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摘要：楼层上部利用吊车组装屋面钢桁架，对下部楼层梁板支撑体系的稳定要求更高。本文结合沈阳北站高架候车室一层梁板支撑体系在施工中的成功应用经验，介绍一下混凝土梁板支撑体系的稳定性分析。
关键词：大跨度结构 混凝土梁板支架稳定性 碗扣脚手架
1 工程概况
沈阳北站高架候车厅工程长108m，宽192.77m，高29.43m，为地上两层建筑，一层顶板标高为+7.75m，自然地面标高最低为-2.75m。+7.75m层混凝土结构最大跨度24m×26.75m。主体结构采用现浇混凝土框架结构体系，主梁（1200*2700）采用后张法有粘结预应力混凝土梁。屋面为钢桁架结构，在一层楼地面设置吊车，进行桁架安装。
2 脚手架架设方案
2.1 材料 梁和板的面板为厚18mm的木胶合板（抗弯强度设计值11.5N/mm2，弹性模量4×103N/mm2）；主楞和次楞分别采用100×100mm 和50×100mm的东北红松木方（抗弯强度设计值17N/mm2，弹性模量10000N/mm2）；混凝土板下立杆采用碗扣式钢管，规格为LG—180 ф48×3.5×（1200、1800、2400）mm，梁下立杆采用扣件式钢管（抗压强度设计值215N/mm2，截面积489mm2）规格为ф48×3.5mm。施工过程中，如果钢管壁厚小于3.5mm，那么按实际计算截面积，碗扣式钢管立杆与扣件式钢管立杆之间的水平横杆用扣件式钢管连接。
2.2 构件布置 平板的面板主楞间距1200mm；立杆间距1200mm；下次楞在梁边的悬挑长度不大于600mm、间距为400mm，次楞垂直于板的长边方向进行布置。对于梁侧模的次楞进行立放，规格为50×100mm的木方、间距300mm；用两根50×100mm的木方布置主楞。梁底模只设纵楞规格为100×100mm，间距根据梁截面尺寸不同有所不同；沿梁跨方向立杆间距为1200m，横向间距与梁底纵楞相同。
3 脚手架稳定性分析
作为施工阶段混凝土结构的主要承载构件——模板支撑系统，通过与前期施工的混凝土共同承担结构和模板支撑系统的自重以及施工过程中的活荷载。通过分析模板支撑系统和前期施工混凝土结构的共同作用，可知模板支撑系统的计算模型和等效的简化分析模型是分析的重要内容。目前在相关的模板支撑系统规范中，在模板支撑系统的整架试验和实际调研结果的经验数据的基础上进行脚手架计算方法的设计，由于架体形式在整架试验过程中存在局限性，难以将其进一步推广。因此，需要建立一个通用的计算模型，方便一般情况下的脚手架计算。我国的研究者提出了包括：排架模型、半刚性节点模型、铰接架模型、有侧移刚架模型等多种模板支撑系统的计算模型。
混凝土楼板支架稳定性分析：
3.1 荷载计算 通过借助程序可以自动计算出脚手架自重。对于脚手架自重之外荷载的计算，包括：新浇混凝土的自重、方木和模板的自重、施工人员和机械运输或堆放的荷载。平板下立杆采用碗口式脚手架，规格为LG-180 ф48×3.5×1800，水平拉杆步距采用h=1.8m，立杆间距1.2m×1.2m，立杆钢管截面积A=489mm2计算，最大净高取11m计算。
通过计算荷载为：
永久荷载标准值
支架自重0.9+0.9/4×7=2.475KN/m2
钢管及扣件2.4×0.0384×7+0.14×2×7=2.61KN/m2
混凝土自重0.15×24=3.6KN/m2
钢筋自重0.15×1.1=0.165KN/m2
共计8.85KN/m2
可变荷载从板面传递到立杆1.6KN/m2
荷载设计组合值
S1=0.9×（1.2×8.85+1.4×1.6）=11.57KN/m2
S2=0.9×（1.35×8.85+1.4×0.7×1.6）=12.16KN/m2
因为S2 > S1，所以应采取S2=12.16KN/m2作为设计依据，故立杆轴力N为：
N=1.2×1.2×12.16=17.51KN。
3.2 数值模拟 设计脚手架的结构，根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》的明文规定，确保整体结构的固定性。在脚手架的组装时，按照横杆与立杆可以独立地转动，减少横杆与立杆之间弯矩的传递，横杆只存在轴力并且都是二力杆的方式进行连接。在ANSYS计算模型中，立杆采用六个自由度，可以传递弯矩和扭矩的BEAM188单元模拟；横杆和斜杆采用三个自由度、不能传递弯矩的PIPE59单元模拟。这样的连接方式是组装脚手架最为理想的方式。约束：各立杆底座由于地基的沉降不均发生位移的不一致。由于脚手架自身的超静定结构，能够调节所受荷载，重新分布内力。所以，地基沉降不均对立杆产生的不一致的位移，对脚手架承载能力产生的影响不大。因此，在支架模型中，约束三个方向的线位移，通过采用刚性对所有立杆的底座进行约束，而不是约束角位移。
