承插型盘扣式支撑架在化工超大超重设备中的应用

李焱华 王森森

中国化学工程第十六建设有限公司 湖北宜昌 443000

1 工程概况

某化工项目的空分压缩机总重超过300t，其基础为现浇钢筋混凝土顶板，设计厚度2m、长度26.5m、宽度15m，离地面高度为10.1m，顶板面积为397.5m2，柱的截面尺寸为1200mm×1500mm，柱子横向间距15m，纵向最大间距7.5m，架体搭设在压缩机的钢筋混凝土基础筏板上。压缩机基础顶板的梁都为暗梁，且暗梁与板标高相同。本项目顶板及模板支架横剖面图如图1 所示。

图1 顶板及模板支架横剖面图

根据有关规范，针对混凝土模板支撑体系是否属于超过一定规模的危大工程范围的界定，本项目的空压机基础顶板搭设高度达10.1m，大于8m，属于超高。经核算，施工总荷载55.65kN/ m2，严重超重，危险性极大。因此，需要慎重地选择模板的满堂支架体系。而盘扣式模板支架由于具有承载力高、结构稳固、安全可靠、系列化、标准化、搭拆便捷、易于管理等诸多优点，在超高、超重、大跨度的模板支撑体系的应用中具有优越性。因此，本项目选用盘扣式支撑架，以满足安全性要求。图2 为本项目承插型盘扣式支撑架的现场图。

图2 承插型盘扣式支撑架整体俯视图和纵横杆连接图

2 承插型盘扣式支撑架的特点

2.1 架体的类型

根据立杆钢管直径的不同，盘扣式支撑架分为A 型（60 系列）和B 型（48 系列）两种。60 系列主要用于重型结构的模板支撑体系，其立杆截面尺寸为φ60mm×3.2mm，材质为Q345；水平杆截面尺寸φ48mm×2.5mm，材质Q235；竖向斜杆截面尺寸φ48mm×2.5mm，材质Q195；水平斜杆截面尺寸φ48mm×2.5mm，材质Q235；可调托座和可调底座φ48mm×6.5mm，材质Q235。48 系列在常规的土建工程中广泛应用，其立杆的截面尺寸为φ48mm×3.2mm，材质为Q345；水平杆截面尺寸φ42mm×2.5mm，材质Q235；竖向斜杆截面尺寸φ33mm×2.3mm，材质Q195；水平斜杆截面尺寸φ42mm×2.5mm，材质Q235；可调托座和可调底座φ38mm×5.0mm，材质Q235。

另外，盘扣式脚手架的立杆连接方式也很简洁有效，主要有两种型式：一种是外套筒连接，另外一种是内连接棒加插销连接。

2.2 架体的形式

组成承插型盘扣式支撑架的标准件包括支座、立杆、横杆、斜拉杆和插销等，根据选用的尺寸模数，在工厂里预制成型。横杆、斜拉杆和立杆上的构件通过预先焊接好的连接盘连接。横杆、斜杆上的连接卡钩通过自锁式楔形插销固定在立杆的连接盘上，横杆卡钩、圆盘与钢管杆件均在车间里预先采用满焊连接定制好。立杆的连接盘均匀布置8 个供横杆和斜杆承插的孔，横杆与斜杆的连接卡钩按照定型的钢管弧度设计，与立杆钢管上的连接盘吻合。安装时，依次扣好横杆或斜杆的卡钩，再敲紧插销后，便可固定紧密。斜拉杆上可转动的卡钩与钢管可靠吻合，再通过铆钉固定。这样，整个架体可有效地增加结构整体强度，并可靠地低传递水平力。立杆与立杆或者立杆与底座及顶托是通过外套或内套连接棒连接。立杆上的连接盘在高度上按500mm 高间距分布，因此架体的步距都是500mm 的倍数；而立杆的纵横向的间距是300mm 的倍数。横杆和斜杆端头的铸钢卡钩卡入立杆连接盘上的孔里，然后将自锁式楔形销插入，用铁锤由上至下垂直击打销子，使销子的自锁部位与花盘上的孔型配合而锁死，拆除时，只有用铁锤由下向上击打销子方可解锁。

综上所述，承插型盘扣式脚手架安拆容易，精度高，传力明确，架体整体性好，与传统的脚手架相比，具有明显的优越性。但需要补充说明的是，承插型盘扣式脚手架用于高支模时，需要采用扣件式的钢管增加水平剪刀撑。

