某创伤急救中心门诊医技楼高大模板支撑体系应用研究-大学毕业设计.doc

目 录
某创伤急救中心门诊医技楼高大模板支撑体系
应用研究
摘 要
最近几年来，我国全面展开城市化建设工作，建筑行业发展得非常迅速。在当下，建筑物呈现出功能多元化、造型艺术化的特点，这一特点对建筑物的混凝土结构提出更高层次的要求，很多超常规结构开始出现。超常规结构一般跨度大、自重大、高度高，其对模板支撑体系的设计与施工都有非常高的要求。特别是在混凝土结构还没有充分实现强度功能的时候，模板支撑体系发挥着关键作用，其承担着整个混凝土结构的自重与各种施工荷载，很显然，以往的施工经验、施工技术与施工措施已经难以实现这一点，施工质量与安全都得不到有效保障。针对模板支撑体系的设计与施工展开一系列研究工作具有非常大的现实意义，能够有效地促进建筑工程行业的整体发展。
本文首先针对我国当前应用最为广泛的几种脚手架展开优劣比对，包括扣件式钢管脚手架、碗口式钢管脚手架、格构柱脚手架与门式脚手架。逐一对这四种脚手架进行优劣比对分析，最终确定扣件式钢管脚手架在我国建筑施工领域中被应用的最为广泛，其综合性能上占有一定优势。并对扣件式钢管高大模板支撑体系展开研究，阐述其受力原理。
然后针对扣件式钢管高大模板支撑体系展开具体的理论分析与数值模拟研究工作，通过选择某创伤急救中心门诊楼工程作为研究对象，对这一工程中扣件式钢管高大模板支撑体系的设计工作进行全面分析，综合其存在的问题。在这一工程中，大厅结构施工工作能否顺利进行，并达到设计要求，关键要看450×1500mm大梁的高大模板支撑体系能否充分发挥作用。所以，针对这部分的扣件式钢管高大模板支撑体系展开研究，对其进行设计计算，确定其应具备的刚度与抗弯强度，确保这一模板的各种参数符合施工要求。并从这一工程中的实际状况指出扣件式钢管脚手架在具体工程中该如何开展准备工作、如何进行搭建与拆除等。重点阐述这些环节中忽视的问题，从而为该方面的实际施工工作提供有价值的引导。
最后，通过收集大量工程实例，对其中的数据展开分析，总结扣件式钢管脚手架在作为高大模板支撑体系中产生的各种安全问题。针对这些问题提出了从施工安全管理与施工救援应急方案两方面来提高扣件式钢管高大模板支撑体系的安全性能。

关键词：扣件式钢管；大模板支撑；力学性能；设计；施工工艺；施工安全

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正 文
第一章 绪论
1.1课题研究背景
最近几年来，我国全面展开城市化建设工作，建筑行业发展得非常迅速。在当下，建筑物呈现出功能多元化、造型艺术化的特点，这一特点对建筑物的混凝土结构提出更高层次的要求，很多超常规结构开始出现。超常规结构一般跨度大、自重大、高度高，其对模板支撑体系的设计与施工都有非常高的要求。特别是在混凝土结构还没有充分实现强度功能的时候，模板支撑体系发挥着关键作用，其承担着整个混凝土结构的自重与各种施工荷载，很显然，以往的施工经验、施工技术与施工措施已经难以实现这一点，施工质量与安全都得不到有效保障。针对模板支撑体系的设计与施工展开一系列研究工作具有非常大的现实意义，能够有效地促进建筑工程行业的整体发展。
很长一段时间里，尽管模板支撑体系中扣件式钢管脚手架非常常见，然而由于其为临时性的支撑体系，很少有人对其加以重视并对其展开全面性的研究。根据这几年来大量高大模板支撑体系的坍塌事故我们能够发现，施工方面对施工过程中的不利荷载缺乏必要的深刻认识，其没有及时对那些诱导荷载使用模糊的静力等效原则加以处理，这也是高大模板支撑体系倒塌事故发生的主要原因。
当前，很多学者与专家已经意识到扣件式钢管手脚架在高大模板支撑体系中的重要性，纷纷从整体力学、稳定性、工艺技术、设计与安全等方面展开研究，深入探讨其在高大模板支撑体系中的应用，总结出一些有价值的设计与施工理论，从而有利地促进了扣件式钢管高大模板支撑体系的发展。
1.2高大模板支撑体系的特点和应用情况
1.2.1几种高大模板支撑体系的比较
1、扣件式钢管脚手架