①刚度验算。碗扣式脚手架立杆在荷载作用下产生的最大竖向位移为2.2mm，也在合理范围内，为工程施工提供参考，支撑体系在施工荷载作用下的位移云图如图1所示。
■
②强度验算。立杆最大Von Mises应力为76.8MPa，没有超过允许应力210MPa，满足强度要求。发生在混凝土楼板跨中部位下方的立杆。所有横杆的应力很小，不到1MPa。图2显示了支架在施工荷载作用下的VonMises应力分布云图。
■
③穩定性验算。每根立杆在荷载有效分布宽度范围内进行顶端加载，对立杆进行屈曲分析。有限元计算结果如图3所示，立杆的屈曲荷载为31190N。根据前文所述，立杆的轴力设计荷载为17.51KN；
K=■=■=1.78
K——安全系数；
[F]——立杆的屈曲荷载；
F——立杆的轴力设计值。
故立杆的稳定性安全系数为1.78。
■
4 结束语
本章对沈阳北站大跨度钢结构拆撑过程运用数值模拟方法进行了研究，总结如下：由有限元软件算得的混凝土楼板碗扣式脚手架立杆在荷载作用下产生的最大竖向位移为2.2mm也在合理范围内，为工程施工提供参考；立杆最大Von Mises应力为76.8MPa，小于允许应力210
MPa，强度达到了设计要求。发生在混凝土楼板跨中部位下方的立杆。所有横杆的应力很小，不到1MPa。而通过计算确定立杆稳定性安全系数是1.78，由此判断稳定性达到了设计要求。
参考文献：
[1]卢立香.铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构中应用探讨[J].钢结构，2003（05）.
[2]陈宗严.多层建筑梁板支模方案和拆模强度的验算[J].施工技术，1989（03）.
[3]武国丰，潘宇伟.利用大楼板穿墙洞现浇楼板支模的工艺研究[J].建筑施工，1989（04）.
关键词：大跨度结构 混凝土梁板支架稳定性 碗扣脚手架
1 工程概况
沈阳北站高架候车厅工程长108m，宽192.77m，高29.43m，为地上两层建筑，一层顶板标高为+7.75m，自然地面标高最低为-2.75m。+7.75m层混凝土结构最大跨度24m×26.75m。主体结构采用现浇混凝土框架结构体系，主梁（1200*2700）采用后张法有粘结预应力混凝土梁。屋面为钢桁架结构，在一层楼地面设置吊车，进行桁架安装。
2 脚手架架设方案
2.1 材料 梁和板的面板为厚18mm的木胶合板（抗弯强度设计值11.5N/mm2，弹性模量4×103N/mm2）；主楞和次楞分别采用100×100mm 和50×100mm的东北红松木方（抗弯强度设计值17N/mm2，弹性模量10000N/mm2）；混凝土板下立杆采用碗扣式钢管，规格为LG—180 ф48×3.5×（1200、1800、2400）mm，梁下立杆采用扣件式钢管（抗压强度设计值215N/mm2，截面积489mm2）规格为ф48×3.5mm。施工过程中，如果钢管壁厚小于3.5mm，那么按实际计算截面积，碗扣式钢管立杆与扣件式钢管立杆之间的水平横杆用扣件式钢管连接。
2.2 构件布置 平板的面板主楞间距1200mm；立杆间距1200mm；下次楞在梁边的悬挑长度不大于600mm、间距为400mm，次楞垂直于板的长边方向进行布置。对于梁侧模的次楞进行立放，规格为50×100mm的木方、间距300mm；用两根50×100mm的木方布置主楞。梁底模只设纵楞规格为100×100mm，间距根据梁截面尺寸不同有所不同；沿梁跨方向立杆间距为1200m，横向间距与梁底纵楞相同。
3 脚手架稳定性分析
作为施工阶段混凝土结构的主要承载构件——模板支撑系统，通过与前期施工的混凝土共同承担结构和模板支撑系统的自重以及施工过程中的活荷载。通过分析模板支撑系统和前期施工混凝土结构的共同作用，可知模板支撑系统的计算模型和等效的简化分析模型是分析的重要内容。目前在相关的模板支撑系统规范中，在模板支撑系统的整架试验和实际调研结果的经验数据的基础上进行脚手架计算方法的设计，由于架体形式在整架试验过程中存在局限性，难以将其进一步推广。因此，需要建立一个通用的计算模型，方便一般情况下的脚手架计算。我国的研究者提出了包括：排架模型、半刚性节点模型、铰接架模型、有侧移刚架模型等多种模板支撑系统的计算模型。