2.3 盘扣式支撑架的优点

2.3.1 系列化、标准化

盘扣式支撑架的底部支座、立杆、竖向斜撑、插销、可调顶托等构件都是在工厂预制成型。主要杆件的插销或套筒连接，简单明确，定型化、标准化的设计，使各杆件传力均按照设计通过节点中心，能更好地发挥每个组成管件的作用。各组成单元构件从下料开始到整个产品加工成型，采用专业机械设备进行自动化控制，从而保证预制构件的精度。各杆件都是标准件，可通用。因此，在现场搭设时，可降低人为操作的误差。

2.3.2 施工便捷

盘扣式支撑架的构件都是采用系列化和标准化的工业生产，所以现场搭设施工便捷，搭设作业及拆除作业均简单快速，便于施工管理。由于各杆件的连接是插销或者套筒，工人只需用一把铁锤敲击便可完成搭设或拆除，工作效率比传统的脚手架提高一倍。目前，人工成本在施工成本中所占的比重越来越大，虽然盘扣式支撑架的材料费用比传统脚手架高，但是盘扣脚手架的搭设快、易管理，能真正实现省工、省力、省时。另外，盘扣式支撑架的构件均采用系列化、标准化制作，因而便于仓储、运输和堆放，既可以满足文明施工的要求，又可以避免构件的丢失和损坏。

2.3.3 外型美观、使用寿命长

由采用标准化制作的标准件组成整个盘扣式架体，而且杆件都在工厂里进行热镀锌防腐处理。因此，整个架体的组成单元无论是“骨架”，还是“肤色”，都整体划一，美观、得体、大方，是建筑业工业化的体现。所以，采用盘扣式支撑架是保证文明施工和创建智能化、标准化工地的重要举措。

与传统刷漆和喷漆的表面防腐处理相比，盘扣式支撑架的部件统一在工厂里进行热镀锌防腐处理，防腐效果更好，可延长钢管寿命到15～20 年，杆件重复使用的次数大大增多。

2.3.4 承载力高、更科学

盘扣式支撑架的立杆采用Q345 低合金结构钢或者20# 钢，强度高。而传统扣件式脚手架立杆的材质是普碳钢管，即国标Q235。钢管支撑架起控制作用的是立杆，立杆的强度提高了，可根据立杆的受力相应地设计其他杆件的管径和材质。以60 系列脚手架为例，立杆截面尺寸为φ60mm×3.2mm，材质为Q345；水平杆截面尺寸φ48mm×2.5mm，材质Q235；竖向斜杆截面尺寸φ48mm×2.5mm，材质Q195。这样，根据受力大小设计成不同的管径和材质，做到物尽其用。因此，盘扣式支撑架整个架体的承载能力比传统脚手优良，也更科学。

2.3.5 空间性大

在传统的支撑施工中，大部分脚手架的纵横向立杆由于要满足承载力和稳定性的要求，相比相同直径的盘扣式支撑架，立杆的间距会小很多。因而出现了杆件过密、空间狭小的问题。工人在搭设架体时如果没有足够的操作空间，就不能保证搭设架体的施工质量。同时，也影响验收人员的检查验收。由于立杆采用更高强度的低合金结构钢，提高了承载力，脚手架可以采用更高的步距和更宽的纵横向间距，空间性大，从而方便架子工搭设施工和验收人员自如地检查验收。

3 满堂支撑选择与施工工艺

3.1 支撑架体的选择

结合本工程2m 厚的顶板的模板支架，之所以选择盘扣式支撑架，主要是因为盘扣式支撑架的承载力大。承载力大，从而空间性大。对于满堂支撑架体来说，决定性因素主要是立杆的承载力和稳定性。

3.1.1 盘扣式支撑架的立杆验算

针对本项目2m 厚的现浇混凝土板支架，若采用盘扣式支撑架，进行立杆的稳定性验算，拟采用的盘扣式支撑架设计计算参数如表1 所示。

表1 盘扣式支撑架设计计算参数

（1）长细比验算

l01=h0+2ka=1000+2×0.7×650=1910mm

l0=ηh=1.2×1500=1800mm

λ=max[l01,l0]/ i=1910/ 15.9=120.126≤[λ]=150

所以，长细比满足要求。

（2）立杆稳定性验算

顶部立杆段：λ1=l01/i=1910.000/ 15.9=120.126；

查GB50017- 2017 附录D 表得，φ＝0.347。

考虑风荷载：Mw＝γ0×γQγLφwωk×la×h2/ 10

＝1×1.5×0.9×0.9×0.15×0.6×1.52/ 10

＝0.025kN·m

则，N1w=Max[R1,R2,R3,R4]+Mw/ lb

=Max[23.579,35.827,36.624,20.672]+0.025/ 0.6

=36.666kN

f＝N1w/ (φA)+ Mw/ W＝36666/ (0.347×450)+

0.025×106/ 4730＝240.098N/ mm2≤[f]

