关键词：分析法设计 核级管道支吊架 评定截面 板壳型支撑 线型支撑 截面线性化 承载能力
1 前言
核电站中通常有成千上万个管道支吊架，其中大部分为标准支吊架。传统设计中，标准支吊架的设计是根据预先评估过的标准支吊架设计手册进行的。该设计手册编制和扩充需要大量的预先计算和评定。此外，在工程实施中，经常会碰到标准支吊架形式可以满足，但尺寸不满足的情况，这就需要额外的评定。以上所有的计算和评定的流程是：手工建模—程序计算—手工评定。该过程十分繁琐，计算十分耗时耗力。
本文运用分析法设计，研究制定了支架有限元分析计算的分析评定方法和步骤，并在此基础上研究开发了管道支吊架设计及分析计算程序，不仅实现了对管道支吊架准确、合理、有效的分析评定，而且提高了复杂结构型式和复杂承载方式的支架的分析计算和设计能力，在短时间内完成了大量管道支吊架的分析计算与设计修改工作。管道支吊架设计及分析计算程序用Visual Basic语言和Fortran语言开发，实现了按照2001年版ASME规范NF的要求，对管道滑动、导向、固定、双向、刚性吊架、弹簧吊架等各种类型支架的进行设计选型和分析评定，应用该程序可以显著降低支吊架设计、分析和评定所需的时间和难度，并能适应各种核电工程设计分析的需要。
2 程序简介
管道支吊架设计及分析计算程序是分析法设计法，对原有支吊架分析及设计方法进行改进、提高和优化，同时针对不同支架形式开发了大量的建模和分析评定程序，并将上述分析方法的研究成果应用于本程序，从而提高了管道支撑设计效率、可靠性和经济性，丰富且优化管道支撑的设计方案，在全面考虑支撑所承受的各向载荷的基础之上做到更合理、更经济地选择管道支撑。
本程序应用的分析方法主要有：
1) 应用理论方法推导的部分板壳型支撑的分析计算公式。
2) 应用限元分析模型的分析计算方法。
3) 管夹与管道接触问题的处理。
4) 吊耳与吊环间接触范围及其承载能力的分析计算方法。
为了论证上述方法在支架分析设计中可应用性，采用了理论方法、三维实体模型分析以及结构的塑性极限分析的理论解与有限元方法以论证上述分析评定方法的正确性和有效性。
支吊架的评定依据ASME规范NF-2001的有关要求进行。
3程序的功能
“核工艺管道支吊架设计及分析计算程序”包含了常用的管道支吊架型式，实现了与有限元分析计算软件的接口，通过自行开发的有限元结构分析软件的前后处理程序，该程序能够自动完成对结构形式复杂的支吊架的有限元建模、分析计算和评定。因此该程序完全能够满足各类核电站管道支吊架的设计分析要求。该程序主要有三个方面的功能：
(一) 完成工程中管道支吊架的设计选型工作。主要是根据管道力学计算得到的支吊架承受的载荷，选择能满足支撑所要求的各个方向上的承载能力的相对较经济、合理的支架形式与尺寸规格。
(二) 对现支吊架库进行分析验算与评定；并根据工程需要对现有支吊架库中支撑的系列和规格进行扩充。
(三) 对标准型式、非标尺寸的支吊架进行分析计算与规范评定。
4 程序流程图
程序分三个步骤实施，即：支撑管部的分析计算与选型、支撑根部的分析计算与选型、支撑连接部件的分析计算与选型。“核工艺管道支吊架设计程序” 的完整流程见图4.1所示。
本程序采用VB和FORTRAN语言编写，并结合数据库应用软件、通用制图软件和有限元结构分析软件，可以实现设计、分析、计算和评定的高度自动化。图4.2和图4.3为本程序运行过程中的两个界面的示例。
5 程序的验证
对程序进行验证一般有三种方法：一是利用实验来与程序计算结果来比较；二是利用成熟的程序来进行考证；三是按照程序编制的理论和假设用手工计算来考证程序的可靠性。本程序采用第二种和第三种相结合的方法进行考验。即一方面使用本程序进行计算，另一方面利用程序计算理论和其它商用软件，用人工和程序计算相结合的办法得到评定结果。
针对程序中支吊架的管部、连接部和根部分别进行了考题验证，验证了该程序的正确性。
6 结论
研究开发的“核工艺管道支吊架设计及分析计算程序”针对国产材料、型钢标准及支撑形式，集设计、分析、计算和评定于一体，并在分析方法、及设计方法上都有较大改进，同时显著提高工作效率，实现合理、有效、可靠地完成难度及复杂程度都较高的非标支吊架设计工作，具有较强的工程实用性。随着核电工程项目的不断开展，该程序将具有广泛的工程实用价值。
关键词：模板支架；可靠性；计算
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
随着我国建设事业的发展。特别是改革开放以来，高层建筑和大型基础设施建设的兴起，采用现浇混凝土结构工程逐渐增多，对模板工程的技术要求也越来越高，大大促进了我国建筑模板支架行业的进步和发展。由于在工程建设中广泛采用模板支架，对工程质量、施工工期、工程成本、安全施工及其对企业的经济效益都起着举足轻重的作用。施工中采用模板支架技术已成为衡量施工企业科技进步的重要标志之一，从而也促进了我国模板行业朝着生产工厂化、系列化、商品化发展；材料朝着多样化、轻型化发展：使用朝着多功能化发展，使模板支架成为一个颇有规模的独立行业。
近年来国内对高支模的可靠性已经有了相关的研究，通过现场实测分析得出扣件式钢管模板支撑架几何参数的统计参数以及概率模型，借助数值模拟法计算了模板支撑架的体系可靠度，提出了基于可靠度分析和模糊集理论的扣件式钢管模板支撑方案的风险分析模型。通过实测、统计获得了模板支撑负担面积、支撑偏斜率随机变量的统计参数，并对混凝土结构施工期的活荷载进行了统计分析得出其概率模型，为施工期模板支架的可靠度分析提供了必要的数据资料。以大型有限元通用软件ANSYS为工具，对施工荷载、钢管直径、钢管壁厚、相关搭设参数对模板支架可靠性的敏感程度进行了灵敏性分析。
作为临时结构的模板支架属于串联体系，当一个构件失效必将影响到整个系统的可靠性，但是国内对单个构件可靠性的研究还很少，本文运用直接积分法对模板支架单个构件的可靠性进行理论分析。
首先，对高支模体系的失效模式进行了研究；接着，对结构可靠性计算的直接积分法进行了理论探讨；最后，对高大模板支架给出了可供工程实用的设计建议。其研究成果可以为高大模板扣件式脚手架的设计与使用提供一定的理论指导。
1高支模体系的计算模型和失效模式分析
模板支架的承载能力按照概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计，其设计内容中包括了对水平构件挠度和水平构件中方木抗剪强度的设计。建立以上构件的失效模式，研究其失效概率，对高支模体系的设计有着重要的作用。
模板支架水平杆分为横向水平杆和纵向水平杆，只有顶层的水平杆直接受到荷载的作用，其他层的水平杆发生的变形是由立杆与水平杆之间的连接扣件产生的弯矩的作用引起的。纵向水平杆宜取三跨连续梁计算，横向水平杆宜按简支梁计算。本文以模板支架顶层的横向水平杆为对象进行研究。
通过研究，高支模体系水平构件的失效模式有：（Ⅰ）水平构件方木抗剪强度失效模式；（Ⅱ）模板支架横向水平杆挠度（ 变形过大）的失效模式。对上述失效模式可以用如下失效状态函数进行计算：
（Ⅰ）水平构件中方木抗剪强度的失效模式
