嘉苗拳暑君２００９年全国建筑模板与脚手架专业委员会年会Ｖ０１．３６。增刊Ａｕｇ．２００９某工程高大模板支撑体系的设计与选用王丽芳１闫鑫１张涛２曾凡奎１胡长明１（１．西安建筑科技大学，西安７１００５５；２．陕西省第五建筑工程公司，西安７１００３２）［摘要】针对某高支模工程的特点，提出三套高支模设计方案，综合利用有限元软件ＳＡＦ２０００和ＡＮＳＹＳ，对每套方案进行稳定承载力分析，得出采用碗扣式钢管模板支架、安德固支架均能满足结构的安全要求，采用扣件式模板支架也能满足结构的稳定要求；在综合比较工期、经济等因素的基础上，最终确定安德固模板支架为本工程搭设方案，可为其他相关工程提供参考。［关键词】高支模；扣件式；碗扣式；安德固支架；有限元分析ＤＥＳＩＧＮＡＮＤＳＥＬＥＣＴＩＯＮＯＦＴＨＥＳＵＰＰＯＲＴＷａｎｇＬｉ・・ｆａｎｇＨＩＧＨ．ＦＯＲＭＷＯＲＫＳＹＳＴＥＭＩＮＡＰＲＯＪＥＣＴＺｈａｎｇＴａｏＺｅｎｇＦａｎ－－ｋｕｉＨｕＣｈａｎｇ・・ｍｉｎｇＹａｎＸｉｎ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｄｉｒｅｃｔｅｄａｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｅｔｈｉｇｈ—ｆｏｒｍｗｏｒｋＳｕｐｐｏｒｔｓ，ｔｈｉｓｓｕｃｈａｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｒｅｅｓｅｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｈｉｇｈ—ｆｏｒｍｗｏｒｋｓｕｐｐｏｒｔｓ，ｕｓｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｓｅｔＳＡＰ２０００ａｎｄＡＮＳＹＳ，ｉｎｏｒｄｅｒｕｓｉｎｇｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｅａｃｈＡｎｄｒｅａｓｏｌｉｄｍｅｅｔｓｕｐｐｏｒｔｄｅｓｉｇｎ，ｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｂｏｗｌｂｕｔｔｏｎＳｔｅｅｌｔｅｍｐｌａｔｅａｎｄｃａｎｂｏｔｈｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｕｓｉｎｇｆａｓｔｅｎｅｒ—ｔｙｐｅｔｅｍｐｌａｔｅａｓａｌｓｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｂａｓｅｄｓｕｐｐｏｒｔａｓｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈｐｅｒｉｏｄａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｆｉｎａｌｌｙｃｈｏｏｓｅＡｎｄｒｅａｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ．ｔｈｅｅｒｅｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔ，ｉｔｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｏｔｈｅｒａｓｓｏｃｉａｔｅｄ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｈｉｇｈ・ｆｏｒｍｗｏｒｋｓｕｐｐｏｒｔｓ；ｆａｓｔｅｎｅｒ—ｔｙｐｅ；ｂｏｗｌｂｕｔｔｏｎ；Ａｎｄｒｅａｓｏｌｉｄｓｕｐｐｏｒｔ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ随着现代化建设的发展，高层及超高层建筑越来越多，致使结构构件的截面尺寸高而大，模板支撑体系的形式也越来越多样化，施工强度大且复杂。