多層模板支撐體系的實(shí)測(cè)分析.doc

多層模板支撐體系的實(shí)測(cè)分析林璋璋 ,楊俊杰(浙江工業(yè)大學(xué) ,浙江 杭州 310014) 摘要 多層模板支撐體系是一個(gè)模板支架與主體結(jié)構(gòu)之間相互作用 、共同工作的支承體系 。這涉及主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度發(fā)展對(duì)支架體系的影響 ,支架體系自身的傳力路徑 ,合理的支撐布設(shè)與拆除時(shí)間對(duì)主體結(jié)構(gòu)安全的影響 。為了 探索體系內(nèi)的作用機(jī)理 ,對(duì)上述問(wèn)題作了工程監(jiān)測(cè)與研究 。 關(guān)鍵詞 多層模板支撐體系 ;框架剪力墻 ;現(xiàn)澆混凝土 ;鋼筋內(nèi)力 中圖分類號(hào) tu755122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 a 文章編號(hào) 100228498 (2005) 0320020204actual mea surement and analysis of multistory form strut systemlin zha ng2z ha ng , yan g j un2jie( zhejiang university of technology , hangzhou , zhejiang 310014 , china)abstract : the multistory form strut system is a supporting system of interaction and cooperation between theform strut and major structure . it involves the developing strength of the major structure effecting on the strut system ,the load path of strut system ,the arrangement and removal of strut effecting on the major structure . the engineering detection and analysis are for exploring the mechanism action of the system.key words :multistory form strut system ; frame and shear wall ; cast2in2place concrete ; stress of reinfoecement隨著建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展 , 建筑物施工進(jìn)度已基本達(dá)到一周一層 , 需要有更多的模板及支撐架來(lái) 滿足工程進(jìn)度 。目前我國(guó)大部分工程采用扣件式鋼管模板支撐體系 , 如果拆除時(shí)間要等到上層樓板結(jié)構(gòu)達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度 , 那么每個(gè)施工工地至少要配備 4套以上的模板及支撐架 , 這對(duì)于施工企業(yè)的資金及材 料周轉(zhuǎn)都產(chǎn)生較大的壓力 。由于施工進(jìn)度加快而產(chǎn)生的多層模板支撐體系 ,受力狀況十分復(fù)雜 ,無(wú)論設(shè)計(jì)單位還是施工單位對(duì)其受力特性的了解都甚少 , 往往出 現(xiàn)為趕施工進(jìn)度而盲目拆除支撐體系 , 為此已經(jīng)引起 了不少工程事故的發(fā)生 。目前對(duì)多層模板支撐體系的設(shè)計(jì)理論和工程控制方法方面均是按單層模板支撐體系考慮的 , 與實(shí)際工 程的差別較大 , 對(duì)多層模板支撐體系工作機(jī)理的研究 很少 ,尚無(wú)法對(duì)工程提出切合實(shí)際的意見(jiàn) 。