式中，τ 为剪应力，N/mm2；Q为剪力设计值，N；b为构件宽度，mm；h为构件高度，mm；为抗剪强度设计值，N/mm2。
（Ⅱ）模板支架横向水平杆挠度（ 变形过大）的失效模式
简支梁承受均布荷载时：
简支梁跨中承受集中荷载时：
其中，为挠度，mm；q为均布荷载，N/mm；p为跨中集中荷载，N；E为弹性模量，N/mm2；I为截面惯性矩，mm4；为梁的计算长度，mm；［］为容许挠度，不应大于受弯构件计算跨度的1/150或10mm。
2可靠性计算方法
结构的可靠性计算本质上就是计算由式（4）表示的失效概率：
其中，x1，x2，…，xn为影响所研究结构可靠性的随机变量；G（ x1，…，xn）为结构的失效函数，G（ x1，…，xn）>0表示结构处于安全状态，G（x1，…，xn）
对于结构的可靠性计算，本文采用直接积分法进行计算，直接积分法的关键技术之一是多维数值积分的计算，下面介绍如何解决直接积分法的关键技术问题。
2.1积分区域的规则化处理
积分区域的规则化可以通过引入指示函数I［ G（ X）≤0］把原来不规则的区域转化为无穷区域，然后根据一定的精度要求，将无穷区域的积分转化为有限区域的积分，即：
其中，F（X）=I［G（X）≤ 0］·（X）；I［G（X）］为指示函数，I［G（X）］=。
每个变量的近似积分上、下限、要根据不同的分布类型以及要求的积分精度α 进行计算，设随机变量X的概率密度函数为，则这时、只需按下式求出即可：
本文采用的精度为5.7337×10-7，即正态分布的5σ 区间。
2.2联合概率密度函数的构成
对于本文的问题，由于各个变量可近似认为是相互独立的，因此，其联合概率密度函数就是各个随机变量概率密度函数的乘积。
2.3规则区域内多维数值积分问题
通过前面的讨论可以知道：结构可靠性计算可以转化为式（6）的一个多维数值积分问题，在变量个数小于5时，式（6）的积分可以直接根据积分的定义求出。
3随机变量的选取及联合概率密度函数的确定
从实际工程来看，模板支架受到恒荷载和活荷载的作用，由于活荷载离散性较大，本文只对恒荷载进行研究。由于施工期的恒荷载不可能恒定不变，并且有测量误差的存在，因此，模板支架所受的恒荷载应该作为随机变量来处理。材料性能参数由于受材料加工、制造以及材料参数实验测定的影响，往往有一定的误差，因此也应该作为随机变量。综上所述，本文选取模板支架水平构件中方木的剪力设计值Q，宽度b，高度h，抗剪强度设计值；水平构件简支梁的挠度中均布荷载q，跨中集中荷载p，弹性模量E，截面惯性矩I，梁的计算长度，容许挠度［ ］作为随机变量。
由于各随机变量在实际工程中相互无关，因此可以作为独立的随机变量来处理，也就是说，它们的联合概率密度函数等于它们各自概率密度函数的乘积，如式（7）所示。
4模板支架水平构件的可靠性分析与设计
4.1目标可靠性指标的确定
结构可靠性设计是一种先进的结构设计方法，它以可靠度为结构设计目标，充分保证了设计结构的安全可靠性。进行结构的可靠性设计，必须首先确定结构的目标可靠度。对于本文研究的模板支架水平构件，取=10-4（=3.71）和=10-3（=3.09）作为目标失效概率（ 可靠性指标）进行研究。
4.2可靠性计算
文中对材料强度、物理性能指标以及相关尺寸的概率分布宜采用正态分布。对施工期恒荷载的变异因数取为0.07，且服从正态分布。通过对模板支架的调查研究，施工期荷载的变异性较大，对载荷Q、q、p的变异因数均取0.075，且服从正态分布。文中计算模型的初始设计尺寸及材料特性参数见表1和表2。
利用前面介绍的可靠性计算方法，本文对模板支架水平构件中方木的剪力以及横向水平杆（ 此处作为简支梁）所受荷载进行计算。
【关键词】 荷载估算；预防对策；控制要点
【中图分类号】 TU714 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）03-106-03
1 引言
目前住宅工程施工中常常涉及到地下车库的施工，车库顶板一般情况下都会设计到厚度在300mm以上，根据《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质【2009】87号）、《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》建质【2009】254号及《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ62－2008）等文件的规定，混凝土模板支撑系统其施工荷载大于15KN／m2集中线载荷大于20KN／m，属重大危险源的分部分项工程，其模板支撑系统施工方案必须经专家论证后方可施工，作为工程实施中的监理对工程的程序控制和安全生产起着重要的作用，如何加强安全监督管理，积极有效的防止事故发生，是我们监理的工作重点，下面就高大模板支撑系统施工的安全监控谈些体会。
2 工程简介
我所监理的住宅项目中地下车库人防区域的顶板厚度分别为300mm、350mm、400mm四种，地下车库建筑面积为6540m2，地下车库结构形式为框架一层，层高3．8m，其中300mm顶板厚的区域梁截面尺寸为400×1300 mm，最大跨度7800mm；350mm顶板厚的区域梁截面尺寸为700×1200mm，最大跨度8000mm；400mm顶板厚的区域梁截面尺寸为400×1950mm，最大跨度8100mm。
3 施工荷载的估算
以人防区域Q：300mm厚的板、400×1300mm的梁，采用泵送混凝土浇筑，其方案是否要专家论证。
板自重标准值：0．3kN／m2 ；
砼自重标准值：24×0．3 ＝7．2kN／m2；
钢筋自重标准值：1．124×0．3 ＝0．34 kN／m2；
施工人员及设备荷载泵送时为4kN／m2 。
荷载组合一：由活荷载效应控制时，q1＝（①＋②＋③）×1．2＋④×1．4＝（0．3＋7．2＋0．34）×1．2＋4．0×1．4＝15．01 KN／m2。
荷载组合二：由永久荷载效应控制时，q2＝（①＋②＋③）×1．35＋④×0．7×1．4＝（0．3＋7．2＋0．34）×1．35＋4．0×0．7×1．4＝14．50 KN／m2 。
结论：方案要进行专家论证。
400×1300截面积0．52m2的梁，其方案也要专家论证。①板自重标准值：0．3×（0．4＋1．3×2）＝0．9kN／m2；②砼自重标准值：24×0．4×1．3＝12．48kN／m2；③钢筋自重标准值：1．524×0．4×1．3＝0．79kN／m2；④砼振捣荷载标准值（水平）2×0．4＝0．8kN／m2。
荷载组合一：由活荷载效应控制时，q1＝（①＋②＋③）×1．2＋④×1．4＝（0．9＋12．48＋0．79）×1．2＋0．8×1．4＝18．26KN／m
荷载组合二：由永久荷载效应控制时，q2＝（①＋②＋③）×1．35＋④×0．7×1．4＝（0．9＋12．48＋0．79）×1．35＋0．8×0．7×1．4＝20．06KN／m。
结论：方案也要进行专家论证。
