高大模板支撑系统的设计与施工技术分析
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摘要：现如今，建筑行业的快速发展，公共建筑、高架桥等大型建筑数量的剧增，使得高大模板支撑体系在建筑领域显得尤其重要。为保障施工过程中的人身、财产安全以及建筑物的使用性能，必须确保支撑体系的安全性。高大模板支撑系统的设计、施工必须严格遵守有关规定，减少坍塌事故的发生。
关键词：高大模板支撑系统；设计；施工
一、前言
当今我国建筑业迅速发展，尤其是大型建筑数量急剧增加，高大模板支撑体系也显得越发重要。目前高大模板支撑体系的主要形式是扣件式钢管脚手架，由于这类体系的跨度大、荷载重，国内高大模板支撑体系的理论、施工技术、标准规定还不能完全适应科学规范，因此坍塌事故频频发生，严重影响了人身、财产安全。
2009年10月26日颁布的建质[2009]254号《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》中提到的高大模板支撑系统是指建设工程施工现场混凝土构建模板支撑高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/m2，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。为预防坍塌事故，保证人身、财产安全，高大模板支撑系统的设计、施工必须严格遵守规定，确保施工安全。
二、高大模板支撑系统设计计算
目前国内较常用的高大模板支撑体系的形式是扣件式脚手架，一般由立杆、水平杆、垂直剪刀撑、水平剪刀撑、扣件、水平加强层、底支座等构成。
2.1设计计算内容
对于危险性较大的工程，其支撑体系设计的计算，除了需要计算支撑立杆的稳定性、扣件和连接件的承载力以及地基承载力之外，还必须进行整体结构分析、抗倾覆计算以及支撑立杆弹性压缩变形、接头处的非弹性变形、由于温度变化引起的线弹性变形的计算。稳定承载力是保证高大模板支撑体系安全的关键，影响其稳定的因素很多，包括斜杆支撑的布置、顶杆伸出长度、架体高度、立杆间距、水平杆步距、荷载大小等。
2.1.1脚手架荷载计算
荷载包括永久荷载和可变荷载两种，永久荷载是指钢管脚手架系统自身的荷载，即立杆、水平杆、斜撑、扣件、顶托等自身的重量所产生的负荷。可变荷载指施工人员、设备以及偏心荷载、诱发荷载产生的负荷。
根据《关于模板扣件钢管支撑系统诱发荷载讨论》规定，高大模板支架除偏心荷载外，还须考虑诱发荷载。当高大模板支撑体系受到水平方向的作用时需要有另一个方向相反、大小相等的反力与之平衡，这组力组成一力偶；所谓诱发荷载就是整个支撑体系不转动时，在支撑的各立杆中心应存在竖向力与之平衡，竖向荷载即为诱发荷载，主要指支撑系统在瞬间作用下引发的，如风载荷、振捣器的振动、混凝土输送泵等对立杆承载能力的削弱。偏心荷载是指荷载的作用线偏离构件的几何中心，此时构件既受压又受弯矩，在施工过程中，模板支撑体系存在很多小偏心荷载，通过扣件连接水平钢管和立杆时产生的偏心弯矩是不容忽视的，否则会导致立杆失稳。
2.1.2脚手架立杆和水平杆间距计算
脚手架设计计算涉及以下内容：（1）混凝土楼板模板下大横向水平杆验算，按二跨连续梁计算；（2）混凝土楼板模板支架立杆计算；（3）混凝土梁模板支架，确定立杆间距、水平杆步距以及板、梁下水平大横杆的间距和数量，控制立杆间距在1.2m之内，水平杆步距在1.5m之内。
2.1.3脚手架整体设计
由于脚手架节点为铰接，任何一个节点的失效都会致使杆件的失稳，导致整个体系的坍塌。脚手架抗侧力不足也会降低整个结构的稳定性。脚手架的稳定性关键在于钢管支撑系统和杆件局部的稳定，因此在设计模板支撑系统时要加强剪刀撑的布置，提高系统的抗变形能力。
2.2构造要求
必须采用钢管脚手架支撑梁模板；按照平面构件和模板工程支撑系统的全部荷载及支撑系统每层纵横方向水平杆之间的高度确定立杆的间距；纵横向水平杆间的距离最大不应大于1.8m；根据支撑高度和竖向荷载确定设置水平加强层；当支撑面积或高度大于等于支撑系统水平投影宽度的1.5倍时，还应设置剪刀撑。
三、高大模板支撑系统施工
高大模板工程危险性较大，对其要求要从安全谈起。高大模板支撑系统在施工之前应根据荷载、支撑高度，严格按照《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》编制专项施工方案，专项方案的编制工作其基本要求是保证安全，专项方案管理的核心要求是严格控制设计安全。专项方案先经过施工单位专业技术人员的审查，审查通过后由技术负责人签字，然后组织专家进行论证对施工方案进行修改完善，最后再次由施工单位负责人审核签字、项目总监理工程师与建设单位项目负责人批准签字后才能正式进入施工。
高大模板施工顺序依次如下：放出轴线、梁位置线；安装脚手架；在脚手架横杆上架设梁底纵横木枋；安装梁底模板、侧模板；在脚手架横杆上架设板底木枋；安装楼板模板；铺设钢筋、绑扎；梁、板混凝土浇筑；待混凝土达到强度等级；拆除脚手架顶托；拆除模板；清除模板；拆水平拉杆、剪刀撑、支架撑。
3.1保证排架的整体稳定性
排架的整体稳定性是高大模板支撑系统的首要关键因素。排架的搭设要严格按照施工方案进行，立杆间距、水平拉杆间距要控制好；纵横两方向均拉设水平拉杆；搭设竖向剪刀撑时要在两个方向都设扫地杆；加强节点嵌固能力。
搭设脚手架前，清除、平整场地，脚手架基础必须进行硬化处理，满足承载力要求，并保证排水畅通。水平杆搭设好后不得随意更改，纵横向水平杆接长采用对接扣件连接，必须设纵横向扫地杆。模板支架四周与中间支架立杆每隔四排应设纵向剪刀撑，由底至顶连接设置，剪刀撑间距不要超过4.5m，剪刀撑杆与立杆形成夹角保持在45°~60°之间。底支座一般用于立杆底面与支撑面之间的连接，与立杆共同承力并适当增大承力面积，便于支撑高度的调节。
3.2减小梁的跨中绕度
在梁的截面尺寸、模板材料、跨度及荷载确定的条件下，起拱是减小绕度的最有效途径，在一定意义上改变了支撑条件，使一部分竖向荷载转化为支座的水平力，并在梁的横截面间形成轴向压力。
3.3模板安装
按照施工方案确定模板支撑间距、搁楞间距。根据梁板结构跨度的大小选择起拱值，一般当跨度大于等于4m时，按1/1000~3/1000起拱。
3.4混凝土浇筑
高大模板支撑系统在浇筑混凝土时要严格控制浇筑厚度，禁止过高堆载。施工人员及设备不能过于集中。框架梁混凝土的振捣时间要合适。
3.5模板拆除
拆除高大模板支撑系统时要先从跨中开始，再向两端拆除；大梁拆除之前要确保楼层面混凝土强度达到100%；每层楼板模板拆除前要先进行试验检验，检验通过监理公司批准后才能拆除；拆除模板时，先松脚手架顶托，再撬动模板，然后拆除水平拉杆、剪刀撑和立杆。
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