当前，扣件式钢管脚手架在高大模板支撑体系中被应用得最多，其依托于传统脚手架，对传统脚手架加以改造，使强度与构造等方面达到应用要求。扣件式钢管脚手架的组成部件非常多，包括大横杆、小横杆、立杆、水平加强层、水平剪刀撑、扣件、连墙件、竖向剪刀撑及基底可调支座等，其为典型的半刚性框架结构体系。在这些部件中，水平杆借助直角扣件有效连接立杆。从脚手架的水平角度来看，立杆和和水平剪刀撑之间的夹角范围为45°-60°，应借助转角扣件来使得夹角处的交叉斜杆和立杆对接。底支座通常采用支撑基础与立杆地面上的连接部件。这样一来，其能够与立杆一起来承重，还能够随时加大承力面积和改变支撑高度。
扣件式钢管脚手架在我国建筑领域出现的非常早，目前其已经成为我国建筑领域应用的最为广泛的一种脚手架，性能十分优良，其具体的优点有：一是这种脚手架的安装与拆解相对简单，其所有材料与部件都要符合国家统一标准，所以其通用性也非常强。长期以来的应用下，相关的操作工艺已经相当成熟了；二是这种脚手架的适应性非常好，能够满足不同建筑施工的需要，应用的范围在不断扩大。可以根据施工需要来调节钢管的长度，扣件的连接也非常灵活，不会受到高度或角度的影响，是特殊造型建筑物在施工时的首选脚手架；三是这种脚手架具有很强的经济性，其造价相对而言比较低，在一次性使用时的费用很少，并且能够被回收再次使用。
在实际应用中，扣件式钢管脚手架也存在着很多劣势，主要包括：一是当这种脚手架被应用到高大模板支撑体系时，因为建筑结构在上层有着非常大的荷载，导致立杆需承受非常大的轴力。由于立杆拥有非常小的截面积，过于细长，所以承载能力往往不佳。这个时候，如果相关的构造措施与加强措施出现缺失，那么整个脚手架的架体就会出现不稳固的情况，带来安全隐患；二是这种脚手架抗侧刚度不太理想，因此整体上的稳定性不高。所以，当这种脚手架被用作高大模板支撑体系中时，应严格依据设计规定来设置水平与竖向剪刀撑，从而提升整个脚手架侧向的稳固性能，从而降低脚手架失稳倒塌的可能性。三是这种脚手架的节点存在一定问题，主要包括如下几点：第一，节点转动的刚度不够高，大横杆难以有效约束立杆，整体的抗侧刚度难以提升；第二，节点处的抗滑能力不佳，如果荷载过大会出现节点滑移的情况，进而导致整个脚手架稳固性出现问题。除了这些情况之外，节点本身的构造也有可能导致脚手架立杆受到的压力过偏，对附加弯矩产生作用，致使整个脚手架的承载能力不高。
2、碗扣式钢管脚手架
碗口式钢管脚手架最初是被用作承插式钢管模板支撑体系的，其能够借助独有的带齿碗扣接头来实现不同杆件的有效连接，这也是其最大的不同之处。这种脚手架的出现，进一步拓展了我国脚手架的发展空间，大幅度地提升了建筑施工工艺技术水平。这种脚手架的性能优良，得到了施工单位的广泛认可。目前，碗扣式钢管脚手架在我国工程施工领域应用的非常广泛，常见的有棚架烟囱、房屋建筑、堤坝水塔、隧道桥梁等工程。
碗扣式钢管脚手架拥有诸多优良性能，具体表现在如下方面：一是这种脚手架的节点结构非常科学，拥有非常大的承载能力。在使用过程中，其接头的抗弯、抗剪与抗扭能性能都未发生变化，所以与扣件式钢管脚手架相比，这种脚手架的承载能力和稳定性能要高的多，在施工过程中的安全性能更好；二是这种脚手架节点接头处拥有双重作用，即增加螺旋摩擦力和提高横杆的承重承诺。这样一来，接头具有自锁功能，接头位置被破坏的可能性所有降低，整体的安全性能提高；三是这种脚手架的安装与拆解操作简单，给施工企业节约了大量时间与费用；四是这种脚手架的生产加工非常方便，能够实现大批量的标准化生产，所有的接头零部件都是统一的，其他的立杆、横杆、斜杆及底座等也均为系列产品，是成套的。碗扣式钢管脚手架所有部件的加工工艺都不复杂，可以实现大批量加工，且各种部件可以互换，给安装提供了极大便利。
碗扣式钢管脚手架也有一定的劣势，主要表现在：一是这种脚手架中所使用的钢管一般为统一加工生产的，不利于斜向杆件的安装，在被用作高大模板支撑体系时，需要再追加扣件布置剪刀撑，从而提升整个架体的抗侧能力，确保架体的稳定性符合施工要求；二是因为这种脚手架的各种配件与部件的尺寸都是既定的，只有几种参数型号，难以灵活调整，比方说立杆处的碗扣间距是0.6m的模数，横杆长度是0.3m的模数等，这些参数规格过少，导致其被用作高大模板支撑体系时受到非常大的局限，给具体的施工带来很大困难。
3、格构柱脚手架