＝300N/ mm2

所以，考虑风荷载的情况下，顶部立杆段的稳定性满足要求。

非顶部立杆段：λ=l0/ i=1800.000/ 15.9=113.208；

查GB50017- 2017 附录D 表得，φ1=0.386。

考虑风荷载：Mw＝γ0×γQγLφwωk×la×h2/ 10

＝1×1.5×0.9×0.9×0.15×0.6×1.52/ 10

＝0.025kN·m，

Nw=Max[R1,R2,R3,R4]+1×γG×q×H+Mw/ lb

=Max[23.579,35.827,36.624,20.672]+1×1.3×0.15×12.1+0.025/ 0.6=39.025kN，

f=Nw/ (φ1A)+Mw/ W

＝39.025×103/ (0.386×450)+0.025×106/ 4730

=229.954N/ mm2≤[σ]=300N/ mm2

所以，考虑风荷载的情况下，非顶部立杆段的稳定性也满足要求。

3.1.2 扣件式支架的立杆验算

若采用扣件式支架，对其立杆的稳定性进行验算，拟采用的扣件式支架设计计算参数如表2 所示。

表2 扣件式支架设计计算参数

λ=max[l01,l0]/ i=5709/ 15.9=359.057＞[λ]=210所以，立杆的长细比不满足要求。

（2）立杆稳定性验算

在考虑风荷载的情况下，

顶 部 立 杆 段：l01=kμ1(hd+2a)=1.217×2.284×(600+2×200)=2780mm

非 顶 部 立 杆 段：l0=kμ2h=1.217 ×3.806 ×1500=6948mm

可见，立杆的稳定性不满足要求。

综上所述，当采用传统扣件式支架进行立杆计算时，即便纵、横向立杆的间距采取300mm×300mm，仍然无法满足要求。况且，若纵、横向立杆的间距采取300mm×300mm，没有施工作业的空间，无法保证作业工人及检查人员正常地出入。归根结底，是立杆的强度不够。而若采用M48 的盘扣式支撑架，当纵横立杆的间距采用600mm×600mm，既能满足架体稳定性要求，又能满足施工作业的空间要求。

3.2 盘扣式支撑架的施工工艺

盘扣式支撑架的施工工艺流程：架体地基处理与验收→支架构件验收进场→测量定位、弹线→安装与校正底座→依次安装立杆、固定水平杆和斜杆→依次搭设到顶部→安装顶托→调整高程→支撑架体验收→铺设主梁、安装小梁→安装模板→模板验收。

3.2.1 地基处理

当支撑体系的作用位置是混凝土筏板时，不需要地基处理。当架体搭设在天然地基上时，则需要进行地基处理验算。地基处理检测合格后方可进入下一步工序。

3.2.2 支架构件验收

盘扣式支撑架的立杆、托座、顶托、模板、主梁和小梁必须先提供各种杆件的实物样品和材质证明等，经过验收后，方可大量进场。

3.2.3 立杆、水平杆、斜杆的搭设

（1）在架体施工前，需要编制模板支撑体系安全施工专项方案，按照规范要求的程序履行审批手续；审批合格后，方案的编制人员要向现场施工管理人员和作业人员进行仔细地交底，并形成书面记录，方案的编制人员要将设计意图明白准确地传给作业人员。

（2）当搭设模板满堂支架时，首先根据施工方案纵横立杆的间距参数，以柱、梁的中心线为依据，在地基上依次放样弹出梁的中心线；根据方案图弹出立杆的中心线，确定每根立杆的定位点；依据定位点首先安装立杆基座，插入立杆，再安装水平杆和斜杆。

（3）架子工在搭设架体时，要及时安装斜杆，必要时设置临时斜撑，来保证立杆的竖直度和定位的准确度。

（4）根据方案的拉结大样图，保证支架与周围已浇筑成型的混凝土柱或者现有结构可靠连接。

3.2.4 水平剪刀的搭设根据批准的方案增设水平剪刀撑。剪刀撑钢管采用Ф48×2.5～2.7mm，材质为Q235。水平剪刀撑钢管用扣件与水平杆连接。

4 结语

实践证明，从承重上看，承插型盘扣式支撑架承载力高，能很好地胜任超高、超重、大跨度的模板支撑要求；从结构上看，承插型盘扣式支撑架结构简单、操作方便、安全性高、寿命长，可多次重复使用；从外观上看，盘扣式支撑架比传统钢管架美观。总之，承插型盘扣式支模架在石油化工的土建工程中具有广阔的应用前景。