按照《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质【2009】87号）文的规定，混凝土模板支撑系统其施工荷载大于15KN／m2，集中线载荷大于20KN／m，因施工荷载估算值为15．01KN／m2线载荷估算值20．06KN／m超过（建质【2009】87号）15KN／m2和20KN／m规定，属重大危险源的分部分项工程，其模板支撑系统施工方案必须经专家论证。
4 大模板支撑系统施工中专项方案的编制审核及预防事故的对策
4．1 施工单位应依据国家现行相关标准规范，由项目技术负责人组织相关专业技术人员，结合工程实际编制高大模板支撑系统的专项施工方案。
4．2 专项施工方案应包括以下内容。
4．2．1 编制说明及依据：相 律、法规、规范性文件、标准、规范及图纸（国家标准图集）、施工组织设计等文件。
4．2．2 工程概况：高大模板工程特点、施工平面图及立面布置图、施工要求和技术保证条件，具体明确支模区域、支模标高、支模范围内的梁截面尺寸、跨度、板厚、支撑的地基状况等。
4．2．3 施工进度计划、材料与设备计划等。
4．2．4 施工工艺技术， 高大模板支撑系统的基础处理，主要搭设方法、工艺要求、材料的力学性能指标、构造设置以及检查验收要求等。
4．2．5 施工安全保证措施，模板支撑体系搭设及混凝土浇筑区域管理人员组织机构、施工技术措施、模板安装和拆除的安全技术措施、施工应急救援预案，模板支撑系统在搭设、钢筋安装、混凝土浇捣过程中及混凝土终凝前后模板支撑体系位移的监测监控措施等。
4．2．6 劳动力计划，包括专职安全管理人员、特种作业人员的配置等内容。
4．2．7 计算书及相关图纸，验收项目及计算内容，包括模板及模板支撑系统的主要结构强度和截面特征及各项荷载设计值及荷载组合，梁、板支撑系统的强度和刚度计算，梁板立杆稳定性计算，立杆基础承载力验算，支撑系统承载力验算，转换层下支撑承载力验算等。每项计算列出计算简图和截面构造大样图，注明尺寸、规格、纵横支撑间距。附图包括支模区域立杆、纵横杆平面布置图，支撑系统立面图、剖面图，水平剪刀撑平面布置图及竖向剪刀撑布置投影图，梁板支模大样图，支撑系统监测平面布置图及连墙件布设位置节点大样图等。
4．3 高支撑模板系统施工前应由施工单位编制专项技术方案。技术方案必须经企业的技术和安全负责人审批、签字并加盖企业公章报相关专家进行论证，根据专家的意见完善后，将技术专项方案报送项目监理机构，经总监理工程师审核批准后方可实施方案。
4．4 施工单位要选择有专业资质和实力的劳务搭设队伍，从队伍的专业及人员的素质上进行控制，从而保证高支撑模板系统支架搭设、拆除的安全。
4．5 高支撑模板系统支模架搭设完成后应先由施工单位的安全部门的专业人员或安全技术人员自检合格，并经监理验收合格，必要时由上级安全主管部门的专业人员复验合格后方准投入使用。
4．6 模板拆除前施工单位要提供混凝土强度报告，达到混凝土强度要求方可拆除模板支架，否则不得提前拆除模板支架；
4．7 支、拆模板均需经批准、验收，对支、拆模板支架的人员施工单位要进行安全技术交底，使支、拆人员熟知经批准的专项技术方案要求并履行签字手续。
4．8 支架搭设前在搭设区域应放线，确保支架的间距符合专家论证的专项技术方案，经监理验收符合后方可进行搭设施工。
4．9 搭设过程中要进行首层支架的验收，检查底座规格、位置与底板接触情况以及扣件紧固程度、支架的水平和垂直度，立杆步距、扫地杆的布设及立杆与底座的配套情况，搭设结束后对照方案检查其稳定状态是否与方案中一致，如剪刀撑的设置部位是否正确，各紧固件是否达到规定的值，梁下支撑情况等。
4．10 混凝土浇筑过程中要密切监控浇捣部位的支架安全状况，发现异常立即停止混凝土浇筑施工，待采取加固措施排除险情后并经检查报监理同意后方可复工。
4．11 支架拆除应进行审批，混凝土试块强度必须达到设计要求值时经监理同意后方可拆除支架。拆除前施工单位对拆除人员进行安全交底，拆除时应自上而下层层拆除，严禁上下层同时进行拆除，要及时清理所拆除的构配件，做到文明安全施工。
5 高大模板支架搭设的控制要点
5．1 高大模板工程专项施工方案的基本要求。
5．1．1 高大模板支撑系统专项施工方案应先由施工单位技术部门组织本单位施工技术、安全、质量等部门的专业技术人员进行审核，经施工单位技术负责人签字后，再按照相关规定组织专家论证。
5．1．2 下列成员应参加专家论证会，专家组成员、建设单位项目负责人或技术负责人，监理单位项目总监理工程师及相关人员，施工单位分管安全负责人、技术负责人、项目专职安全员，勘察、设计单位项目负责人及相关人员。
5．1．3 专家组成员应当由5名及以上符合相关专业要求的专家组成，本项目参建各方的人员不得以专家身份参加专家论证会。
5.1.4 专家论证的主要内容包括：方案是否依据施工现场的实际施工条件编制，方案、构造、计算是否完整可行，方案计算书、验算依据是否符合有关标准规范，安全施工的基本条件是否符合现场实际情况等。
5.1.5 监理单位应编制安全监理实施细则，明确对高大模板支撑系统的重点审核内容、检查方法和频率要求等。
5.2 监理审查高大模板专项方案时应注意如下事项
5.2.1 专项方案必须有高大模区梁板设计的具体要求，详细的平面布置图，支架杆设计的平面图、立面图、剖面图及梁下支架的平、立面图以及局部放大节点详图。（地下室顶板支撑系统剖面图详见图5.2.1a、图5.2.1b）
地下室顶板支撑系统剖面图（图5.2.1a）
5.2.2 专项方案必须有支架钢管的规格及设计计算，支架受力情况及整体稳定承载力计算，在有多种板厚时以最大板厚为依据进行受力分析和计算。
5.2.3 支架钢管的壁厚应采用目前市场上常用的规格，若按较厚壁计算势必会产生材料供应的难题。
5.2.4 高大模板专项施工方案施工单位应组织专家进行评
地下室顶梁支模节点图（图5.1.1b）
审。专家组对方案论证出具论证意见，若专项方案与专家论证意见有出入的施工单位应根据专家论证意见修改完善专项方案，并按程序经施工单位技术负责人、总工程师审批并加盖单位公章报监理审查，经监理审核及项目总监理工程师、建设单位项目负责人批准签字后，方可组织实施。
5.3 对支模架材料的验收。
5.3.1 施工单位在支模架搭设前应先由项目技术负责人组织对需处理或加固的地基基础进行验收，并留存记录。
5.3.2 高大模板支撑系统的结构材料应按要求进行验收、抽检和检测并留存记录资料，对进场材料进行报验，支模架钢管扣件应符合有关规定并与专项方案中钢管的直径壁厚应一致，支模架所采用的构配件应有产品质量合格证。
5.3.3 施工单位应对进场的承重杆件、连接件等材料的产品合格证、生产许可证、检测报告进行复核并对其表面光感、重量等物理性能指标进行抽检，如钢管、扣件进场后，施工单位应对其直径、壁厚、进行自检，再由监理复检，并在监理的见证下送检测机构复验，取得复检合格报告后方可使用。
5.3.4 对承重杆件的外观抽检数量不得低于搭设用量的30%，发现不符合标准、情况严重的要进行100%的检验，并随机抽取外观检验不合格的材料（由监理见证取样）送法定专业检测机构进行检测。
5.3.5 采用钢管扣件搭设高大模板支撑系统时，还应对扣件螺栓的紧固力矩进行抽查，抽查数量应符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130）的规定，对梁底扣件应进行100%检查。
