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山西某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架超高施工模架設(shè)計(jì)與分析

文檔作者：吳海英1，郭昭勝2，雷宏剛2 文檔來源： 1．山西大學(xué)土木工程系 2．太原理X-大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月13日
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24
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2014年12月上
第43卷第23期
DOI：10．7672／s舀s2叭4230024
山西某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架超高施工模架設(shè)計(jì)與分析
吳海英1，郭昭勝2，雷宏剛2
(1．山西大學(xué)土木工程系，山西太原030013；2．太原理X-大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西太原030024)
[摘要]以某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架的超高施工模架為例，首先介紹了將超高施工模架簡(jiǎn)化為平面排架的計(jì)算模型，
分別就桿件強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算分析；其次，利用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000建立r模架整體空間有限元
模型，對(duì)比了平面模架與空間模架兩種計(jì)算模型之間的計(jì)算結(jié)果差異，分析了超高模板支撐體系的空問整體性能。
結(jié)果表明，平面排架計(jì)算模型的計(jì)算過程相對(duì)簡(jiǎn)單合理，且具有一定的安全儲(chǔ)備。最后，強(qiáng)調(diào)了超高模架搭設(shè)施工
過程中應(yīng)該注意的幾項(xiàng)施工技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]模架；平面排架；有限元分析；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]TU755．2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002—8498(2014)23-0024—05
Design and Analysis of Ultra High Formwork Support for Grandstand
Roof Truss of Some Grand Theater in Shanxi
Wu Haiyin91，Guo Zhaoshen92，Lei Honggan92
(1．Department ofCivil Engineering，Shanxi University，Taiyuan，Shanxi 030013，China；2．College ofArchitecture
and Civil Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China)
Abstract：Taking the construction formwork support of big theater grandstand roof truss as an example，
firstly，this paper introduces the theoretical calculation model of ultra high construction formwork support
which is simplified the plane flame，checks and analyzes the member strength，stiffness，stability．
Secondly，this paper sets up the space finite element model of plane flame by the structural analysis
software SAP2000，compares the calculation results between the plane formwork and the space formwork，
and analyzes the overall performance of space of the ultra high formwork support system．The results show
that the calculation method of the plane formwork is relatively simple，reasonable and safe．Finally，this
paper emphasizes several construction technologies which should be paid attention to in the construction
process of ultra high formwork support．
Key words：formwork support；plane frame；finite element analysis；construction
當(dāng)線荷載≥20kN／m，面荷載≥15kN／m2，模板
支架高度≥8m，滿足其中一條者稱為超高模支
