5．4 满堂支撑架计算
5．4．1～5．4．6 考虑工地现场实际工况条件，规范所给满堂支撑架整体稳定性的计算方法力求简单、正确、可靠。同单、双排脚手架立杆稳定计算一样，满堂支撑架的立杆稳定性计算公式，虽然在表达形式上是对单根立杆的稳定计算，但实质上是对满堂支撑架结构的整体稳定计算。因为式(5．4．6-1)、式(5．4．6-2)中的μ1、μ2值(附录C表C-2～表C-5)是根据脚手架的整体稳定试验结果确定的。本节所提满堂支撑架是指顶部荷载是通过轴心传力构件(可调托撑)传递给立杆的，立杆轴心受力情况；可用于钢结构工程施工安装、混凝土结构施工及其他同类工程施工的承重支架。
现就有关问题说明如下：
1 满堂支撑架的整体稳定
满堂支撑架有两种可能的失稳形式：整体失稳和局部失稳。
整体失稳破坏时，满堂支撑架呈现出纵横立杆与纵横水平杆组成的空间框架，沿刚度较弱方向大波鼓曲现象，无剪刀撑的支架，支架达到临界荷载时，整架大波鼓曲。有剪刀撑的支架，支架达到临界荷载时，以上下竖向剪刀撑交点(或剪刀撑与水平杆有较多交点)水平面为分界面，上部大波鼓曲(图8)，下部变形小于上部变形。所以波长均与剪刀撑设置、水平约束间距有关。
图8 满堂支撑架整体失稳
1-水平剪刀撑；2-竖向剪刀撑；3-失稳方向
一般情况下，整体失稳是满堂支撑架的主要破坏形式。
局部失稳破坏时，立杆在步距之间发生小波鼓曲，波长与步距相近，变形方向与支架整体变形可能一致，也可能不一致。
当满堂支撑架以相等步距、立杆间距搭设，在均布荷载作用下，立杆局部稳定的临界荷载高于整体稳定的临界荷载，满堂支撑架破坏形式为整体失稳。当满堂支撑架以不等步距、立杆横距搭设，或立杆负荷不均匀时，两种形式的失稳破坏均有可能。
由于整体失稳是满堂支撑架的主要破坏形式，故本条规定了对整体稳定按式(5．2．6-1)、式(5．2．6-2)计算。为了防止局部立杆段失稳，本规范除对步距限制外，尚在本规范第5．4．5条中规定对可能出现的薄弱的立杆段进行稳定性计算。
2 关于满堂支撑架整体稳定性计算公式中的计算长度系数μ的说明
影响满堂支撑架整体稳定因素主要有竖向剪刀撑、水平剪刀撑、水平约束(连墙件)、支架高度、高宽比、立杆间距、步距、扣件紧固扭矩、立杆上传力构件、立杆伸出顶层水平杆中心线长度(a)等。
满堂支撑架整体稳定试验结论，以上各因素对临界荷载的影响都不同，所以，必须给出不同工况条件下的支架临界荷载(或不同工况条件下的计算长度系数μ值)，才能保证施工现场安全搭设满堂支撑架。才能满足施工现场的需要。
2008年由中国建筑科学研究院主持负责，江苏南通二建集团有限公司参加及大力支援，天津大学参加，并在天津大学土木工程检测中心完成了15项真型满堂扣件式钢管脚手架与满堂支撑架(高支撑)试验。13项满堂支撑架主要传力构件“可调托撑”破坏试验，多组扣件节点半刚性试验，得出了满堂支撑架在不同工况下的临界荷载。
通过对满堂支撑架整体稳定实验与理论分析，采用实验确定的节点刚性(半刚性)，建立了满堂扣件式钢管支撑架的有限元计算模型；进行大量有限元分析计算，得出各类不同工况情况下临界荷载，结合工程实际，给出工程常用搭设满堂支撑架结构的临界荷载，进而根据临界荷载确定：考虑满堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度系数μ1、μ2。试验支架搭设是按施工现场条件搭设，并考虑可能出现的最不利情况，规范给出的μ1、μ2值，能综合反应了影响满堂支撑架整体失稳的各种因素。
实验证明剪刀撑设置不同，临界荷载不同，所以给出普通型与加强型构造的满堂支撑架。
3 满堂支撑架立杆计算长度附加系数k的确定
见条文说明第5．2．6条～第5．2．9条第3款关于“脚手架立杆计算长度附加系数k的确定”的解释。