近些年来，格构柱脚手架被越来越多的人所青睐，其在高大模板支撑体系中的应用越来越广泛。这种脚手架的承载能力非常强，稳定性方面也非常优良。这种脚手架为了建筑行业向高大跨度发展提供了必要的基础。目前，建筑工程结构体系越来越复杂，很多超高、超长与超重的建筑物开始出现。普通的钢管脚手架在承重方面与稳定性方面都无法满足这些建筑物施工的要求，因此，在钢管脚手架的关键部位进行格构柱处理，可以提升脚手架的性能，创造出一种新的高大模板支撑体系，其稳定性与承重能力都得到明显改善。尽管这种脚手架在我国高大模板支撑体系中还没有全部普及，但是在不久的将来，随着建筑物的复杂化和施工难度的不断加大，这种脚手架的应用范围将会不断扩大，逐步成为最主要的高大模板支撑体系。
格构式脚手架拥有诸多优良性能，主要体现在如下方面：一是因为这种脚手架中大量使用格构柱，格构柱为整个架体中最重要的受力部件，所以同其他脚手架相比，格构式脚手架的稳定性能与承重能力都非常优越。同时，这种脚手架上层部位的荷载能够借助支撑桁架向其他部位分散，解决了局部承受荷载过高而不稳定的问题。显而易见，将格构式脚手架应用到高大模板支撑体系中，能够为整个施工提供更高的安全保障。二是通常在高大模板支撑体系的施工过程中，有各种干扰因素会产生水平荷载。支撑体系必须拥有足够的抗侧刚度才能够应对这种水平荷载。传统的脚手架抗侧能力都不佳，所以很容易受到水平荷载的冲击，导致能够架体坍塌。格构式脚手架中使用大量的格构柱，这些格构柱是相互独立的，因而即便是遇到非常大的水平荷载压力，其也具备足够的抗侧刚度，进而保障整个高大模板支撑体系的稳定性，确保整个施工可以安全进行。
格构式脚手架也不是无懈可击的，其也存在些许不足，主要体现在：一是这种脚手架的成本相对较高。因为这种脚手架中的格构柱与支撑桁架等大构件都需要定制加工，所以与其他脚手架相比，需要投入非常大的资金。这笔费用对于很多中小施工企业来说，太过高昂，无法承担；二是这种脚手架的安装与拆解相当繁琐。因为这种脚手架中使用的很多构件非常重，无法人工独立安装，必须借助多种施工机械才能进行。这样一来不仅难度加大，成本也增多了。在很多临时性的支撑体系中，这类脚手架的灵活性不高，实用性不佳。
4、门式脚手架
门式脚手架与其他脚手架相比，带有明显的传统特点。这种脚手架从外观上看与汉字“门”十分相似，因而也被形象地称为门式脚手架。其主要的构件有主框、横框、交叉斜撑、脚手板及可调底座等。门式脚手架最早出现于美国，其安装与拆除都非常简单，且承重能力非常好，安全性能极佳。基于这些优势，这种脚手架一经出现就得到了非常快速的发展。我国也先后从美国等发达国家引入成熟的门式脚手架模板支撑体系，并将其应用到大型高层建筑物的施工中。
门式脚手架的性能优越，主要表现在：一是这种脚手架极其容易搭建与拆解，工作人员徒手就可以进行安装，其只需要简单的套、插与挂就可以完成全部操作，节约了很多成本。在这种脚手架中，独立部件一般不会超过20公斤，因此无论是运输与装卸，都很容易完成。二是这种脚手架在搭建与拆卸的过程中不需要额外的机械设备，且作业速度非常快。三是这种脚手架带有一整套纵横锁位装置，如脚踏板、平行架、扣墙管、水平与交叉拉杆管等，整体性能优良；这种脚手架的立管需要承受竖直方向的压力，整体受理均匀，各项指标也均符合施工要求；在费用方面，这种脚手架一次性投入不多，能够多次循环使用，具有非常好的经济性，特别是被用做高大支撑体系时，其经济性更加突出。
门式脚手架也存在一定的劣势，主要表现在：一是这种脚手架的生产标准并不是统一的，不同的工厂生产出来的产品规格与质量均不同，这给施工企业带来了诸多不便；二是因为很多工厂生产出来的产品不符合施工设计要求，脚手架重量过大，而刚度不够，加之加工的精度不高，在运输或使用的时候很容易出现变形等不良状况，使用寿命不长。这些都影响了这种脚手架在施工领域中的进一步推广。
5、上述几种高大模板支撑体系的比较
根据上文中的有关内容我们发现，碗扣式钢管脚手架被其构建模数所限制，格构式脚手架的成本非常高，门式脚手架尚未形成统一的生产标准，这种情况下，口试钢管脚手架的优势显而易见，其仍是目前应用范围最广的高大模板支撑提下。除了那些结构超级复杂、施工标准特别高的工程，扣件式钢管脚手架可以满足大部分工程施工的要求。同时，在被用作高大模板支撑体系时，应加强设计与施工的管理，减少这种脚手架本身的缺陷对工程带来的影响。大量的实践经验也说明，通过合理的设计，可以促使扣件式钢管脚手架符合高大模板支撑体系的施工要求。
1.2.2扣件式钢管高大模板支撑体系的应用情况