5.3.6 经检验合格的钢管、扣件、U形托应按型号、规格分类堆放整齐、平稳，堆放场地不得有积水。搭设高大模板支撑架体的作业人员必须经过培训，取得建筑施工脚手架特种作业操作资格证书后方可上岗。其他相关施工人员应掌握相应的专业知识和技能。
5.3.7 作业人员应严格按规范、专项施工方案和安全技术交底书的要求进行操作，并正确配戴相应的劳动防护用品。
5.3.8 支架钢管表面应平直、光滑、壁厚均匀，无裂缝、毛刺、压痕、焊巴，表面应防锈处理，扣件应无裂缝、螺栓无滑丝并防锈处理，U形托无裂缝、变形、螺栓无滑丝并防锈处理。
5.3.9 高大模板支撑系统应在搭设完成后，由项目负责人组织验收，验收人员应包括施工单位和项目两级技术人员、项目安全、质量、施工人员，监理单位的总监和专业监理工程师。验收合格，经施工单位项目技术负责人及项目总监理工程师签字后，方可进入后续工序的施工。
6 支模架搭设和使用过程的控制
6.1 支模架搭设前，施工单位项目技术负责人应将通过专家论证的高支模专项施工方案的要求向支架搭设人员进行技术交底和安全交底，使施工人员熟知专项方案中的要点。
6.2 在搭设区域按方案的专项立杆间距要求放线，由监理工程师对照方案验收所放线是否与专项方案的立杆间距一致，待验收一致后进行支架扫地杆连接分层接高、顶托安装，自下而上的顺序进行搭设。
6.3 模架搭设过程中，监理工程师对搭设区域要加强巡查，支模架立杆扫地杆必须双向设置，每档都要设置扫地杆，对整体起稳定作用的剪刀撑必须对照方案检查是否设置到位，剪刀撑相互之间必须贯通，保证支架整体的稳定性，立杆不允许搭接，顶托长度控制在200mm以内。
6.4 支模架搭设完成后，先由施工单位组织技术和安全人员进行自查，自查合格后附带自查记录报监理验收，监理单位由总监工程师组织专业监理工程师、安全监理工程师对整个支模架区域进行全面的检查和验收，对立杆的纵横杆、剪刀撑、扣件紧固状态等进行检查，符合要求后在施工单位申报的检查记录上签字。
6.5 混凝土浇筑时，施工单位要派有经验、责任心强的支架搭设人员随浇筑进度检查支顶、模板，如有意外情况及时采取有效补救措施。同时施工单位还应安排安全员专职观察模板及其支撑系统的变形情况，发现异常现象应立即暂停施工，迅速疏散人员，待排除险情并经施工单位安全责任人检查，报监理机构同意后方可复工。
【关键词】管道布置；应力计算；受力分析
一、引言
本文根据作者多年来所参与的热电厂施工图中主要汽水管道――主蒸汽、主给水等管道的设计，针对采用自然补偿的热力管道，其设计过程中管道的布置与应力计算进行论述，以供大家在热力管道的设计中作为参考。
二、管道布置
热力管道的布置应尽量利用其自然补偿能力，其主要原则是：调整管道的走向，以增加整个管道的柔性；利用弹簧支吊架放松约束；改变接口设备布置；对于复杂管道可用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，如L形、Ⅱ形、Z形等管段；确定管道固定点位置时，使两固定点之间的管段能够自然补偿。
1.管道的荷载
管道荷载包括：重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重、积雪重等；压力荷载，包括内压力和外压力；位移荷载，包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移等。
2.管道端点的附加位移
在管道柔性设计中，除考虑管道本身的热胀冷缩外，还应考虑管道端点的附加位移；设备热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；不和主管一起分析的支管，应将分支点处主管的位移作为支管端点的附加位移。
3.管道支吊架间距
管道支吊架间距的确定实际上就是管系承重支吊架的位置和数量的确定。对于水平连续敷设并承受均布载荷（指管道自重、介质重、隔热材料重、积雪重之和）的管道，分别根据刚度条件和强度条件计算其最大允许间距，取两者之间的最小值。
4.管道支吊架的型式
管道支吊架的用途为：承受管道的重量荷载；限制管道的位移，阻止管道发生非预期方向的位移；用来控制管道的振动、摆动或冲击。根据管道支吊架的用途可以分为两类：承重支吊架，限位支吊架。承重支吊架又分为刚性支吊架、可变弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架三类。限位支吊架又可分为固定支架、导向支架和止推支架三种。
5.支吊架的位置确定
不同的支吊架型式对生根条件有不同的要求，而从保障管系的自身强度、稳定性、防振以及对边界条件的要求来说，总存在着在管系的某个地方支撑、并以特定的支架型式支撑为最理想。
三、应力计算
进行应力计算的目的是：使管道应力在规范的许用范围内；使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；计算出作用在管道支吊架上的荷载。
1.管道应力计算的方法
管道应力计算的方法有：目测法、图表法、公式法和计算机分析方法。目前，电厂内主要汽水管道的应力计算推荐采用计算机分析方法。
2.对管系进行分析计算
进行计算机应力计算时，要建立计算模型，编制节点。其中包括：管道端点、管道约束点、支撑点、给定位移点；管道方向改变点、分支点；管径、壁厚改变点；存在条件变化点（温度、压力变化处）；定义边界条件（约束和附加位移）；管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件）定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力等）。
（一）初步计算
输入原始数据进行计算，其过程和结果如下：利用计算机推荐工况；弹簧可由程序自动选取；计算结果分析；查看一次应力、二次应力的核算结果；查看冷态、热态位移；查看设备受力；查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）；查看弹簧表。
（二）应力分析
反复修改直至计算结果满足标准规范要求。计算结果不满足要求可能存在的问题，根据下列情况做相应修改：一次应力超标，缺少支架；二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强；冷态位移过大，缺少支架；热态水平位移过大，缺少固定点或Ⅱ型；设备受力过大，管道柔性不够；固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够；支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架；弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整。
四、主蒸汽、主给水管道的设计
从以上的论述，我们大致了解了热力管道设计时与管道布置、应力计算相关的内容，下面就具体的管道设计进行分析。
1.主蒸汽管道设计