混凝土楼板支架稳定性分析：
3.1 荷载计算 通过借助程序可以自动计算出脚手架自重。对于脚手架自重之外荷载的计算，包括：新浇混凝土的自重、方木和模板的自重、施工人员和机械运输或堆放的荷载。平板下立杆采用碗口式脚手架，规格为LG-180 ф48×3.5×1800，水平拉杆步距采用h=1.8m，立杆间距1.2m×1.2m，立杆钢管截面积A=489mm2计算，最大净高取11m计算。
通过计算荷载为：
永久荷载标准值
支架自重0.9+0.9/4×7=2.475KN/m2
钢管及扣件2.4×0.0384×7+0.14×2×7=2.61KN/m2
混凝土自重0.15×24=3.6KN/m2
钢筋自重0.15×1.1=0.165KN/m2
共计8.85KN/m2
可变荷载从板面传递到立杆1.6KN/m2
荷载设计组合值
S1=0.9×（1.2×8.85+1.4×1.6）=11.57KN/m2
S2=0.9×（1.35×8.85+1.4×0.7×1.6）=12.16KN/m2
因为S2 > S1，所以应采取S2=12.16KN/m2作为设计依据，故立杆轴力N为：
N=1.2×1.2×12.16=17.51KN。
3.2 数值模拟 设计脚手架的结构，根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》的明文规定，确保整体结构的固定性。在脚手架的组装时，按照横杆与立杆可以独立地转动，减少横杆与立杆之间弯矩的传递，横杆只存在轴力并且都是二力杆的方式进行连接。在ANSYS计算模型中，立杆采用六个自由度，可以传递弯矩和扭矩的BEAM188单元模拟；横杆和斜杆采用三个自由度、不能传递弯矩的PIPE59单元模拟。这样的连接方式是组装脚手架最为理想的方式。约束：各立杆底座由于地基的沉降不均发生位移的不一致。由于脚手架自身的超静定结构，能够调节所受荷载，重新分布内力。所以，地基沉降不均对立杆产生的不一致的位移，对脚手架承载能力产生的影响不大。因此，在支架模型中，约束三个方向的线位移，通过采用刚性对所有立杆的底座进行约束，而不是约束角位移。
①刚度验算。碗扣式脚手架立杆在荷载作用下产生的最大竖向位移为2.2mm，也在合理范围内，为工程施工提供参考，支撑体系在施工荷载作用下的位移云图如图1所示。
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②强度验算。立杆最大Von Mises应力为76.8MPa，没有超过允许应力210MPa，满足强度要求。发生在混凝土楼板跨中部位下方的立杆。所有横杆的应力很小，不到1MPa。图2显示了支架在施工荷载作用下的VonMises应力分布云图。
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③穩定性验算。每根立杆在荷载有效分布宽度范围内进行顶端加载，对立杆进行屈曲分析。有限元计算结果如图3所示，立杆的屈曲荷载为31190N。根据前文所述，立杆的轴力设计荷载为17.51KN；
K=■=■=1.78
K——安全系数；
[F]——立杆的屈曲荷载；
F——立杆的轴力设计值。
故立杆的稳定性安全系数为1.78。
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4 结束语
本章对沈阳北站大跨度钢结构拆撑过程运用数值模拟方法进行了研究，总结如下：由有限元软件算得的混凝土楼板碗扣式脚手架立杆在荷载作用下产生的最大竖向位移为2.2mm也在合理范围内，为工程施工提供参考；立杆最大Von Mises应力为76.8MPa，小于允许应力210
MPa，强度达到了设计要求。发生在混凝土楼板跨中部位下方的立杆。所有横杆的应力很小，不到1MPa。而通过计算确定立杆稳定性安全系数是1.78，由此判断稳定性达到了设计要求。
参考文献：
[1]卢立香.铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构中应用探讨[J].钢结构，2003（05）.
[2]陈宗严.多层建筑梁板支模方案和拆模强度的验算[J].施工技术，1989（03）.
[3]武国丰，潘宇伟.利用大楼板穿墙洞现浇楼板支模的工艺研究[J].建筑施工，1989（04）.