由于目前国家还没有出台有关高支模体系的规范，有关高支模支撑体系强度、稳定性等的计算多种多样，并且很不完善，如计算模型简单、计算方法滞后、荷载取值及其组合不合理等，因此在高大模板支撑体系的计算方面有待于进一步研究，需要有一套较完备的计算体系来规范建筑市场，从而保证高大模板支撑体系的安全可靠。并且近几年来，由于管理不善和缺乏足够的技术，以及现场搭设时的不确定因素、施工管理不到位等种种原因，造成模板支撑体系整体失稳、混凝土浇筑时模板支架坍塌的现象时有发生，且造成了严重的伤亡事故及经济损失。本文以某高支模工程为例，根据其穹顶结构的特点及施工难点，提出了三种设计方案：采用扣件式模板支架、碗扣式钢管模板支架以及安德固支架，并对其进行比较，得出了各方案的优、缺点，并最终选出了一种较为适合本工程的方案。可为其他相关工程提供相应的理论及技术参考。１工程概况某佛塔建筑总高１４７ｍ。塔楼塔体采用型钢一混凝土组合结构体系、框架简体混合结构类型。塔体穹顶结构位于四个简体中间，为由钢筋混凝土底板和钢骨梁组成的球缺状，球缺底１２１标高４７．９５顶标高５２．３ｍ，半径１０．８５ｍ；球缺底板为１５０ｍ，ｍｍ厚钢筋混凝土现浇板，在球缺下Ｅｌ与四周桁架底相连，板上为竖向弧形钢骨梁与水平环形钢骨梁组成的骨架。顶部为压环力环，竖向钢骨梁相交于压力环上，压力环由钢管混凝土组成。２２．１收稿日期：２００９—０５—１５高支模体系设计方案及对比应用穹顶结构高支模体系设计方案一在穹顶结构高支模体系设计方案一中，支撑系作者简介：王丽芳（１９８４．），女，河南漯河人，西安建筑科技大学硕士研究生。＊３６｛ｉｉ｝．｝＊ｉ＃女＾＃Ｋｔ＃＃｝日＆＂５４月２００９｝＊“统由ＡＤＧ６０系列塔架及预制的＾柱、横杆、斜杆等构件．通过新型｝二件连接而成。簧德固支架安全可靠、高功效．易管理。瓶扣接头传力町靠．搭设时不用拧螵柠，币受人为因素影响。同时杆件刚度大，步日・和立杆可距均比其Ｃ脚手架矍大，材料用量少，操作方便争部幸ｆ件系列标准化，便ｆ实施仓储运输、觋场堆放的现代化管理．２ＩＩｉｆ算模划具体参数丑设置１）材料属性横杆与ｔ杆的材料均选挣０３４５寸钢，斜秆的材料为Ｑ２３５ｏｊ锕２）构件截面：６（）系列塔架的立杆外径为ｔｐ６０３ｍｍ，母厚为”３２ｈｉｍ的心钢管．其余横杆０立杆选择外径为ｍ４８３…壁厚为ｆ＿２７ｍｍ的圆铡书．斜撑则选样外径为ｍ３８ｍｍ，壁厚为卜３ｍｍ的吲钢管３）竹点醍置：底层怠扦基础设置为固定铰立忾．、，杆同的连接设计为刚性莲接，横杆与ｔ杆ｕｊ的连接蹬置为铰节点：斜撑％横、立杆日的连接也议日为铰节点．４）根据《建筑施ｔ扣件式制符脚Ｆ架安争技术规范》（¨ＪＩ３０—２００１）横向支撑、剪刀撑的旭杆蒋许长细比由２５０，２２【｜算模型分析结构计算采用ＳＡＰ＇２０００软件进行，根据设计所提供的原始资料，肚衙戴统计情况，选取由三组塔架构成的６棉架悼进行结构计算时彩种倚载组台下的结构进行丁分析，从而了船率ｌ栏的结构受力特点，为下步施工方案及探化方案提供依据，安德删支架体系的轴力圈（如图１）和构件验算应力比图（如图２）所示。㈥目ｉ＃女嵯向荷载主要由ｔ杆乐押．ｔ扦的最＾轴力卅现在底部．横杆和斜撑的最大轴力出现在悬跨部位二根据《ＥＬＵＥＬＳ—Ｐｍｔ∈群ｐａｇｅｓ）极限状忠的概念，塔架立杆最太承载力为１６４９ｋＮ＞２６３５ｋＮ．斜撵最太承载力为２４ｋＮ＞３０４ｋＮ，满足承载力要求。