主蒸汽管道设计时，根据接口的位置，确定管道的大致走向。管道布置应靠近锅炉钢梁、土建梁柱与平台，以方便支吊架的设置。
2.主给水管道设计
主给水管道布置时，首先按照各接口位置进行初步布线，在母管上要设置Ⅱ型布置以补偿热位移、减小固定点受力，在高加进出口要设置L、Z型布置来减小接口热态位移及受力。然后按照主给水的流量和参数确定各管段的材质和规格。根据不同管段上的重力荷载计算出支吊架的间距，在管线上添加支吊架。
管道支吊架设置完成后，可使用三维管道软件生成应力计算原始程序。在此过程中要注意的是，需输入给水泵进出口、高加进出口、省煤器进口的热态附加热位移，需要显示力与力矩的接口设置等。然后进行应力计算，根据计算结果调整管道的布置，其中包括：调整给水泵进、出口管道上的弹簧以满足对设备接口处受力及力矩要求，对于冷、热态位移均为零的弹簧吊架改为刚性吊架，对于失重的刚性支吊架应改为弹簧支吊架。
五、结论
管道布置和应力计算是热力管道设计中比较重要的两个方面，合理的管道布置是汽水管道的设计中，主蒸汽、主给水管道的设计在管道布置、应力计算分析上得到了较全面的体现，上述的各个方面在具体设计时都有所涉及。正确掌握这两个方面是做好主蒸汽、主给水管道设计的必要条件，同时也是做好其它汽水管道设计的要求。
关键词：最近发展区；支架式教学；建构主义
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）11-0045-02
一、支架式教学的理论基础
维果茨基提出的最近发展区理论重新分析人类发展、不断学习、知识传授之间的相互关联关系。教师在开展教学活动之前，应该通过分析，掌握和预测学生的两个层面的发展水平，在掌握学生目前所具备的发展水平的同时，要对学生在学习之后可能达到的发展水平有一定的预判，可以用“最近发展区”这一描述空间来确定学生的发展水平。在最近发展区理论的启发下，教学活动中涌现出一系列令人耳目一新的教学模式，比如支架式教学、交互式教学、认知学徒教学、情境式教学等等[1]。
从教学策略的角度，“支架式教学”是根据建构主义基本思想开发出来的一种比较成熟的教学模式，这种策略的设计关键在于把复杂的学习任务加以分解，建立问题支架，并要求这种支架要按照学生的“最近发展区”来设计，把学习者的认知内容和水平逐步引向深入，从而不断地把学生从一个认知水平提上另一个更高的认知水平[2]。从教学理念的角度，支架式教学是对教学过程、师生角色关系的一种定义和设计，教学中的师生关系与地位随着学生能力的成长而不断变化。
二、对应用型课程教学设计的反思
维果茨基认为，教学活动与学生能力发展是相互依赖的，但绝不是同一过程，在教学活动与学生发展间存在着多元复杂的关系。只有当教学活动走在学生发展前面时，这种教学活动才会行之有效[3]，教学活动要依赖学生成熟的发展程度，学生能否发展取决于教学能否激发、启动那些正待成熟的心理机能――“最近发展区”。我们用这一理论来反思一下当前高等教育中存在的困惑和困难。
传统教学中，一方面在教学策略和教学内容设计上往往注重理论讲解，知识原理与解决实际问题的耦合度不高，实验项目一般是对相应技术单元的验证性实验，知识考核主要是对抽象原理知识的考核；教学设计中知识原理与现实问题的引导性关联设计较少，多数学生无法独立把学习到的知识应用于生产实践中。教师的教学用语常常是这样的：“之前我们学习了路由交换技术课程的某某知识！本节课我们来共同学习路由交换技术的某某知识！该知识分为这样几方面的重点内容！”
此类教学理念和教学策略，不免会使学生在学习过程中缺乏存在感、价值感和成就感。教师是否可以参考“最近发展区”理论，通过教学设计的调整，在教学中采用“我们在生活中是不是遇到过某某问题（或现象）？”“这些问题如何解决呢？”“其实之前的课程知识都告诉我们解决办法了！”“其实这个问题要分解成这样几个问题去考虑！”“开动你们的记忆，我们来共同解决这些问题吧！”“我们平时解决此类问题就是这么考虑的吧？”等教学用语，来改变我们的教学理念，实施我们的教学策略，是否会更好一些呢？
三、支架式教学在教学设计中的运用
要正确把握教学与发展的关系，调整好我们的教学理念和教学策略，教学设计就要从教师角色的转变、教学模式的转变、课堂教学内容的翻转三方面入手来设计。要想实现三个转变，就要把以“学生为中心”的教学理念贯彻始终，那么教学策略应更多关注学生的知识探究过程。教学设计要弱化教师把知识从外界搬到学生记忆中的职责，不第一时间给学生提供现成的答案或知识概念及模型定义，而是为学生提供思考、探究的时间与机会，导师在忍耐、观察中，引导学生成长，这是一个过程。基于“最近发展区”的支架式教学给了我们一个很好的教学设计思路。自我寻找问题答案是学习过程中最为有效的支架。根据“最近发展区”理论，设计的问题支架要贴近学生生活实际，贴近学生知识与能力基础，要兼顾知识技术本身的发展过程和学生对知识的认知能力与水平。学生只有依据熟知的知识经验和惯性思维习惯来建构知识关系体系，其掌握的知识技能才是稳固与完整的。对于教学理念与教学策略的调整，支架式教学在教学设计中的设计重点有以下几个方面。
（一）促进教学角色互换，构建师生一体导学关系
在教学中我们可以发现，学生对以往的知识与经验认识不成熟，面对某类特定的新知识，多数学生无法独立依据以往的知识经验，完成对特定新知识技术的建构，这也是建构主义学习理论本身存在的“知识只能主动构建的绝对性认识倾向”的不足。在以学生为主体的学习过程中，学生还离不开导师的帮助，导与学是一个相互推动的过程，导师的角色定位当然不会是知识的简单、机械的传授者，要实现以学生为主体的教学角色转换，导师必须变成为学生知识建构、问题解决等提供引导与帮助的人，并在引导学生建构特定新知识的同时，要不断吸纳、讨论、分享学生对知识的认识成果。导师在引导过程中还要适当示弱，甚至有意抛出一些错误的问题解决办法供学生分析发现，进而引导学生努力改变、优化，甚至、拓展导师和教材的论断，并把这些成果作为学生水平考核的重要观测点，从而在师生共同成长的导学关系中孕育学生的“存在感、价值感和成就感”，培养其独立认识、思考与解决问题的能力。
（二）以问题支架为支撑，开展“问题式”教学
“苏格拉底式”教学模式的特点是尽可能地拉长学生的知识，把学习作为一个积极的建构的过程。那么支架式教学的设计重点在于知识与问题关系的设计，要针对各个特定知识点，进行剖析后的“问题碎片化”设计。“问题碎片化”要以学生“现有发展区”为基础，把课程教学大纲的知识点有机分割成梯状小问题，并形成分级、分类问题支架群。
该教学模式中导师要以引导学生解决问题为第一要务，当然教师在为学生提供支架时一定要把“IN
SPIRE”七种教师特质运用完整，本文仅对“苏格拉底式提问”做详细设计，其他不做赘述。教师在解决问题过程中，首先使学生进一步认识与内化现有发展水平的知识，并引导其逐步建构、理解“最近发展区”的知识，进而能自主构建相关知识的内涵联系，并为潜在发展水平的知识构建打下基础，从而形成潜在发展水平知识内化为现有发展水平知识的循环构建知识过程。在支架式教学策略的实施过程中，导师会不断抛出集趣味性、认知性、专业性、连续性、实用性、科学性为一体的系列问题，学生在导师的引导和帮助下乐此不疲地不断解决问题，这样的教学模式会激发学生的学习兴趣，收到良好的教学效果。