為搞清現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)與支撐架之間的相互作用關(guān)系 , 特對(duì)某一高層住宅工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) , 完成了 1 個(gè)混凝土強(qiáng) 度增長(zhǎng)期的多層模板支撐體系受力檢測(cè) 。檢測(cè)結(jié)果基 本確立了在一個(gè)空間和時(shí)變體系內(nèi)認(rèn)識(shí)和研究多層模板支撐體系的概念 。檢測(cè)的 25 幢 樓 總 高 5513m , 18 層 , 地 下 室 1 層 , 層 高412m ,地 面 設(shè) 架 空 層 1 層 , 層 高 4117m , 標(biāo) 準(zhǔn) 層 層 高310m ,上部采用框架剪力墻結(jié)構(gòu) 。從結(jié)構(gòu)圖上分析 ,中 間套的客廳加餐廳部分的跨度和無(wú)梁支承面積較大 ,擬選定作為測(cè)試位置( 見(jiàn)圖 1) 。該開(kāi)間板厚為 130mm ,板底鋼筋均采用 10 150 ,短邊方向 ( 5m 跨度方向) 負(fù) 鋼筋亦為 10 150 ,長(zhǎng)邊方向負(fù)筋采用 8 150 。支撐體系所用材料主要有枋木 、48mm 315mm 鋼管 、鋼管扣件等 。梁下支架立桿沿梁縱向間距1 000mm ,橫向間 距1 500mm。樓板支架間距為1 500mm 1 500mm , 鋼管立桿與水平拉桿之間采用扣件相連接 , 水平拉桿設(shè)在立桿的中部 ,縱橫雙向設(shè)置 , 也采用扣件與立桿相連 ,在立桿的下部 , 靠近地面處設(shè)縱橫向的掃地桿 。另外 作為梁底模的支撐體 , 在梁底位置有一道水平桿 。在 立桿上還設(shè)置剪刀撐 , 間距6 000mm , 且每道支撐有 4根以上立桿相連 。2 實(shí)測(cè)方案211測(cè)試方法的選擇本次測(cè)試是在 1 個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的 施 工 環(huán) 境 下 的 測(cè)2 2試 ,要受到施工作業(yè)的影響 ,故必須考慮 1 個(gè)可靠的測(cè)試方案 。(1) 鋼筋混凝土板的 測(cè)試用 小 直 徑 振 弦 式傳感器測(cè)定鋼筋的應(yīng)變 。 振弦 式 傳 感 器 作 為 板 中 鋼筋的一部分 , 隨樓板施工一次性澆入 , 在混凝土 表面可設(shè)標(biāo)志點(diǎn) , 用機(jī)械 式應(yīng) 變 儀 測(cè) 出 混 凝 土 表混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)關(guān)系密切 。各層樓板的確參與了支撐體系的工作 。當(dāng)各樓層間存在支撐架時(shí) , 上部樓板的 施工會(huì)對(duì)下部各層樓板內(nèi)力產(chǎn)生影響 , 這種影響與支 撐架及樓板本身的剛度有關(guān) 。當(dāng)上部樓板的混凝土強(qiáng)度趨于穩(wěn)定后 ,下傳的影響力也會(huì)趨于平穩(wěn) ,但這種影 響會(huì)保持至支撐架的拆除 。由此可以證明 , 在多層建 筑快速施工中 , 現(xiàn)行模板支撐體系的設(shè)計(jì)中將樓板結(jié)構(gòu)排除在外是不合理的 , 它與支撐架共同組成了整個(gè) 支撐體系 。由實(shí)測(cè)結(jié)果得到的各層鋼筋內(nèi)力變化規(guī)律如圖 2所示 ,從圖中可以看到 , 混凝土澆注以后 2d 內(nèi)鋼筋內(nèi) 力是向受壓方向變化的 , 這與理論的計(jì)算不一致 。這 主要是由兩個(gè)方面造成 , 一方面是混凝土的早期收縮引起鋼筋的受壓 , 另一方面是由于混凝土的硬化過(guò)程 中 ,鋼筋與混凝土的咬合力還未能充分體現(xiàn) ,又由于支 撐架體系的存在 ,樓板自重引起的鋼筋受拉力不太大 ,使樓板內(nèi)力向受壓方向變化 。