架?，對(duì)于超高模支架，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的規(guī)定
是“危險(xiǎn)性較大的分項(xiàng)工程”，必須進(jìn)行々項(xiàng)施工方
案設(shè)計(jì)，單獨(dú)制訂施工方案，施工方案必須建立在
結(jié)構(gòu)安全計(jì)算基礎(chǔ)上舊1。
1工程概況
山西某大劇院主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架
結(jié)構(gòu)，主體形式為框架結(jié)構(gòu)，地上3層，局部地下1
層。采用柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，局部地下室部
分采用條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板?？磁_(tái)及舞臺(tái)
[作者簡(jiǎn)介]吳海英，講師，碩士，E-mail：why2004．08@163．eom
[收稿日期】2014-08-06
屋頂采用焊接球節(jié)點(diǎn)正放四角錐網(wǎng)架。結(jié)構(gòu)剖面
如圖l所示。其中看臺(tái)網(wǎng)架為正交正放四角錐平板
網(wǎng)架，平面尺寸為30．0m×30．9m，網(wǎng)架下弦球節(jié)點(diǎn)
中心標(biāo)高16．750m，網(wǎng)架上弦球節(jié)點(diǎn)中心標(biāo)高
19．755m，網(wǎng)架高3．0m。在進(jìn)行看臺(tái)網(wǎng)架施工時(shí)，
因施工場(chǎng)地狹小，大型起吊設(shè)備難以靠近，無法采
用整體吊裝法、整體提升法及整體頂升法等方法，
故最終確定采用高空散裝法，為實(shí)現(xiàn)高空散裝法施
工，必須在網(wǎng)架下方搭設(shè)拼裝操作平臺(tái)，經(jīng)各方研
究討論，最終決定采用搭設(shè)超高施工模架的方案。
現(xiàn)場(chǎng)采用扣件式腳手架搭設(shè)超高施工模架，根
據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地尺寸，并考慮讓開天橋馬道的空間，確
定超高施工模架的空間尺寸為：長L=30．0m，寬
B=29．0m，高H=16．2m。
萬方數(shù)據(jù)
吳海英等：山西某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架超高施j【模架設(shè)計(jì)與分析25
舞臺(tái)嘲架
圖1 主體結(jié)構(gòu)剖面示意
Fig．1 Profile of the main structure
2 扣件式腳手架搭設(shè)超高支模架設(shè)計(jì)計(jì)算
2．1 計(jì)算簡(jiǎn)圖確定及荷載計(jì)算
鋼管扣件搭設(shè)的模板支架，由多根通長的立
柱，n步縱、橫向水平支撐，縱、橫向掃地桿和多道
縱、橫向抗側(cè)力剪刀撐組成，桿件之間采用扣件連
接，扣件連接主要傳遞軸力，在傳力時(shí)還有偏心距
e=53ram。鑒于扣件連接承載力矩有限，具有半剛
性，故桿件之問的連接點(diǎn)不能按剛節(jié)點(diǎn)計(jì)算，宜按
鉸接點(diǎn)考慮。模架的立柱、縱橫向水平桿及交叉支
撐桿采用的鋼管材質(zhì)均為Q235A，實(shí)際規(guī)格為
咖48×2．75，面積A=390．9ram2，截面慣性矩，=
100 430mm4，材料彈性模量E=206 x 103N／mm2。
模架桿件平面布置方案如圖2所示，橫向立面
及縱向立面布置如圖3所示，按本方案搭設(shè)好的模
架實(shí)際上形成了空間桁架，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文空間
模架按平面排架考慮，進(jìn)行承載力計(jì)算分析。按此
方法，模架可組成縱向平面排架穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)
圖和橫向平面排架穩(wěn)定的計(jì)算簡(jiǎn)圖。
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圖2模架平面布置
Fig．2 Plan layout of formwork support
根據(jù)構(gòu)造要求，模板支承在次楞上，次楞支承
在主楞上，主楞通過扣件將荷載傳遞給立柱，其構(gòu)
造平面如圖4所示。次楞承受模板傳來的均布荷
載，主楞承受由次楞傳來的集中力，主、次楞均按兩
跨連續(xù)梁計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示。
模板上的計(jì)算荷載G=Σg。。y。+Q。y。=
橫向水甲桿
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縱向水平桿
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b縱向
圖3橫向與縱向平面模架計(jì)算簡(jiǎn)圖
Fig．3 Calculation diagram of the transverse and
longitudinal plane formwork support
I楞(縱向水、F軒)
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圖4模架結(jié)構(gòu)平面
Fig．4 Plan of formwork support structure
a次楞計(jì)算簡(jiǎn)圖
Rli RlI R
撐
R
b主楞計(jì)算簡(jiǎn)圖
圖5主、次楞計(jì)算簡(jiǎn)圖