从当前我国建筑施工的实际情况来看，扣件式钢管高大模板支撑体系在我国建筑施工中的应用最为广泛。模板支撑体系必须具备一定的结构强度、刚度及整体稳定性能，只有这样其可以为施工提供保障。也就是说，混凝土结构的成形状况、施工过程中的荷载等都需要模板支撑，只有模板支撑具有足够强的稳固性与承重能力，才能够发挥支撑作用。除此之外，几何刚度也是支撑模板所必须具有的。扣件式钢管脚手架及模板支撑为一种空间性的立体结构，其由大量的钢管组建成，为多次超静定结构体系。
在高大模板支撑体系搭建的时候，因为搭建的时候会受到多种因素的干扰，会对结构的承载能力产生影响，导致其实际具备的承载能力与设计或预想的承载能力之间存在很大差距，这也给施工安全带来不确定的因素。扣件式钢管高大模板支撑体系在搭建过程中面临着很大风险，危险系数非常高，必须先全面设计，再反复论证，最终付诸于施工行动。在进行混凝土浇筑的时候，需要采取分次浇筑的办法，借助前次浇筑混凝土的承重能力来负担下一次混凝土浇筑产生的荷载。这样做可以有效减轻支撑体系所承受的荷载，从而确保支撑体系能够稳定持久。
1.3课题研究意义
从造价方面讲，模板工程要占到总造价的25%左右，且其要花费占到总人力成本的30%以上。一般来说，模板工程的施工会耗费整个工程一半的时间，其对整个施工方案的制定与施工机械的进程起着关键作用，对整个工期和工程造价都产生重要影响。根据脚手架及模板支撑在施工过程中发挥的作用来看，其是整个工程顺利完工的重要前提与保障，是不可缺少的施工通道与作业平台。模板支撑的重要性不言而喻，其不仅仅是顺利完工的前提，还是工程质量符合设计要求的关键。除此之外，由于模板工程要花费大量的资金，所以其也是施工企业经济管理的重点方面。
在城市发展速度不断加快的今天，越来越多的高大建筑出现，高大模板支撑体系的普及度已经非常高了。在各种高大模板支撑体系中，扣件式钢管脚手架的应用最为广泛，被很多施工单位所青睐。但是扣式件钢管脚手架被用作高大模板支撑体系时，设计与施工过程中都存在很多问题，带来很高的安全风险，由其导致的安全事故也非常多。这些都给整个建筑工程施工的安全方面带来诸多隐患，产生了恶劣的社会影响。
1.4课题研究主要内容
1、针对我国当前应用最为广泛的几种脚手架展开优劣比对，包括扣件式钢管脚手架、碗口式钢管脚手架、格构柱脚手架与门式脚手架。逐一对这四种脚手架进行优劣比对分析，最终确定，扣件式钢管脚手架在我国建筑施工领域中被应用的最为广泛，其综合性能上占有一定优势。
2、对扣件式钢管高大模板支撑体系展开研究，阐述其受力原理。因为弹性支撑连续梁模型与扣件式钢管高大模板支撑体系的实际施工情况非常符合，所以有必要引进弹性支撑连续梁模型，尤其是对支撑体系的弹性方面选择科学的特征值之后，借助这一模型可以对大跨度高大模板支撑体系的梁下支撑轴力值加以科学预估。在此过程中，还可以对扣件式钢管高大模板支撑体系在整体上所具备的稳定情况加以研究，从而提出不可以选择单根立杆来达到加固目标的建议，而是应该选择水平杆与剪刀撑对立杆的办法来提升整体稳定性。所以，这些内容都应该在立杆稳定性分析的过程中有所体现，构建多个弹性支座的多节间连续压杆的力学模型是非常有必要的。只有这样做，才有可能进一步准确的计算高大模板支撑体系做承载的临界荷载。
3、针对扣件式钢管高大模板支撑体系展开具体的理论分析与数值模拟研究工作。在这一部分中，笔者选择某创伤急救中心门诊楼工程作为研究对象，对这一工程中扣件式钢管高大模板支撑体系的设计工作进行全面分析，综合其存在的问题。在这一工程中，大厅结构施工工作能否顺利进行，并达到设计要求，关键要看450×1500mm大梁的高大模板支撑体系能否充分发挥作用。所以，针对这部分的扣件式钢管高大模板支撑体系展开研究，对其进行设计计算，确定其应具备的刚度与抗弯强度，确保这一模板的各种参数符合施工要求，这些参数包括木方抗弯强度、挠度、扣件的抗滑度、水平抗弯强度与纵向抗弯强度等。
4、选择某创伤急救中心门诊大楼工程来展开研究工作，更具有现实意义。由这一工程中的实际状况指出扣件式钢管脚手架在具体工程中该如何开展准备工作、如何进行搭建与拆除等。重点阐述这些环节中忽视的问题，从而为该方面的实际施工工作提供有价值的引导。
5、除了选择某创伤急救中心门诊大楼工程作为实例分析的对象之外，笔者来收集了大量工程实例，对其中的数据展开分析，总结扣件式钢管脚手架在作为高大模板支撑体系中产生的各种安全问题。针对这些问题，笔者提出从施工安全管理与施工救援应急方案两方面来提高扣件式钢管高大模板支撑体系的安全性能。