（三）进行“知”与“识”分类设计
学生对知识的内化和构建需要充足的探究时间与资源空间，支架式教学要为学生提供思考、探究的时间与机会，导师要在忍耐、观察中，提供资源，引导、帮助学生成长，这同时要求我们对课堂教学内容进行裁剪，把一部分教学内容与问题翻转到课外，从而扩大教学的时间与空间。
哪些教学内容与问题要翻转到课外，哪些要保留在课上呢？我们不妨把知识分为“知”和“识”两个部分。“知”是课程某单元的部分教材内容，可以把此类内容以教材和教学微视频的形式翻转于课外，学生自主完成；
“识”可分为课程某单元的内涵分析、与其他知识单元的内涵联系和实际领域应用等方面，此类内容因学生受知识背景所限，是无法独立完成的，需要教师在课堂上以问题支架为支撑，引导其循序渐进地认识、运用和探究。
（四）问题支架式的设计与实现
最近发展区是定义性知识（由教师教学提供的）和个体经验性知识（个体自己拥有的）之间的差距。支架式教学策略的问题支架如果按照最近发展区进行分类，体系脉络就会很清晰，其由三类关键问题支架构成，即专业背景所提供的文化知识和个体的日常经历之间的问题支架（A类）、定义性知识和个体经验性知识之间的问题支架（B类）、个体经验性知识和潜在知识之间的问题支架（C类）。三类问题支架逻辑结构关系图如图1所示。
维果茨基的最近发展区理论对当代教学理论和教学模式产生了重要的影响。教学和发展是一种复杂的动力制约关系， 合理的、科学的教学过程是心理发展的源泉，正确组织的教学能引起并激发教学以外的思考和探究，实现教学与育人的高度统一。支架式教学是学生利用教师预设的低起点、阶梯式的问题支架，运用以往知识、经验不断解决问题的过程。学生通过此过程来自我构建和内化知识，才能把理论和实践很好地融合起来，从而形成个性化的、相对完整与稳固的知识、能力、素质体系，才有可能从事更高的认知活动和实现自我的正确认知，才会具备把知识准确运用于生产实践的潜能，才有可能探究到进一步挖掘知识的机会和渠道。基于支架式教学的课程设计是与“知识建构、创新能力、综合素质”三者并重发展的应用型本科人才培养目标相契合的。
参考文献：
[1]曾智，丁家永.维果茨基教学与发展思想述评[J].外国 教育研究，2002，（11）.
关键词：运架一体机；隧道口零距离；首孔砼梁架设；运架梁机；导梁机
中图分类号：TU445 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0026-02
1 概述
当今，我国高速铁路发展迅速，架桥配套特种设备开发应用越发成熟。预制简支砼梁架设施工设备由单一的机型向多种机型发展，后续开发研制的新型架梁设备工况适用性越来越强，对进、出隧道口特殊工况的砼梁架设也完全满足。我国西南地区多山地，高铁线路多桥隧，运架一体式架桥机应运而生。运架一体机由运架梁机和导梁机两大部分组成，适用于中国时速350km、250km铁路客运专线20m、24m、32m双线整孔预制砼梁的吊装、运输及架设，具有施工速度快、机动灵活、可实现隧道内砼梁运输及隧道口零距离砼梁架设等特点。
2 出隧道口零距离砼梁架设理论方案说明
运架一体机出隧道口零距离架梁中的零距离是指隧道口距离首孔桥台（或零号墩）小于一定值（L）时，导梁机必须采取低位姿态运行方案才能完成首孔砼梁架设，这一定值（L）根据首孔砼梁梁长确定，具体为：梁长32m，L=43m；梁长24m，L=35m；梁长20m，L=31m。
由于隧道断面内轮廓及砼梁断面外轮廓双重参数限制，理论演示提运梁机提梁出隧道时，砼梁下净空最大值小于导梁机主梁高度，无法喂梁，致使导梁机需降低位才能满足喂梁要求，完成出隧道口首孔砼梁架设。而后，导梁机升至正常位，进行后续砼梁架设。因此，运架一体机出隧道口零距离砼梁架设为特殊工况，操作复杂，导梁机高低位转换升降具有一定的危险性。具体方案如下：
2.1 导梁机隧道口就位
如图1所示，导梁机包含主梁、小车、四条支腿及吊架。出隧道口架梁，导梁机还需安装辅助导梁、辅助支腿。通过各支腿油缸调节，各支腿高度降低，从而使导梁机整体降低，此环节各支腿拆卸油缸护套工作量较大，且导梁机降低位时，各支腿同步性要求较高，现场操作者要统一指挥，高度协同作业。
1.隧道；2.导梁机小车；3.辅助导梁；4.导梁机主梁；5.辅助支腿；6.零号桥墩；7.主支腿；8.中支腿；9.前支腿；10.吊架
2.3 导梁机主梁前抽到位
如图3所示，提运梁机后悬挂大车制动，导梁机小车动力装置通过链条驱动牵引主梁向前抽动，直至到位。此环节导梁机主梁前抽前需拆除辅助导梁，辅助支腿需折叠收起。导梁机主梁前抽前需检查各支腿的支垫、锚固情况，前抽时要密切观察各支腿的支撑稳定性。
图3 导梁机前抽到位示意图
2.4 提运梁机落梁到位，导梁机恢复正常架梁位
如图4所示，提运梁机落梁到位，导梁机各支腿支撑油缸顶升至正常架梁位。前支腿沿导梁机主梁前移至下一桥墩后导梁机主梁回抽11m，各支腿就位。此环节主要工作：各支腿安装油缸护套，拆除辅助垫墩。导梁机升高位时，各支腿统一指挥操作，同步动作。
图4 提运梁机落梁到位、导梁机正常架梁位示意图
3 施工现场实际实施方案说明
目前，TTYJ900型运架一体机出隧道口零距离架梁这一特殊工况已经成功完成了三次，具体见表1。
对比理论方案，中铁二十二局运架一体机首次遇到该特殊工况，这也是此机型首次应用，现场基本按照理论方案实施，无实际借鉴经验，用时6天。而此理论方案第二次应用在中交一公局，方案实施中做了优化调整，理论上导梁机主梁保持水平改为略微上扬状态（控制纵坡坡度小于2%），使前、中、主三条支腿油缸护套部分拆除，节省了施工时间，用时4天。第三次中铁十八局出隧道口架梁工况更为特殊，首孔后面是已完成的连续现浇梁，这使原理论方案中导梁机主梁降低位无法实现。施工现场通过对隧道实测，结合前两次施工经验，重新制定方案，使导梁机主梁后端微降（约30cm），落在桥台上，提运梁机喂梁时前吊上扬，过程中严密监控，适时调整，最终通过简化的施工步骤完成了砼梁架设，用时2天。
4 结语
TTYJ900型运架一体机出隧道口零距离架梁整体方案切实可行，理论演示方案为现场施工依据，根据现场实际施工环境（如隧道、砼梁轮廓参数，线路设计情况等）适当调整施工方案，总结经验，优化细节施工步骤。总之，针对高铁设计线路多桥隧多特殊架梁工况这一情况，TTYJ900型运架一体机相对线路整体施工效率大大提高，技术水平达到国内领先，可代替进口产品，为使用单位节省了购置及施工成本，经济效益显著。该机型优势突出，但也有不足，出隧道口架梁方案中导梁机主梁高低位转换施工强度大、耗时长，部件结构有待改进设计，施工效率有待进一步提高。
参考文献
关键词：支架式教学；学导单设计方案；应用
中图分类号：G427 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2013）20-082-1
支架式教学模式倡导通过解决问题来学习，通过已有的知识经验完成新知识由外至内的转移和建构，促进学生打下灵活的知识基础，发展解决实际问题、批判性思维和创造性思维能力，发展合作能力与自主学习能力。