但受壓力并不大 , 且很 快轉(zhuǎn)向受拉力 。面應(yīng)變 。圖 1 測(cè)試開(kāi)間示意(2) 扣件式鋼管支架的測(cè)試以立桿的軸力測(cè)試為主 。軸力采用荷載傳感器測(cè)定 。212測(cè)點(diǎn)布置(1) 樓板測(cè)點(diǎn)的布置板跨中區(qū)域內(nèi)按短邊方向布置測(cè)點(diǎn) ,每層的短邊方向布置 2 條測(cè)線 ,每條測(cè)線內(nèi)有 3 個(gè)鋼筋計(jì) ,其中 1 條測(cè)線對(duì)準(zhǔn)支撐位置布置 , 另 1條測(cè)線位于 2 排鋼管之間 , 測(cè)試元件與樓板鋼筋一起 澆入混凝土中 , 對(duì)應(yīng)地在樓板表面布置機(jī)械式應(yīng)變測(cè) 試點(diǎn) ( 用鋼筋頭作為測(cè)點(diǎn)位置 ,用手持式機(jī)械應(yīng)變儀測(cè)試) 。在板跨中測(cè)試區(qū)對(duì)應(yīng)的板邊上設(shè)板邊測(cè)試區(qū) ,每 個(gè)測(cè)試區(qū)內(nèi)在同方向上設(shè) 3 個(gè)鋼筋計(jì)測(cè)試點(diǎn) ( 兩個(gè)方向共 6 個(gè)) ,也同樣設(shè)鋼筋頭作機(jī)械應(yīng)變測(cè)試點(diǎn) 。每層共 12 個(gè)鋼筋計(jì)和 12 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn) 。(2) 管支架立桿的測(cè)點(diǎn)布置 在樓板測(cè)試區(qū)域內(nèi) 選擇支撐立桿進(jìn)行觀測(cè) ,其中跨中測(cè)區(qū)內(nèi) 4 個(gè)測(cè)試桿 , 在板邊測(cè)區(qū)每個(gè)方向內(nèi)設(shè) 2 個(gè)測(cè)試桿 。測(cè)試桿采用與 其它支撐桿相同的鋼管 , 在每個(gè)測(cè)試桿下設(shè) 1 個(gè)荷載 傳感器 ( 傳感器上下與鋼管及樓板接觸處均要用厚度10mm 的鋼板作為墊板 , 當(dāng)樓板表面不平整時(shí) , 應(yīng)先用砂漿找平) 測(cè)出立桿所受的軸力 。213 數(shù)據(jù)的采集板和支撐體系的測(cè)定時(shí)間在澆注第 1 層樓板前開(kāi) 始 ,以工藝過(guò)程為測(cè)試時(shí)間的控制條件 ,即每次變換工藝前后都要采集測(cè)試數(shù)據(jù) , 以反映每個(gè)工藝對(duì)體系內(nèi) 力變化的影響 。模板支撐完成前后 , 混凝土澆注前后 均要進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試 ?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作歷時(shí) 1 個(gè)多月 , 對(duì)25 幢樓的第 1316 層樓板內(nèi)布設(shè)了鋼筋應(yīng)力計(jì) ,在 1314 層 、14 15 層 、15 16 層的支撐架立桿下設(shè)置了 軸力傳感器 。從第 13 層澆注混凝土?xí)r開(kāi)始測(cè)試 ,一直 到第 18 層樓板混凝土澆注完成后結(jié)束 。3 測(cè)試結(jié)果分析311 板中鋼筋受力規(guī)律在整個(gè)施工過(guò)程中 , 板中的應(yīng)力隨著施工工藝不圖 2 13216 層板中鋼筋內(nèi)力變化從鋼筋的內(nèi)力變化規(guī)律可見(jiàn) , 樓板中鋼筋內(nèi)力的 峰值一般會(huì)出現(xiàn)在 2 個(gè)時(shí)段 : 第 1 時(shí)段是在上層混凝 土樓板澆注之后 ( 見(jiàn)圖 3) , 由于本層樓板是上層樓板 模板支架的基座 , 支撐立桿把上層現(xiàn)澆混凝土的自重 及模板支架重量和施工荷載直接傳給該層樓板 , 同時(shí) 由于本層混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不長(zhǎng) ( 約 7d 左右) ,其強(qiáng)度 和剛度均未達(dá)到設(shè)計(jì)值 , 則樓板混凝土所承擔(dān)的內(nèi)力 相對(duì)偏小 ,而鋼筋相應(yīng)就要承擔(dān)較多的內(nèi)力 ,所以鋼筋 的受力達(dá)到了峰值 。