第二章 扣件式钢管高大模板支撑体系的力学性能分析
2.1扣件式钢管高大模板支撑体系的整体受力分析
2.1.1分析原理
通常，在进行钢筋混凝土结构的施工时，应遵从以下工艺流程：施工测量、模板支撑搭设、模板安装、钢筋安装、混凝土施工、混凝土养护、施工材料堆码、模板支撑拆除等。在这些流程中，有些操作产生很小的荷载，对整个结构产生很小的作用力，比方说混凝土养护、模板支撑搭设与施工测量等；有些操作就会整个模板支撑体系带来巨大的冲击，如模板支撑拆除、混凝土施工等。针对这些会给模板支撑体系带来巨大冲击的操作应重点关注。
一般来说，那些涉及到高大模板支撑体系的混凝土施工中，都是采用高空、大面积的水平梁板混凝土来进行浇筑的。在浇筑的过程中，大部分的荷载都是竖向传递给模板体系的，框架柱与剪力墙都是重要的竖向承重体。这些多是施工过程中所产生的，其强度已经非常高了。显而易见，新浇筑的混凝土梁板不只要受到整个体系的限制，还要受到框架柱与剪力墙的限制。在后续角度的混凝土达到一定强度之后，这一梁板将与框架柱和剪力墙结合在一起，从而构建其稳定的对接点。由此可见，在施工过程中，混凝土楼板的边界约束情况不是一成不变的，其是随着施工进程而不断变化的。
2.1.2分析模型的建立
在施工稳步推进的过程中，扣件式钢管高大模板支撑体系承担了荷载传递的重要功能，这一体系可以视为一种连续均匀分布的弹性支撑，弹性板为起到支撑作用的楼板。也就是说，施工时整个模板支撑体系与早期施工的混凝土楼板即为弹性材料，一起来承担着施工荷载。楼板结构相当于弹性支撑上的连续板（如图2.1 弹性支撑连续梁模型）。在展开分析的过程中，我们可以对模型作出一定假设：一是模板支撑以铰接的方式与楼板对接；二是混凝土的收缩与徐变暂不考虑，模板支撑与混凝土结构都是弹性结构；三是基础为刚性的。
因为在高大的单层混凝土结构施工中，扣件式钢管高大模板支撑体系非常常见，其底部通常和基础相连，所以基础为刚性的，能够更加客观的反映出实情。将混凝土楼板结构当做一个具备弹性底座的连续梁，底座的刚度就是整个体系的竖向刚度，由混凝土梁板的实际约束状况来体现出连续梁的边界约束情况。依据此假设，我们能够对弹性支撑连续梁进行有效划分，显而易见，这一模型与扣件式钢管高大模板支撑体系的实际施工状况是相一致的。
2.2扣件式钢管高大模板支撑体系的整体稳定性分析
2.2.1分析原理
立杆是扣件式钢管高大模板支撑体系中最为关键的承重构件，对立杆展开计算工作是非常有必要的。在对立杆进行计算时，应重视压杆稳定。在进行支撑立杆结构计算时，一般会选择单杆对承载力加以计算。这之中被广泛认可的计算模型有：高大模板支撑体系的步距是唯一与立杆的计算长度相关的要素，其他的水平杆层数与高度都与此无关。这种计算模型并没有综合考虑立杆与水平杆的相互作用。这种情况是由于人们难以有效界定支撑体系的边界条件，而且没有掌握支撑体系的整体结构计算简图方面的有关知识。所以，当支撑立杆的高度超过一定量或者水平杆的层数非常多，这种计算方式明显不够科学，其计算结果无法反应出立杆受力的真实情况。
水平杆、立杆与剪刀撑这些部件是构建扣件式钢管高大模板支撑体系的重要基础，如果某一部件有变形或失稳的情况出现，那么肯定会对周边的杆件产生影响。所以，在针对杆件的稳定性展开分析的时候，单一对某一根杆件进行分析很明显是不够科学的，必须要考虑周围杆件所产生的约束作用，做到综合性分析。通常，这种约束作用要借助支撑体系的整体分析来获得，也就是整体稳定性分析。扣件式钢管高大模板支撑体系具有非常高的复杂性，对其单根立杆的稳定状况与整体体系间的关系进行研究，能够获得如下结论：一是在计算压杆的过程中，杆件周边与之相连的部分会对其产生直接约束作用，那些较远的杆件所产生的约束作用则比较小；二是杆件周边与之相连的这部分对其产生的直接约束力是由杆件内力性质与线刚度等决定的。从内力性质方面来看，拉杆要比压杆具有更大的约束作用，从线刚度方面来讲，线刚度大的杆件往往会产生非常大的约束力，线刚度往往与其约束力成正比；三是在设计中，那么没有承载力的立杆也会产生一定的约束影响。
如果仅凭上文中的相关规律就对某一立杆的稳定性进行分析判断，显然是不科学的。而且在确定水平杆和剪刀撑时也是非常困难的，几乎是不可能获得准确结果的。倘若不考虑水平杆与剪刀撑的影响，那么整个推断都是不科学的，因此，构建一个简洁且能够体现出不同杆件间影响的模型是十分有必要的。