Fig．5 Calculation diagram of major and minor bars
5．0kN／m2，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)y。=1．2；可變荷載分
項(xiàng)系數(shù)y。=1．4。其包括引：①看臺(tái)網(wǎng)架自重折算
萬方數(shù)據(jù)
26 施工技術(shù)第43卷
荷載標(biāo)準(zhǔn)值g．。=0．5kN／m2；②支架上鋪模板自重，
取g：。=0．75kN／m2；③施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q。=
2．5kN／m2。
設(shè)立柱間距縱、橫向均為￡。=L、=1．0m時(shí)，考
慮主、次楞連續(xù)性荷載系數(shù)時(shí)，則每個(gè)立柱上豎向
荷載Pi=7．5kN。
2．2 主、次楞承載力及撓度校核、立柱間距校核
已知L，=L、=1．0m，按上述荷載進(jìn)行主、次楞
承載力校核，經(jīng)計(jì)算知：主、次楞鋼管截面正應(yīng)力o-
分別為142．56MPa和75．8MPa，剪應(yīng)力r分別為
11．0MPa和8．0MPa，撓度u分別為1．38mm和
0．63mm，均可滿足相應(yīng)的強(qiáng)度和剛度要求。
模板的主楞反力尺．是通過扣件傳給立柱，令
單扣件承載力為Ⅳ：，等于主楞傳給立柱的反力R。。
即N：，=kGl2，k為主、次楞連續(xù)性荷載系數(shù)，取1．5。
則立柱最大間距f=√篇=8．0而=
1．03m一1m，滿足要求。
2．3 橫、縱向平面模架剛度校核計(jì)算
當(dāng)橫、縱向平面模架按圖3布置時(shí)，其水平支撐
和剪刀撐的抗側(cè)剛度滿足強(qiáng)支撐框架的支撐剛度
要求時(shí)，則立柱以無側(cè)移模式失穩(wěn)。4“。根據(jù)文獻(xiàn)
[6]，依據(jù)式(1)計(jì)算強(qiáng)支撐要求的橫、縱向水平支
撐剛度門檻值“。分別為1 1 967N／mm
和13 541 N／mm。
Kh11．：(0．4j2+0．6j)丁2,rrZEl (1)
根據(jù)式(2)計(jì)算強(qiáng)支撐要求的橫、縱向交叉支
撐(剪刀撐)剛度門檻值K。．。分別為2 903N／mm
和3 082N／mm。
‰．：3n掣(2)
凡
式中：凡為立柱數(shù)(橫向平面模架n=16，縱向平面
模架17,=17)，_『=／1一I；h為水平支撐間距，即步距
(mm)。
計(jì)算得水平支撐剛度和交叉支撐僅考慮斜桿
時(shí)的剛度分別為：
EA． Kh=竿=80 525．4N／mm
D
K。：—EAjd—b；；：20 614．5N／mm
“ fj
K。，K與上述剛度門檻值比較可知：水平支撐
的強(qiáng)支撐剛度K，，≥K。m，滿足要求。交叉支撐的強(qiáng)
支撐剛度K?！軰叭，滿足要求。
2．4橫、縱向水平支撐的強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算
當(dāng)立柱以無側(cè)移模式失穩(wěn)時(shí)，其在柱頂荷載作
用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6所示
P==7 5kN
圖6立柱計(jì)算簡(jiǎn)圖
Fig．6 Calculating diagram of column
柱頂荷載：P，=7．5kN，偏心距e=53mm，偏心
彎矩M=Pie=0．398kN·m，當(dāng)柱頂偏心彎矩在1根
立柱上作用時(shí)，在各水平支撐桿上產(chǎn)生的支座反力
如圖6所示。
橫、縱向支撐內(nèi)力根據(jù)文獻(xiàn)[6]按式(3)計(jì)算分
別為：0．227kN和0．241 kN。
‰_(0．6+等Y)P志 (3)
式中：n為被交叉支撐分隔在一邊的立柱數(shù)；m為立
柱中部水平支撐的數(shù)量(去掉掃地桿和柱頂1道)。
當(dāng)使用扣件傳力時(shí)，將圖6中的各支座反力尺。
與Fh疊加，得橫、縱向水平支撐軸力F。。。計(jì)算結(jié)
果如表l所示。
表1支撐內(nèi)力
Table 1 Internal force of support
支座
編號(hào)
ll 336．4
10 —426．7
9 114．3
8 —30．6
7 8．2
6 —2．2
5 0．59
4 —0．16
3 0．04
2 一O．OI
l 0．002
2．80
一3．30
l，03
一O．1 3
0．18
0．IO
0．12
O ll
0 1l
0 ll
O Il
2．98
—3．51
1．09
—0．14
0．19
0．I(J
0．13
O．12
O．12
O．12
0．12
由式F“。=Fh。+ΣR“計(jì)算最大橫、縱向水平
i=1
支撐軸力為7．06kN和7．5kN，均<8kN(單扣件)，
滿足文獻(xiàn)[7]的扣件承載設(shè)計(jì)值。
向攆的加樅賊刪眥州向撐的m 一交分柑 黻戲刪徘Ⅲ 一交分水艄一～一 ㈣一～一
姚％ 艮州
M
M
M
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M弘斟M
M
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拼拼拼拼拼拼 M
萬方數(shù)據(jù)
吳海英等：山西某大劇院看臺(tái)屋面網(wǎng)架超高施一I：模架設(shè)計(jì)與分析27
按A=62．5，查表妒=0．808，則，≥=
妒n 6
志導(dǎo)熹-23．74MPaN。=
1．6kN，且因交叉支撐與立柱用扣件連接，同時(shí)
N。=1．6kN

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