在我校“先学后导——问题导学”有效教学模式的实践过程中，教师和学导单共同承担了这样的“支架”作用。
什么是学导单呢？
学导单是有效教学的工具，是呈现教学目标、教学内容、活动方案等教学元素的平台。它把研究学情、探究学法作为教学的起点，在课前、课中、课后研究学情，由教师通过自主创作、集体备课、修改统一的形式完成。学导单一般包括课题名称、学习目标、预习指导、活动方案、反馈评价等内容。在具体操作中通常有以下几个环节：一是课前自主预习，即学生根据学导单确定的学习目标、学法指导、预习步骤等环节进行自学；二是课中活动，即学生根据学导单上预设的需要小组合作质疑、探讨的主问题进行讨论、交流、展示、质疑；三是总结提升，通过师生、生生互评，教师引导学生归纳、提炼教学重点难点，突出易错易混易漏的知识薄弱点。
支架式教学模式在一定程度上与我校学导单设计的理念是不谋而合的，二者都强调自主学习、问题导学、知识建构、思维拓展。因此，在开发学导单时，教师可以运用支架式教学模式的理念来指导、设计。
如何以支架式教学模式指导学导单的设计呢？下面以《端午日》学导单为例，探讨这一问题。
一、搭脚手架——围绕当前学习主题，按“最邻近发展区”的要求建立概念框架
在设计《端午日》学导单时，我从本单元、本课文的学习重点入手，围绕当前的学习主题，按照“最邻近发展区”的要求，找出学生的实际发展水平和潜在发展水平，将“掌握文中出现的生字词，如：缠裹、蘸酒、泅水、干燥等；学习并运用本文虚实结合、正面侧面相结合的场面描写方法；感受节日气氛，体验奋发向上、合作争先的精神。”作为指导学生预习的整体支架，使学生在这种支架的支持帮助下获得学习本文的路径。
在此三维目标的指导下，学导单可以设计以下的预习问题，作为引导学生进入文本，激发思维，训练自学能力的小支架。
1.初读课文，积累重要字词。借助这一支架的搭建，可以指导学生扫清字词障碍，进入文本阅读。
2.再读课文，感知节日场面。要求学生通读全文，划出文中描写节日活动的场面，并以小标题的形式简要概括这几个场面，并且小标题中要包含一个动词，可适当加入形容词和副词。这一环节的设置意图搭建学生与文本结构之间的支架，通过概括能力的训练使学生获得把握文本结构的能力。
3.三读课文，读出节日气氛。让学生在精读课文的基础上，选择课文中的某一场面进行重点朗读。通过设置对关键词的朗读处理这一支架，促使学生读出文中端午节的气氛。
二、进入情境——将学生引入一定的问题情境
为了充分调动学生的积极性，教师应引导学生进入情境，提出问题与假设，为学生的独立探索及协作学习做好铺垫。在《端午日》学导单的导入设计中，我以这样贴近学生生活的问题支架引入：你们知道中国有哪些传统节日吗？能说说在你们家乡的端午日有哪些风俗呢？今天就让我们跟随沈从文先生走进湘西，去看看那里的端午节是怎么过的？学生的注意力自然就被吸引，从而产生探索的愿望。
三、独立探索与协作学习——让学生在独立探索的基础上进行小组协商、讨论
探索开始时要先由教师启发引导，再让学生独立分析。教师可以依据学生的实际水平及课文内容，可以在学导单的活动方案中设计如下问题：如，课文是怎样通过场面描写来表现端午节的节日气氛的？设计以自主思考加小组讨论、全班展讲的形式进行这一活动。讨论的结果有可能使原来确定的、并使原来多种意见相互矛盾、且态度纷呈的复杂局面逐渐变得明朗、一致起来。在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解，最终完成对所学知识的意义建构。在学导单的设计中，教师要对学生的讨论给予一定的路径，适时加以提示解释，为学生深入文本提供支架，在这一问题的引导中，可以让学生从写作技法层面，借助虚实结合、正面侧面结合或准确生动的词语等支架问题入手思考、讨论。同时，老师要设计一些具有一定挑战性、能激发学生积极思考、训练学生能力的问题。
四、效果评价——对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价
评价内容包括：①自主学习能力；②对小组协作学习所作出的贡献；③是否完成对所学知识的意义建构。
关键词：高支撑，满堂支撑架，稳定性
中图分类号：TU511.3+7 文献标识码：A 文章编号：
引言：现代建筑中高大空间的结构形式越来越多，给施工带来了新的技术难题，特别在模板的支撑需要更加安全可靠的设计方案来满足临时支撑要求。在国内所使用的模板支架中，扣件钢管脚手架由于构造简单、施工方便、使用成本相对较低等特点，在多、高层建筑现浇混凝土结构模板高大支撑系统施工中被广泛使用。但由于前期规范的制定不完善，管理不科学所造成的扣件钢管脚手架模板高支撑坍塌事故以致群死群伤频频发生，造成了重大人身伤亡和经济损失。
本文依据扣件式钢管脚手架最新的技术规程，结合具体工程项目的高大模板支撑体系的设计情况，解决施工中模板高支撑的稳定和安全问题，对于工程实际操作具有一定的指导意义。
一、工程简介
建安公寓9#楼工程，位于河北省高碑店市城区内。建筑面积89206㎡，框架剪力墙结构；地下2层，地上32层，檐高99.95米，地下一、二层为人防、车库及超市，地上一至四层为商业，五至三十二层为住宅。该工程地下一层层高6.0 m，首层层高5.7米，二至四层层高4.1米，依据高支撑的定义，将采用扣件式钢管脚手架材料搭设的、支撑高度大于等于4m的梁板楼（屋）盖模板支撑架，称为扣件式钢管梁板模板高支撑架[1]。本工程高支模的部位多、范围广，其中首层门厅12-20轴/O-Q轴范围梁板高9.80米，面积501㎡。为确保模板高支撑架的安全使用，模板高支撑的合理设计对于确保施工安全至关重要。
二、支撑架体设计
高支撑架的设计依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）等规范。
1、设计方案的选择
本工程支撑架体采用满堂红钢管扣件脚手架。考虑梁板较重，施工荷载对垂直杆件的压力大，架体高易造成杆件的长细比不合理等因素，支撑架体采用立杆轴心受压设计方案，同时增加立杆的数量，缩短大小横杆的步距，以保证垂直受压杆件的稳定。
（1） 模板与支架搭设参数
楼板模板支架搭设高度H：9.475m，立杆纵距lb：1.0m，立杆横距lb：1.0m；梁模板支架搭设高度H：9.1m，立杆纵距lb：1.0m，立杆横距lb：0.8m；水平杆最大步距h：1.2m；架体上模板面板采用15㎜厚多层胶合木模板；支撑面板的次楞梁采用40×80㎜方木，楼板次楞梁间距0.25m，梁次楞梁间距0.1m；主楞梁采用80×80㎜方木，间距同立杆纵距。立杆采用Φ48×3.5钢管（验算时按Φ48×3.0钢管）。
（2） 荷载参数
砼板厚度0.15m；梁截面宽度0.40m，梁截面高度0.70m；
永久荷载标准值：现浇砼自重（G2k）24KN/m3；主梁、次梁及支撑板自重（G1k）：0.6kN/㎡（规范JGJ130-2011表4.2.1-3）；满堂支撑架立杆承受的每米结构自重gk：梁0.1715kN/m，板0.1828kN/m（规范JGJ130-2011表A.0.3）；钢筋自重（G3k），梁取1.5kN/m3，板取1.1kN/m3。