2.2.2分析模型的建立
连续压杆是扣件式钢管高大模板支撑体系的支撑立杆，这些立杆承受的轴力大小与分布情况都不一样，有些立杆会承受非常大的轴力，有些立杆所承受的轴力非常小；有时候底部会承受非常大的轴力，而有时候上层部位会承受非常大的轴力。在支撑体系中，立杆的侧向连接与支撑都是要依赖水平杆进行的。不仅如此，水平杆还会调节各个立杆所受到的轴力，使得那些承受较大轴力的立杆能够借助水平杆将部分荷载传递到周边立杆上，从而避免单根立杆受力过大而变形。这样一来，整个体系的稳定性也得到加强。
值得注意的是，即便是同一根立杆，其不同位置的受力情况也会不一样。这是由于水平杆与之相互传力的状况不一样，即便是忽略节间的弯矩所发生的作用，还是会使得立杆的各个局部受力不一致，肯定有某一部位受力最大。如果荷载增多，当达到一定程度时，这个部位就有可能出现弯曲，其周边的水平杆和剪刀撑也会发生弯曲变形，从而威胁整个体系的稳定性。恰恰是因为这种原因，立杆的弯曲临界点往往高于两端的。显而易见，要想探究立杆的稳定性能，应将立杆、水平杆与剪刀杆的工作状况进行综合考虑。
只有对扣件式钢管高大模板支撑体系中立杆、水平杆及剪刀撑综合起来，深入了解相互的作用情况与受力特点，才能够更好的对立杆的稳定屈曲问题展开研究。在研究的过程中，可以建构简化的力学模型来模拟整个立杆的受力状况。这之中最为常见的模型是水平杆对立杆的约束作用模拟成立杆上加弹性支座的形式。因为高大模板支撑体系内的单个立杆会连接多个水平杆，所以立杆的受力模型可以相对简化成多个弹性支座的多节间连续压杆（如图2.2 有多个弹性支座的多节间连续压杆）。

第三章 扣件式钢管高大模板支撑体系的设计
3.1工程概况
本文选择某创伤急救中心门诊楼工程（下文简称工程实例）作为实例分析对象。该工程的建筑面积为38000m2，桩基础采用机械钻孔灌注，为钢筋混凝土框架结构，总高度为46.5m，长度为164.5m，宽度为32.1m。整个建筑呈现出圆弧形状，且为南北走向。±0.000是底层的车库架空层楼面，这一层的层高为3.3米。一层层高是3.9米，其他层的层高都是3.6米。7-16轴为十二层，其中9~14轴为共享大厅，一共有三层，一层的高厅堂模板支撑高度为18.3 m、二层模板的支撑高度为10.8 m、三层模板的支撑高度为7.2 m，这之中还有四个圆柱形的支撑，都是高大模板支撑，大厅一、二、三层结构梁的截面规格为450×1500mm、350×1300mm、650×700mm、400×800mm、350×600mm和250×400mm，板厚为100mm，混凝土强度等级为C30。整个结构的自重非常大，施工工期比较短，且难度非常大，特别是扣件式钢管高大模板支撑体系的安全性能与稳定性能很重要。而且车库车库架空层楼面会承受非常大的荷载，这一点在施工过程中应得到关注（详见图3.1 剖面图，图3.2高大模板支撑立面图）。在下文中，笔者将从工程实例入手，就扣件式钢管高大模板支撑体系的设计与施工情况展开深入分析。
参考文献

3.2扣件式钢管高大模板支撑体系的设计思路
3.2.1概述
1、设计依据
1）《建设工程安全生产管理条例》；
2）《建设工程质量管理条例》；
3）《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）；
4）《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）；
5）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）；
6）工程设计文件；
7）相应的国家及行业规范标准；
8）相关的参考文献。
2、方案概述