第 2 個(gè)出現(xiàn)峰值的時(shí)段是在上面 第 2 層澆注完畢且本層自身的下部支撐拆除之后 ( 見(jiàn) 圖 4) ,其原因是下部支撐拆除之后樓板上的荷載不能 直接通過(guò)支撐立桿向下一樓層傳遞 , 而必須全部由本 樓層樓板承擔(dān) , 致使本層樓板內(nèi)的鋼筋受力又達(dá)到一 個(gè)新的峰值 。實(shí)測(cè)的鋼筋內(nèi)力在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中是隨時(shí)間和工 藝的變化而不斷改變的 ,首先 ,當(dāng)樓板中鋼筋內(nèi)力達(dá)到第 1 個(gè)峰值后 ,隨著新澆層樓板混凝土強(qiáng)度提高 ,結(jié)構(gòu)的整體剛度增加 , 樓板內(nèi)鋼筋內(nèi)力持續(xù)減小 。隨著工少上部樓板結(jié)構(gòu)下傳的荷載 ,但與此同時(shí) ,上部樓板結(jié)構(gòu)也參與現(xiàn)澆樓板的整個(gè)支撐系統(tǒng) ,因此 ,支撐架立桿 上的軸向力隨著樓層的增加基本上不再增加 , 反而會(huì) 隨著現(xiàn)澆層的遠(yuǎn)離而有所下降 。這也與支撐架與樓板的共同作用導(dǎo)致樓板結(jié)構(gòu)變形有關(guān) , 而這些因素都是 在現(xiàn)行支撐體系的設(shè)計(jì)中所不考慮的 。同樣也是支撐 架與樓板共同作用的根本所在 。剪力墻邊支架立桿的支撐力開(kāi)始時(shí)沒(méi)有跨中增長(zhǎng) 得快 ,但當(dāng)樓層數(shù)逐步增加 ,導(dǎo)致跨中立桿軸力開(kāi)始下 降時(shí) ,墻邊支架軸力仍有所增加 ,也即墻邊支架立桿軸力的增長(zhǎng)要晚于跨中支架立桿 , 同時(shí)出現(xiàn)峰值的時(shí)間 也會(huì)延遲 ,甚至延遲至樓板下層支撐架拆除以后( 見(jiàn)圖5) 。究其原因 ,這主要與剪力墻直接承受上部樓板與 墻體的自重作用 ,隨樓板混凝土強(qiáng)度與剛度的增加 ,通 過(guò)跨中下傳的豎向荷載減少的作用對(duì)剪力墻邊支撐表現(xiàn)不明顯 。而且當(dāng)樓層支撐拆除后 , 跨中豎向荷載的 下傳路徑全部轉(zhuǎn)向剪力墻 , 導(dǎo)致了墻邊支撐的軸力增 加 。在框架結(jié)構(gòu)的梁下模板支撐架也會(huì)出現(xiàn)類似的現(xiàn)象 。故施工設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)加密梁下附近的支撐數(shù)目 , 不 僅可以滿足澆注時(shí)的要求 ,在施工過(guò)程中也是需要的 。圖 3 第 1 時(shí)段鋼筋內(nèi)力峰值示意圖 4 第 2 時(shí)段鋼筋內(nèi)力峰值示意小 , 雖然現(xiàn)澆樓層混凝土的自重會(huì)通過(guò)支架立桿傳遞 給下部的多層樓板 , 但所傳遞的量值逐層明顯減小 。 一般現(xiàn)澆層對(duì)以下數(shù)層樓板鋼筋內(nèi)力有影響 , 但能使 樓板中鋼筋內(nèi)力出現(xiàn)新的峰值的最多只有兩層 , 也即 現(xiàn)澆層的直接支承層以及再往下一層 。從樓板鋼筋內(nèi) 力的發(fā)展過(guò)程可以認(rèn)為現(xiàn)澆層以下第3層樓板退出模 板支撐體系已經(jīng)具備條件 。但是還要分析該層樓板的 支撐體系拆除時(shí)上一層樓板可能出現(xiàn)的鋼筋內(nèi)力峰值 大小 。