可变荷载标准值（依据建筑施工模板安全技术规范JGJ162-2008）：施工人员及设备荷载（Q1k），当计算面板和直接支承面板的次楞梁时，均布荷载取：2.5kN/㎡，再用集中荷载2.5kN进行验算，比较两者所得的弯矩取其大值。当计算直接支承次楞梁的主楞梁时，均布荷载标准值取1.5kN/㎡；当计算支架立柱时，采用布料机上料进行浇筑砼时，均布荷载标准值取4kN/㎡。振捣砼时荷载标准值（Q2k）：2kN/㎡。
风荷载标准值：计算公式为，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006年版））中规定计算，其中基本风压值应按规范D.4中重现期n=10年的规定采用，工程位于河北保定市，取0.30 kN/㎡，μz风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定采用，取1；μs脚手架风荷载体型系数，应按JGJ130-2011规范表4.2.6的规定采用，μs=1.3，敞开式脚手架的值按规范JGJ130-2011附录A表A.0.5采用，=0.14；
经计算=1×1.3×0.14×0.3=0.0546 kN/㎡
2、支撑体系结构验算
本论文主要讨论模板高支撑架体的设计，仅以楼板模板高支撑架体验算过程为例，对扣件抗滑移、扣件式钢管立杆、立杆基础承载力进行计算。其中模板面板计算；底方木次楞验算；梁模板面板计算；梁底次楞方木验算；主楞验算本论文正文删略；
（1） 扣件抗滑移计算
立杆与主楞之间U型托板直接托顶，扣件抗滑承载力不需要验算，满足要求。
（2） 扣件式钢管立杆轴心压力设计值计算
作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。
1）静荷载标准值包括以下内容
脚手架的自重：
NG1=0.1828×9.475=1.732kN；
立杆承受的每米结构自重计算参照《扣件式规范》附录A 表A.0.3。
模板的自重：
NG2=0.6×1×1=0.6kN；
钢筋混凝土楼板自重：
NG3=（24+1.1）×0.15×1×1=3.765kN；
经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 6.097 kN；
2）活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载
经计算得到，活荷载标准值 NQ = (4+2 ) ×1×1 = 6.0 kN；
3）不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算
N = 1.2NG + 1.4NQ = 15.716kN；
4）考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算
= 1.2NG + 0.9×1.4NQ = 14.889kN；
NQ-----各活荷载标准值对立杆产生的轴向力之和，另加的值；
----风荷载产生的立杆段弯矩设计值（N·mm）；
=0.01kN·m；
风荷载标准值（kN/㎡）,；
（3）立杆稳定性验算
1）不考虑风荷载
立杆的稳定性计算公式：f
式中：N ---- 轴心压力设计值(kN)：
---永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和（kN）；
---可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和（kN）；
φ ---- 轴心受压稳定系数，由长细比 λ = lo / i 查表得到；
i ---- 立柱的截面回转半径（㎝），i = 1.59 ㎝；
A ---- 立柱截面面积(㎝2)，A = 4.24 ㎝2；
f ---- 钢材抗压强度设计值N/㎜2，f = 205 N/㎜2；
立杆计算长度lo：
顶部立杆段： l0=kμ1(h+2a)
非顶部立杆段： l0=kμ2h
式中：k ---- 满堂支撑架立杆计算长度附加系数，依据规范JGJ130-2011表5.4.6，8
h ---- 为纵横水平杆最大步距，取1.2 m；
a ---- 立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度，取0.2 m；
μ1、μ2 ----考虑满堂支撑架整体稳定因素的立杆计算长度系数，依据规范JGJ130-2011附录C，剪刀撑设置加强型，μ1取1.636，μ2取2.181；
立杆计算长度按上述公式计算结果：
l0 = 1.185×1.636×（1.2+2×0.2）= 3.102 m；
l0 = 1.185×2.181×1.2 = 3.101 m；
立杆长细比计算：λ = lo / i = 310.2 / 1.59 = 195.1
按照长细比查表A.0.6得到轴心受压构件的稳定系数φ=0.189；
=196.12 N/㎜2< f = 205 N/㎜2
立柱稳定性满足要求!
2）考虑风荷载组合
考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：
式中，Nw ----考虑风荷载时，立杆的轴心压力最大值（N）；
----风荷载产生的立杆段弯矩设计值（N·mm）；
W---立杆净截面抵抗矩（cm3）；W=4.49；
=188.1 N/㎜2< f = 205 N/㎜2
立柱稳定性满足要求!
（4）立杆基础承载力计算
立杆底垫板对地面压力公式：fg
式中：Pk ---- 立杆基础底面处的平均压力标准值（kPa）；
Nk ---- 上部结构传至立杆基础顶面的轴向力标准值（kN）Nk=15.72kN；
A ---- 基础底面积（㎡）A = 0.25×1.0 = 0.25；
fg ---- 地基承载力特征值（kPa）。
=62.88 kN/㎡
按结构设计说明，地下室顶板的活荷载设计值为4kN/㎡，考虑设计的荷载分项系数1.4后，地下室顶板砼在达到设计强度时，承担的设计容许承载力为5.6 kN/㎡（4×1.4 = 5.6 kN）。
从上可知，立杆基础承载力计算不满足楼盖顶板的承载要求，其超出部分荷载57.28 kN/㎡，需由地下室底板承担。因此，该层楼盖结构浇筑砼时，地下室顶板对应本层立杆部位处结构模板支顶不得拆除，底座应垫木方，保证力有效的传递到基础底板。
框架梁部位高支撑验算方法与之相同，经验算满足要求本文略。
结论：本工程高支撑模板拆除后，混凝土表面光洁，无跑模、漏浆、下沉现象，证明本工程模板高支撑扣件式钢管脚手架体系的设计是相当成功的，为今后的类似施工提供了宝贵的借鉴经验。
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，施工技术，2002（3）
[2] 杜荣军 建筑施工脚手架实用手册，北京：中国建筑工业出版社，1994
[3] 建筑施工手册（第四版缩印版），中国建筑工业出版社
[4] 江正荣 建筑施工计算手册，北京：中国建筑工业出版社，2001
[5] 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011