在此工程实例中，在设计高大模板支撑体系时，将多种方案综合比对，最后选择使用48mm×3.5mm钢管扣件式支撑松木方料木胶板模板。在底层架空车库层、大厅一层、二层和三层都配置了满堂钢管架支撑体系，使用扣件式钢管脚手架与之对接，从而开展施工。在这之中，上下层的钢管应全部对应整齐，只有这样其才能够均匀受力，实现将9—14轴的A—F轴的架空车库层地面加强为20cm厚C20钢筋混凝土（双层双向螺纹10@100配筋）地面为钢管架支撑基层，车库架空层钢管支撑传力体系同车库层楼面以上钢管支承布置，使用可调底座调节钢管支撑承力，消防水池亦遵循同样的布置要求来构建支撑体系，水平杆应与池壁顶紧，使得稳定性增强，施工荷载能够顺利传递。大厅一、二层梁与板混凝土需要两次施工进行（在板下20－50mm位置留置交界面，在混凝土浇筑时使用混凝土界面剂来处理施工交接面凿毛板）。在提升板下梁混凝土强度的过程中，应将板下梁混凝土的等级上升一个标号（即将C30改成C35），等到梁混凝土施工后且强度为75%（即试压块强度高于26.3MPa）时，再进行板混凝土浇筑。由于大厅三层楼面是屋面结构，浇筑梁板混凝土为一次性的，应注意屋面的防水性能。等到所有位置的混凝土强度都达到设计要求后，才遵从从上到下的顺序来逐步拆解模板支撑。同时，为了最大限度的提高支撑的稳定性能与施工的安全性能，支撑与9轴、14轴梁应进行有效的刚性拉结。
3.2.2荷载传递设计
荷载在扣件式钢管高大模板支撑体系多采用如下传递路径：荷载经18mm厚胶木板梁、板模板传递至60×80㎜松木方料处，再由此传递到水平钢管处，借助扣件向立杆传递，最终立杆将此荷载传递到基础；这一点在工程实例中得到验证。荷载通过大厅三、二、一层、架空车库层传递到支撑体系中，再由支撑体系传递给最底端地面处的支撑基层。地面运用底部可调底座来使得整个支撑体系和基层、架空车库层楼面底面直接有效连接，实现荷载的逐一传递。
3.2.3高大模板支撑体系构造设计
在该工程实例中，通过计算及参考相关文献与工程经验，将整个高大模板支撑体系的构造设计归纳为以下几种类型：
1、梁截面B×D=450mm×1500mm、350×1300mm、650×700mm梁底支撑按平行梁截面方向4根φ48mm×3.5mm钢管一排（间距300 mm）布置竖向立杆，沿梁轴线方向不大于800mm设置每排均匀间距。
2、梁截面B×D=400mm×800mm， 梁底支撑按平行梁截面方向3根φ48mm×3.5mm钢管一排（间距450 mm）布置竖向立杆，沿梁轴线方向不大于750mm设置每排均匀间距。
3、梁截面B×D=350mm×600mm、250mm×400mm， 梁底支撑按平行梁截面方向2根φ48mm×3.5mm钢管一排（间距1200 mm）布置竖向立杆，沿梁轴线方向不大于900mm设置每排均匀间距。
4、板面支撑体系立杆纵横距均为不大于900mm。梁板竖向立杆支撑承受所有梁板施工荷重，为确保钢管支撑的稳定性，除纵向与横向扫脚杆外，其上水平横杆步高为不大于1500mm，并设置水平剪刀撑将梁钢管支撑与楼板钢管支撑连成整体，并在每道梁钢管支撑设置纵向与横向钢管剪刀撑，以此来增强整个高大模板支撑体系的刚度及其整体稳定性。
3.3大梁扣件式钢管高大模板支撑体系的设计计算
3.3.1概述
在该工程实例中，大厅一层、二层、三层模板支撑搭设高度分别为18.3米、10.8米、7.2米，梁截面形式有450×1500mm、350×1300mm、350×1500mm、650×700mm、400×800mm、350×600mm和250×400mm，板厚为100mm，混凝土强度等级为C30。归类为：第一，梁截面B×D=450mm×1500mm（含450×1500mm、350×1300mm、650×700mm），梁支撑立杆的横距（跨度方向）L=0.80m，立杆的步距h=1.5m，梁底最外侧两立杆间距0.9m，梁底增加2道承重立杆；第二，梁截面B×D=400mm×800mm，梁支撑立杆的横距（跨度方向）L=0.75m，立杆的步距h=1.5m，梁底最外侧两立杆间距0.9m，梁底增加1道承重立杆；第三，梁截面B×D=350mm×600mm（含350×600mm、250×400mm），梁支撑立杆的横距（跨度方向）L=1.2m，立杆的步距h=1.5m，梁底最外侧两立杆间距0.9m等三类计算形式进行计算。楼板支撑立杆的纵距b=0.90m，立杆的横距L=0.90m，立杆的步距h=1.5m。
计算参数为：
混凝土自重 25KN/m3
模板及支撑自重 0.35KN/m2
振动荷载标准值 4KN/m2
施工荷载 3KN/m2