從測(cè)試結(jié)果分析 , 樓板內(nèi)的鋼筋的峰值內(nèi)力雖不 大 ,但混凝土的受拉應(yīng)變較大 。這正反映了現(xiàn)在施工 當(dāng)中樓板在局部地方會(huì)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象 。因此 , 過(guò)早 拆除模板的支架 ,對(duì)樓板混凝土的受力是不利的 ,應(yīng)在 校核該層樓板內(nèi)力第 2 個(gè)峰值出現(xiàn)時(shí)樓板混凝土抗裂 條件能滿足時(shí) ,才能拆除其下的支架 。具體地說(shuō) ,就是 現(xiàn)澆層以下至少要有 2 層樓板參與支撐體系 , 即至少 要有 2 套模板及支架同時(shí)處于工作狀態(tài) , 才能對(duì)樓板 的安全和正常使用有最基本的保障 。212支撐架立桿上的軸力變化規(guī)律 支撐架立桿的穩(wěn)定是整個(gè)模板支撐體系安全性的關(guān)鍵 。立桿的軸力也同樣受到施工工藝和整個(gè)支撐體 系的相互影響 ,從檢測(cè)的立桿內(nèi)力來(lái)看 ,實(shí)測(cè)的軸力要 小于按計(jì)算所求的軸力值 。這主要是由于現(xiàn)行支撐架設(shè)計(jì)中未能考慮到支撐體系的共同作用特性 , 而實(shí)際 情況是模板支架與樓板結(jié)構(gòu)共同組成的體系 , 承擔(dān)現(xiàn)澆層的混凝土 、設(shè)備 、模板的自重荷載及施工荷載 , 而且樓板結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分荷載 , 使得分?jǐn)偨o支撐架的圖 5 跨中及梁下支撐軸力變化比較圖 6 1315 層板上支撐軸力比較從圖 6 中可以看到 ,扣件式鋼管支撐架同樣也在 2種情況下可能出現(xiàn)峰值 。首先是通常我們認(rèn)為的在上 層樓板澆注完畢之后 , 此時(shí)的支撐承受的軸力達(dá)到第1 峰值 ( 如圖 6 中的 14 層某支撐) ; 其次是在上面第 2層澆注之后且本層之下的支撐拆除之后( 如圖 6 中 13 、載 ,沒(méi)有傳遞到下層支撐而達(dá)到了另一個(gè)峰值 。隨著樓層的增加 ,軸向力不斷波動(dòng) , 逐波下降 , 每次波峰即 為上部澆注混凝土樓板時(shí) , 隨著上部樓板混凝土強(qiáng)度 的增長(zhǎng) ,鋼管立桿軸力緩慢下降 。當(dāng)施工接近 18d , 我們發(fā)現(xiàn)支撐內(nèi)力已趨于穩(wěn)定 ,雖略有波動(dòng)但不顯著 ,其 承受的荷載主要是該層支撐及模板的自重 。所以在18d 左右可以考慮拆模 ,施工中保證 2 套模板支撐處于 工作狀態(tài)可滿足施工進(jìn)度的要求 。綜上可見(jiàn) ,無(wú)論對(duì)于樓板還是模板支撐的立桿 ,在 上層樓板澆注之后和上面第 2 層澆注完畢且本層下支撐拆除之后 2 個(gè)時(shí)段 , 承載力都可能達(dá)到峰值 。由于 樓板參與支撐體系 , 因此支架立桿的軸力要比現(xiàn)行設(shè) 計(jì)軸力要小 ,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的軸力還沒(méi)有超過(guò) 515kn 的 ,而 按照本工程的支撐及布置形式 , 它的屈曲荷載應(yīng)該達(dá) 到 30kn 左右 。因此 ,像本工程這樣層高不高的框剪結(jié)構(gòu)多層模板支撐體系中 , 支架立桿的強(qiáng)度條件還是有 保障的 。同時(shí)由于多層支撐體系中每層的支撐高度都 不高 ,在低軸力條件下 ,也未發(fā)現(xiàn)有明顯的立桿壓屈失穩(wěn)問(wèn)題 。故對(duì)于層高不高的框架剪力墻結(jié)構(gòu)而言 , 支 撐布設(shè)與拆除的時(shí)間主要應(yīng)取決于樓板的內(nèi)力是否達(dá)到抗拉極限值 。