根据满堂支撑架整体稳定试验分析，随着满堂支撑架高度增加，支撑体系临界荷载下降，参考国内外同类标准，引入高度调整系数调降强度设计值，给出满堂支撑架立杆计算长度附系数见表5．4．6。可保证安全系数不小于2．0。
4 满堂脚手架与满堂支撑架扣件节点半刚性论证
扣件节点属半刚性，但半刚性到什么程度，半刚性节点满堂脚手架和满堂支撑架承载力与纯刚性满堂脚手架和满堂支撑架承载力差多少?要准确回答这个问题，必须通过真型满堂脚手架与满堂支撑架实验与理论分析。
直角扣件转动刚度试验与有限元分析，得出如下结论：
1)通过无量纲化后的M*—θ*关系曲线分区判断梁柱连接节点刚度性质的方法。试验中得到的直角扣件的弯矩-转角曲线，处于半刚性节点的区域之中，说明直角扣件属于半刚性连接。
2)扣件的拧紧程度对扣件转动刚度有很大影响。拧紧程度高，承载能力加强，而且在相同力矩作用下，转角位移相对较小，即刚性越大。
3)扣件的拧紧力矩为40N·m、50N·m时，直角扣件节点与刚性节点刚度比值为21．86％、33．21％。
真型试验中直角扣件刚度试验：
在7组整体满堂脚手架与满堂支撑架的真型试验中，对直角扣件的半刚性进行了测量，取多次测量结果的平均值，得到直角扣件的刚度为刚性节点刚度的20．43％。
半刚性节点整体模型与刚性节点整体模型的比较分析：
按照所作的15个真形试验的搭设参数，在有限元软件中，分别建立了半刚性节点整体模型及刚性节点整体模型，得出两种模型的承载力。由于直角扣件的半刚性，其承载能力比刚性节点的整体模型承载力降低很多，在不同工况条件下，满堂脚手架与满堂支撑架刚性节点整体模型的承载力为相应半刚性节点整体模型承载力的1．35倍以上。15个整架实验方案的理论计算结果与实验值相比最大误差为8．05％。
所以，扣件式满堂脚手架与满堂支撑架不能盲目使用刚性节点整体模型(刚性节点支架)临界荷载推论所得参数。
5 满堂支撑架高宽比＝计算架高÷计算架宽，计算架高：立杆垫板下皮至顶部可调托撑支托板下皮垂直距离。计算架宽：满堂支撑架横向两侧立杆轴线水平距离。
6 式(5．4．4-1)、式(5．4．4-2)∑NGk包括满堂支撑架结构自重、构配件及可调托撑上主梁、次梁、支撑板自重等；∑NQk包括作业层上的人员及设备荷载、结构构件、施工材料自重等。可按每一个纵距、横距为计算单元。
7 式(5．4．6-1)用于顶部、支撑架自重较小时的计算，整体稳定计算结果可能最不利；式(5．4．6-2)用于底部或最大步距部位的计算，支撑架自重荷载较大时，计算结果可能最不利。
5．4．7 满堂支撑架整体稳定试验证明，在一定条件下，宽度方向跨数减小，影响支架临界荷载。所以要求对于小于4跨的满堂支撑架要求设置了连墙件(设置连墙件可提高承载力)，如果不设置连墙件就应该对支撑架进行荷载、高度限制，保证支撑架整体稳定。
施工现场，少于4跨的支撑架多用于受荷较小部位。高度控制可有效减小支架高宽比，荷载限制可保证支架稳定。
永久荷载与可变荷载(不含风荷载)总和标准值7．5kN／m2，相当于150mm厚的混凝土楼板。计算如下：
楼板模板自重标准值为0．3kN／m2；钢筋自重标准值，每立方混凝土1．1kN；混凝土自重标准值24kN／m3；施工人员及施工设备荷载标准值为1．5kN／m2。振捣混凝土时产生的荷载标准值2．0kN／m2，忽略支架自重。
永久荷载与可变荷载(不含风荷载)总和标准值：0．3＋1．5＋2＋25．1×0．15＝7．6kN／m2
均布线荷载大于7kN／m相当于400mm×500mm(高)的混凝土梁。计算如下：
钢筋自重标准值，每立方混凝土1．5kN，混凝土自重标准值24kN／m3。
均布线荷载标准值为：0．3(2×0．5＋0．4)＋0．4(2＋1．5)＋25．5×0．4×0．5＝6．92kN／m