整个高大模板支撑体系采用正版PKPM软件脚手架设计程序参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）进行计算，并考虑梁板混凝土一次性浇注对梁模板支撑的影响。同时，由于支撑高度在4米以上的模板支撑被称为高大模板支撑，又因目前对于扣件式钢管高大模板支撑的计算规范存在重要疏漏，使计算极容易出现不能完全确保安全的计算结果，因此该工程高大模板支撑体系的设计人员在设计计算过程中还参考了《施工技术》和《扣件式钢管高大模板支撑设计和使用安全》。由于在该工程实例中，450×1500mm大梁的高大模板支撑体系是大厅结构施工关键，它直接影响结构施工安全、工程和施工工艺，因此下面以该工程大厅一层大梁（梁截面 B×D=450mm×1500mm）的高大模板支撑设计计算为例。
模板支撑搭设高度为18.3米，基本尺寸为：梁截面 B×D=450mm×1500mm，梁支撑立杆的横距（跨度方向） l=0.80米，立杆的步距 h=1.50米，梁底增加2道承重立杆。
在计算过程中将该大梁两侧的一部分楼板混凝土自重简化为集中荷载来予以考虑。
集中力大小为 F = 1.2×25.000×0.100×1.000×0.300=0.900kN。
采用的钢管类型为48×3.5。
3.3.2梁底模板计算
由于梁底模板属于受弯结构，因此要对其抗弯强度及刚度进行验算。该梁底模板可视为三跨连续梁来进行计算。
静荷载标准值 q1 = 25.000×1.500×0.450+0.350×0.450=17.032kN/m
活荷载标准值 q2 = （4.000+3.000）×0.450=3.150kN/m
梁底模板的截面惯性矩I以及截面抵抗矩W分别为：
W = 45.00×1.80×1.80/6 = 24.30cm3；
I = 45.00×1.80×1.80×1.80/12 = 21.87cm4；
（1）抗弯强度计算
f = M / W < [f]
其中 f —— 梁底模板的抗弯强度计算值（N/mm2）；
M —— 梁底模板的最大弯距（N.mm）；
W —— 梁底模板的净截面抵抗矩；
[f] —— 梁底模板的抗弯强度设计值，其中令 15.00N/mm2；
M = 0.100ql2
荷载设计值用q表示，单位是kN/m；
通过计算，得出：
M = 0.100×（1.2×17.032+1.4×3.150）×0.300×0.300=0.224kN.m
通过计算，对梁底模板抗弯强度计算值进行计算，得出：
f = 0.224×1000×1000/24300=9.203N/mm2
对梁底模板的抗弯强度进行验算
f < [f]，则该设计符合要求。
（2）抗剪计算
T = 3Q/2bh < [T]
公式当中，最大剪力用Q表示；截面抗剪强度用T表示；截面抗剪强度设计值用[T]表示；公式分别如下：
Q=0.600×（1.2×17.032+1.4×3.150）×0.300=4.473kN
T=3×4473.0/（2×450.000×18.000）=0.828N/mm2
[T]=1.40N/mm2
对抗剪强度进行验算，得出T < [T]，则该设计符合要求。
（3）挠度计算
v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250
梁底模板最大挠度计算值
v = 0.677×17.032×3004/（100×6000×218700）=0.712mm
通过计算得出梁底模板的最大挠度，比300.0/250要小，则该设计符合要求。
3.3.3梁底支撑木方的计算
通常，在梁底支撑木方上承担的荷载，是由其模板和混凝土梁的自重产生的，或者是来源于施工时，产生的活荷载等。
1.计算荷载：
（1）钢筋混凝土梁自重：
q1 = 25.000×1.500×0.300=11.250kN/m
（2）模板的自重线荷载：
q2 = 0.350×0.300×（2×1.500+0.450）/0.450=0.805kN/m
（3）活荷载通常情况下，由以下两种组成：第一，施工荷载标准值；第二，混凝土施工过程中，产生的集中活荷载，单位为kN/m。
通过计算，得出活荷载准值大小如下：
P1 = （3.000+4.000）×0.450×0.300=0.945kN
均布荷载用q表示，集中荷载用p表示，公式分别为：
q = 1.2×11.250+1.2×0.805=14.466kN/m P = 1.4×0.945=1.323kN

经过计算得到从左到右各支座力分别为
N1=0.099kN
N2=4.718kN
N3=4.718kN
N4=0.099kN
经过计算得到最大弯矩 M= 0.133kN.m
经过计算得到最大支座 F= 4.718kN
经过计算得到最大变形 V= 0