213支撐架軸力與樓板內(nèi)力的相互關(guān)系 從測(cè)試結(jié)果可以看出 ,對(duì)于某層樓板澆注時(shí) ,該層樓板下的模板支撐架受力最大 , 而新的樓板是不能承受自重和施工荷載的 。此時(shí)該層現(xiàn)澆樓板及施工荷載 也并非全部由該層模板支撐架承受 , 而是有部分荷載通過(guò)該層樓蓋傳遞到下部支架及樓板 。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算每層混凝土澆注時(shí) , 產(chǎn)生的總 荷載 ( 包括混凝土自重及澆搗荷載) 約為 189kn ,由每層 立桿上的荷載傳感器測(cè)得的荷載增加值如表 1 所示 :表 1 模架立桿的承載力這只是個(gè)粗略的計(jì)算結(jié)果 , 其中還有 15 層 樓 板 的 自重 、15 層樓板的可變荷載等的影響 。由此可見(jiàn)多層模 板的支撐體系是個(gè)涉及模板 、支撐 、框架的綜合體系 ,模板與主體框架結(jié)構(gòu)是相互作用 、共同影響的 ; 支撐體 系是一個(gè)涉及時(shí)間和空間意義上的受力體系 。3 結(jié)論(1) 扣件式模板支撐體系是由房屋結(jié)構(gòu)與扣件式 鋼管支撐架組成的完整的空間體系 。在這個(gè)體系中 ,樓蓋結(jié)構(gòu)是主要的承載結(jié)構(gòu) ,支撐是主要的傳遞構(gòu)件 。(2) 不論是支撐架立桿的軸力以及樓板鋼筋混凝 土內(nèi)力出現(xiàn)峰值的時(shí)段均有 2 種可能 。一種是現(xiàn)澆層以下的支撐立桿及樓板 ; 另一種是在現(xiàn)澆層以下第 2層立桿及樓板 。由此 , 在立桿設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮直接支 承的現(xiàn)澆層荷載的 85 %外 ,還要考慮最上一層下傳的 荷載約 20 % ,也即荷載峰值要考慮比現(xiàn)行的單層設(shè)計(jì) 計(jì)算超出 5 %的荷載值 。(3) 剪力墻邊支架立桿的支撐力增長(zhǎng)較跨中慢 ,出現(xiàn)的峰值也較大 , 施工設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)加密梁下附近的支 撐數(shù)目 。(4) 在層高較低的模板支撐體系中立桿的屈曲極 限較小 ,失穩(wěn)的可能性不大 ,模板支撐架的拆除應(yīng)以控 制混凝土樓板開(kāi)裂為條件 , 從目前現(xiàn)澆混凝土樓蓋結(jié) 構(gòu)的強(qiáng)度變化情況看 , 總體上要保持 2 層支撐架同時(shí) 處于工作狀態(tài) , 要配置 3 套模板及支撐架 。過(guò)早拆除 支撐 ,會(huì)導(dǎo)致其上層樓板中產(chǎn)生較多的裂縫 ,影響樓板 的質(zhì)量及加大工程驗(yàn)收的難度 。參考文獻(xiàn) :j gj 13022001 ,j 8422001 (2002 版) ,建筑施工扣件式腳手架安全技術(shù)規(guī)范s.呂國(guó)兵 ,許朝陽(yáng) ,劉燕 ,等. 高層建筑施工模板與支撐體系齡期 內(nèi)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)分析與應(yīng)用j . 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā) , 2001 , (2) .徐 晶. 鋼 管 支 撐 設(shè) 計(jì) 和 模 板 快 拆 體 系 設(shè) 置 j . 建 筑 安 全 ,2000 , (1) .謝建民 ,肖備. 腳手架與模板倒塌事故分析與預(yù)防措施. 建筑 結(jié)構(gòu)j ,2002 , (4) .劉宗仁 ,涂新華 ,丁永勝. 扣件式鋼管腳手架臨界力下限計(jì)算 方法j . 建筑技術(shù) ,2001 , (8) .呂國(guó)兵 ,許朝陽(yáng) ,劉燕 ,等. 高層建筑施工模板支撐體系齡期內(nèi)123澆注層 14 層15 層16