张利 ZHANG Li
（张家口市房地产综合开发公司，张家口 075000）
（Zhangjiakou City Real Estate Development Company，Zhangjiakou 075000，China）
摘要： 《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011有关模板支架验算的规定有较大变化。分析了水平荷载作用下模板支架结构内力计算力矩平衡简化法与有限元计算方法的偏差，提出了考虑水平荷载通过立杆水平位移和立杆内力两途径影响支架稳定承载力的思路，提出了施工荷载、附加水平荷载、风荷载组合的合理做法，指出了扣件式钢管满堂脚手架不应在整稳承载力验算之外限制长细比，提出了模板支架变形限值应与控制结构施工偏差验收规范协调的思路。
Abstract: Large changes in formwork calculation are seen in Code for Construction of Concrete Structure GB20666-2011. Internal force deviations of formwork under the horizontal loads by simplified torque balance method and finite element method are analyzed. It puts forward that the stability bearing capacity of formwork is affected by horizontal displacement and the pole internal forces caused by the horizontal loads. Construction load, additional horizontal load and wind load should be combined reasonably. Slenderness ratio should not be limited besides the whole stable bearing capacity calculation of steel tubular scaffolding. Deformation limits of formwork should be coordinated with deviation acceptance of structure construction.
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关键词 ： 模板支架；稳定承载力；荷载组合；变形限值；ANSYS
Key words: formwork；the stability bearing capacity；loads combination；deformation limits；ANSYS
中图分类号：TU755.2 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0093-02
0 引言
模板支架验算是保证模板支架安全的重要途径，是技术人员重要的职业技能。2011年7月发布《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011；本文以下称“规范”），对模板支架验算提出新的规定，许多资深专业人士对如何贯彻执行规范给出了解读、示例[1][2]。本文结合文献[2]的示例就结构内力计算、遇风荷载组合、长细比限制、变形限值等问题进行分析和探讨，希望有助于规范贯彻执行、模板支架验算，保证模板支架安全。
1 结构内力计算及其对模板支架稳定承载力的影响
文献[2]示例中，钢筋混凝土楼板模板支架在水平荷载的作用下内力计算采取力矩平衡的方法，简便易行，但会有较大误差，本文利用ANSYS软件并采用平面刚架结构、考虑扣件半刚性的平面刚架结构分别进行分析如下。
1.2 考虑模板支架立杆和水平杆异面半刚性连接分析钢筋混凝土楼板模板支架在水平荷载作用下的内力 考虑模板支架的平面刚架计算模型的立杆和水平杆异面半刚性连接，采用ANSYS建模如图1。其中，脚手架钢管用Pipe 16单元，扣件用Combin 14单元。节点1与节点2在Z方向上相距0.048m以满足立杆与水平杆异面的实际要求，节点5与节点2在同一位置以满足Combin 14单元在模拟二维扭转时必须使两个节点在同一位置的要求。用只能绕Z轴转动的Combin 14单元连接节点2、5，得到扣件（刚度46850N·m/rad），再耦合节点2、5的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY，得到节点2、5的半刚性连接。对应水平力267.2N的最大水平位移2.2mm，比立杆和水平杆同面刚性连接的最大水平位移0.95mm大；最大立杆轴向力30N，比立杆和水平杆同面刚性连接的最大立杆轴向力158N小。
总之，虽然风荷载和附加水平荷载使楼板模板支架的平面刚架产生的最大水平位移、立杆最大竖向力不足以在支架稳定承载力验算式产生大的影响，但是本文分析指出采用力矩平衡法求解支架立杆竖向力存在较大误差；另外，验算支架稳定承载力考虑风荷载和附加水平荷载使楼板模板支架的平面刚架产生的水平位移，在理论上更加完善。
2 模板支架稳定承载力验算应考虑可变荷载组合[4]
在《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》[3]，满堂脚手架、满堂支撑架都考虑风荷载，风荷载均匀作用在立杆全高并产生弯矩，同时与施工活荷载组合（风荷载和施工活荷载的组合系数都为0.9），从而影响脚手架和支撑架稳定。有关模板的新规范增加附加水平荷载（由泵送混凝土等引起），附加水平荷载、风荷载均作用于架子上端，作用方式异于《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》[3]；另外，附加水平荷载、风荷载按分别作用于架子上端验算架子稳定承载力，而不组合，这意味着不存在大风天泵送混凝土、不均匀堆载等（可能引起附加水平荷载诸情况），理论上存在不合理，是对支架稳定承载力的验算偏于保守、不安全。
3 扣件式钢管满堂脚手架不应在整稳承载力验算之外限制长细比[5][2]
GB50017—2003钢结构设计规范5.3.8条的条文说明指出：构件容许长细比值的规定，主要是避免构件柔度太大，在自重作用下产生过大的挠度和运输、安装过程中造成弯曲，以及在动力荷载作用下发生较大振动。对于扣件式钢管满堂脚手架的钢管，并不存在上述问题，因此，不必对其长细比提出限制。
4 模板支架变形限值应与控制结构施工偏差验收的规范协调[6]
有关模板的新规范4.3.9条提出了模板构件变形限值，按文献[2]模板支撑方案，面板（18mm厚胶合板模板）支撑于次楞（50mm×100mm方木），次楞支撑于主楞（Φ48×3.5钢管）。面板、方木、钢管等三构件的变形会叠加，可以近似认为面板跨度中间变形为面板、方木、钢管的变形算术和（忽略钢管压缩变形）；参照文献[2]模板支撑方案，面板跨度中间变形限值=0.5mm（面板跨度200mm）+2.5mm（方木跨度1000mm）+2.5mmmm（钢管跨度1000mm）=10mm。而以混凝土结构工程施工质量验收规范为例，其8.3.2条规定现浇结构层高允差±10mm。模板控制过程的限值达到成品验收规范的限值，则结果可能超出验收限值；又况且模板控制过程的限值是一个对模板构件跨度变化的一个值，本身加算术和后也会超过成品验收限值。
5 结语
规范有关模板支架验算的规定有较大变化，这些验算规定是保证模板施工安全、合理的重要方面。本文对规范未明确的水平荷载作用下模板支架结构内力计算方法进行了分析，明确了力矩平衡简化法与有限元计算方法的偏差；提出了考虑水平荷载通过立杆水平位移和立杆内力两途径影响支架稳定承载力的思路；提出了施工荷载、附加水平荷载、风荷载组合的合理做法；提出了模板支架变形限值应与控制结构施工偏差验收规范协调的思路。
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参考文献：
[1]郭正兴等.《混凝土结构工程施工规范》GB50666—2011编制简介——模板工程[J].施工技术，2012，41（3上）：5-10.
[2]赵挺生等.模板工程结构的承载能力计算与变形验算[J].施工技术，2012，41（3上）：21-56.
[3]JGJ130—2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[4]GB50009—2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[5]GB50017—2003，钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.
[6]GB50204—2002（2011年版），混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.