结构最太廊力比小十０５，满足规范要求通过“ｒ分析ｎｒ知，此结构枉各种荷载纽台下都处于＆虾的受力壮态目２自＊＊＊＆＾№２２穹顶结构高支槿体§设计ｉ案二在穹顾结构高支模体系没Ｌｆ方案二中支撑系统采ｆｒｉｌｌ件式铜管横板支架，扣件式制骨横板支架肄有构配件数量少（仪６种：横杆口杆３种扣忭和底眭）、立杆的Ｋ度任意，接长的接头弈特错阡扣件町在杆件的任意位置蹬置构架尺寸可仟意选定剌州髅、采用较长杆件，接氍接头的数量少斜杆和剪月撑的角度可任意调整租用价格较低等优点。土架总高２０ｍ，纵、横距取为０６ｍ，步即０９ｍ，市杆伸出顶层水平杆长度ｎ值取为０２ｍ．符隔二跨ｍ置垂直剪刀撑，为增加结构的抗侧刚度，每惭Ｍ跨述布置ｒ水平剪～撑为使结构只打良好的整体性、剪刀撑呈对角空叉、贯通纵横向，结掏四角处也布置剪刀撑作为局部加强。２２１横板支架二维有限元模型分析的基本过程采用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ柬完成扣件！止莨，ｉ自｝｝￡Ｉ￥自ｔ＃ｎｉ＃４｝∞ｔ＊｛４月＃３６＃式钢许横收支架的计算分析存分析中采用ＰＩ［’Ｅ２Ｕ单ＪＬ求横拟架悼的打件，ＰＩＰＥ２０单元（阿３）是ｎ柑拉压弯曲和扭转惟能的单轴单ｉ，单ｉ的每个＃点有６个自ｍ度：沿＃点啦标…Ｙ＝方Ⅲ的位移和绕节点坐标ｚ，Ｙ，：轴转劬单兀Ｊｏ有颦性蠕瘦膨胀特忭，丝Ｈ３ＰＩＰＥ２０■ｎＪＬ“＊＊一玲一ＰＩＰＥ２０单儿的数据输＾，ＰＩＰＥ２０单几的形壮”电恃咒毕杯泉Ⅲ图３～图７所示的“ＰＩＰＥ２０几何特性”。单儿所需输＾的数据包括婀十节点管外径壁厚ｎｐｔｌｏｎａｌｍｔ＿！＝ｓｆａ（ｋｆｆ和各项ｌ目性材料特性羹～藤用ＡＮＳＹＳ自限兀辕仆墓木建模ｆ模型如图４阿５所示）过稆足采取ｍ下刹Ｌ的顺序，节电线面一悼单元的墉性鍪芎ＰＩＰＥ２Ｄ单几的性质进行泄置，分析的丰耍步骤是，自先采用于空川选代法进｛ｒ扑山丹析，然后刮模志进行扩展，褂刮整个架悻的心曲荷栽，提取出变形幽，然后按照大变彤瑚沧进行ｍ线性柚曲丹析，得到州曲苘戟和变形ｌｑ摄后祭理数挺将＝哲得到的结皋目试验所得结粜进｛ｒ对比分析，然后以表格、曲线的彤且粘理ｍ来。２２２计算结果升析结台Ｉ牲的宴际情况．运川文献。２的研究成果，对奉主撑体系进行推线性埘胁分析得到其失稳模式（罔６昕ｍ）和稳定承载力经计尊，峨体系市杆最＾承载力～４２５ｋＮ＞２６３５ｋＮ，满足安±要求，目＾¨＊《《《女∞Ｗ∞Ⅲｍ２３穹Ⅲ镕构高主模体§设计ｉ章＝在奇顶结构高支模体系设ＩＩ方案一巾，支撵系统采用碗扣式钢骨模板支架，碗扣式钢管模板支架较扣件式模极支架具有碗扣节点结构台理各构什Ｒ寸统韧始缺陷较小搭设速度快的特点支架总高２０ｍ，纵横距取山（）９ｍ，步距０９ｍ，ｔ杆伸出顶培水平杆长度ａ值取为０２ｍ，辞隔＝跨市日垂直竹月撑，为增加结构的抗删川度，铒隔两跨还布置ｒ水乎剪ｗ摊。为使结构其有良好的整体性村月撵旱对角交ｚ贯通纵横向，蚺构口角处也布日剪月撑、作为局部加强。２３Ｉ有限元模型建ｊ的《车过程也对碗扣式钢管横机支架进行稳定性井析时克丹利用ｒ有限兀软件ＳＡＰ２０００强太的建模功能，严密分析了施Ｌ过程中的实目情况，采用ｐｉｐｅ单元，根据试验得出的结硷定Ｚ材料和截面的打盖毒第３６卷王丽芳，等：某工程高大模板支撑体系的设计与选用２００９年增刊数，其中包括材料密度，重度，弹性模量，泊松比，热膨胀系数，剪切模量，抗压强度，屈服强度等。设计数据属性采用ｃｈｉｎｅｓｅ２００２标准。建模的基本过程如下：１）选用单位制。２）利用标准轴网根据模型尺寸建立模型，然后修改编辑轴网，使模型一次成型。３）定义材料：选用ｓｔｅｅｌ单元，材料类型定为各项同性，密度：７．８４９，重度：７６．９７２９，弹性模量：２．０６Ｅ＋０８，泊松比：０．