相关要求。如果部分顶托由于客观原因致使伸出长度必须大于300mm时，通常可以借助横杆连接实施加固，一定要保证其稳定性。除此之外，工程中为增加安全储备，通常在实施立杆计算长度的计算时，a0取值为500mm。
5.结语
综上所述，随着建筑工程规模的不断扩大，高大模板施工变得越来越多，从建筑安全角度出发，做好扣件式钢管支架的设计、安装显得尤为重要，望能引起各位同行的重视，一起努力减少模板支架安全事故的发生。希望本文的撰写能够为同类工程作参考和借鉴。
参考文献：
[1]侯和涛，李国强.初始几何缺陷对非强支撑钢框架柱性能的影响[J].工程力学，200825(3):85-90.
[2]葛召深，胡长明，工静，等.扣件式钢管模板支架剪刀撑研究[J].施工技术，200939(8):62-65.
[3]胡长明，董攀，沈勤，等.扣件式钢管高大模板支架整体稳定试验分析[J].施工技术，200939(4):70-72.
[4]杜荣军.扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全施工技术，2002(3)
[5]胡长明.高大模板扣件式支撑体系施工技术研究[R].西安:西安建筑科技大学，2008.
[6]肖炽，周观根，刘扬.扣件式钢管格构支架整体稳定性计算理论和试验研究[J].施工技术，2007.37(11):25-29.