３，热膨胀系数：１．１７０Ｅ一０５，剪切模量：７６８８４６１５，设计数据属性采用ｃｈｉｎｅｓｅ２００２标准，Ｆ，：２３５０００，Ｆ。：３７５０００．其他参数均采用ＳＡＰ２０００默认设置。４）根据模型的实际截面我们选用ＰＩＰＥ单元，选用上述材料，外径定为０．０４８ｍ，壁厚为３．２１Ｅ—０３．其他采用单元默认属性。５）考虑节点半刚性，以铰接形式布置垂直剪刀撑，完成建模（模型如图７、图８所示）。６）考虑实际情况认为模板支架系统顶端采用铰接（即菇、Ｙ方向位移），底端采用刚接（戈、Ｙ、ｚ方向位移）。７）选定各个竖杆顶端施加竖直荷载进行线性分析。按照以上设置运行结构分析，得出线性分析结果，取各个模态中极限荷载的最小值作为线性分析的结果并记录。８）进行非线性分析，记录结果。、，，、、，～／，、、，，、／＼，＼／＼／＼／＼＼／，、厂、厂、／、／、厂、，、，、，、，、、、，、，、，、，＼／＼／＼／＼／＼／＼／，、，、、，、／，、，＼，、厂、，，＼、，／、／、、，／、图７有限元模型立面２．３．２计算结果分析本方案与方案二相比，架体的步距相同，纵横距由方案二的０．６Ｉｌｌ扩大至０．９ｍ，其他构造因素相同，节约了钢材的使用量，结合工程的实际情况，运用文献［８］的研究成果，对本支撑体系进行非线性屈曲分析，得到其失稳模式（图９所示）和稳定承载力。经计算，该体系立杆最大承载力为９０．４５ｋＮ＞２６．３５ｋＮ，满足安全要求。‘、．，。，＼、，、，。，、、，，、／‘、．．，、．，。、．／‘、，、、／、／／＼，’、、．，。、，、，。。、，、，、，、，、．，，、，、，、，、，、．．，、，‘、．，、，‘、，’７．，、．‘、．，。～．，’、，、，＼，。、，，。、．、，．，、．／、．、，，、．图Ｒ有限元模型平面图９碗扣式模板支架屈曲变形３结论通过对上述三个方案的计算和比较分析，本文得出如下结论：１）采用扣件式、碗扣式、安德固支架都可以满足架体安全的要求。２）扣件式模板支架的应用较广泛，租用价格较低，节点处的杆件为偏心连接，搭设缺陷较大，但其搭设速度较慢，不能满足本工程工期的要求。３）碗扣式模板支架和安德固模板支架都能满足工期的要求，但安德固支架的搭设速度更快，受力更合理。通过对比分析，本工程最终确定选用安德固支２９２００９年增刊王丽芳，等：某工程高大模板支撑体系的设计与选用第３６卷架作为穹顶结构的模板支撑体系。本文的计算及分析为设计方案的选用提供了有力的理论根据，为以后的研究工作准备了理论基础，并可为其他相关工程提供参考。参考文献［１］杜荣军．扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全［Ｊ］，施工技术，２００２，３１（３）：３—８［２］胡长明．扣件联接钢结构试验及其理论研究［Ｄ］．西安：西安建筑科技大学，２００８［３］郭彦林，董全利．倾斜高层建筑施工关键问题及实现［Ｊ］．工业建筑，２００６，３５（１２）：６—９［４】郭彦林，刘学武．大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法［Ｊ］．工业建筑，２００７，３７（９）：１—８［５］胡长明，曾凡奎等．陕西法门寺合十舍利塔施工过程模拟与实测分析［Ｊ］．工程力学，２００９，２６（Ｓ１）［６］曾凡奎。刘学兵，胡长明等．高大模板支架承受的两种特殊荷载分析及建议［Ｊ］．青岛农业大学学报（自然科学版），２００７，２４（４）：３０８—３０９［７］胡长明，沈勤，曾凡奎等．高大模板扣件式支撑体系施工技术研究报告［Ｒ］．西安：西安建筑科技大学，２００８［８］曾凡奎．法门寺合十舍利塔施工关键技术研究［Ｄ］．西安建筑科技大学硕士论文２００８
