新頒布 《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》解析

楊亞男

（作者為中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑模板腳手架委員會主任）

中華人民共和國行業(yè)標準 《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2008已經(jīng)頒布，于2009年7月1日實施，現(xiàn)將本標準的編制背景知識及其說明刊載，以利于更好的掌握實施。

一、標準的編制背景

碗扣式鋼管腳手架是1986年由鐵道部專業(yè)設(shè)計院從英國SGB腳手架公司引進當今流行的先進架設(shè)工具之一。在消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)研制、創(chuàng)新開發(fā)了適合我國國情的碗扣式鋼管腳手架體系。產(chǎn)品通過了部級鑒定，并申請了國內(nèi)專利。碗扣式鋼管腳手架以其多功能（能根據(jù)施工要求組成各種組架尺寸、形狀和單、雙排腳手架、支撐架，支撐柱，物料提升架，爬升腳手架，懸挑架等。亦可用于搭設(shè)施工棚、料棚、臨時舞臺、看臺等構(gòu)筑物）、承載力大 （立桿接長軸心承插，橫桿與立桿靠碗扣接頭連接，具有可靠的抗彎、抗剪、抗扭力學性能和自鎖能力，各桿件軸心相交于立桿軸心，節(jié)點在框架平面內(nèi)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全可靠）、構(gòu)件系列化、標準化 （有50余種配套構(gòu)件）、無易丟失配件、搭設(shè)和拆除速度快 （工人操作方便）、勞動強度低、運輸方便、易于維修管理等優(yōu)點，受到廣大施工用戶的歡迎，特別在高支模施工迅速得到廣泛的推廣和應(yīng)用，并從1994年以來一直被住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部列為建筑業(yè)重點推廣應(yīng)用十項新技術(shù)之一。

《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標準1994年由鐵道部建筑專業(yè)設(shè)計院申請立項，編制工作歷經(jīng)10年，由于種種原因未能如期進行。隨著我國建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)、施工企業(yè)對標準的需求呼聲很高，在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部有關(guān)部門召開的相關(guān)會議上多次提出意見和建議。2004年4月經(jīng)原建設(shè)部標準定額研究所研究決定變更主編單位。根據(jù)建設(shè)部建標工[2004]09號文，主編單位變更為 “中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑模板腳手架委員會”，規(guī)范的編制工作重新啟動。2007年初根據(jù)參編施工單位的申請經(jīng)協(xié)商，依據(jù)建設(shè)部建標標函[2007]56號文，將行業(yè)標準的主編單位改為 “河北建設(shè)集團有限公司”、 “中天建設(shè)集團有限公司”會同中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑模板腳手架委員會、北京星河模板腳手架工程有限公司、北京建安泰建筑腳手架有限公司、北京住總集團有限公司、上海長寧區(qū)建設(shè)工程安全監(jiān)督站、南通市達欣工程有限公司等八個單位及聘請三位業(yè)內(nèi)長期從事模板腳手架工作及研究的余宗明總工、任升高顧問總工、熊耀瑩總工等三位教授級高工共同參與規(guī)范的編制工作。

二、標準編制的指導思想和總體思路

本標準編制過程中正值我國腳手架安全事故高發(fā)期，僅舉較為典型的幾個例子。例如：2000年南京電視臺新演播大廳36m高支模架在澆鑄混凝土過程中架體突然坍塌 （坍塌時間僅延續(xù)4秒鐘）造成6人死亡、重傷11人、輕傷24人的重大安全事故；2002年浙江省杭州、寧波等市連續(xù)發(fā)生三起模板支撐架倒塌，造成19人死亡、44人受傷的重大惡性事故；2003年廈門 “8.9”模板支撐架倒塌，造成7人死亡、38人受傷重大傷亡事故；2005年北京西西工程模板支撐系統(tǒng)坍塌造成8人死亡、21人受傷的重大安全事故等等。盡管事故發(fā)生后政府管理部門加強了市場的整頓和監(jiān)管，但在之后的幾年中模板支撐架發(fā)生群死群傷的重大安全事故幾乎沒有間斷過。人們開始反思，除去產(chǎn)品質(zhì)量、操作不按規(guī)定、管理不到位等因素存在問題外，面對當前建筑工程的高型化、大型化、荷載重，以往對腳手架及模板支撐架安全技術(shù)理論研究的不足和相關(guān)標準存在缺陷的問題擺在面前，仍按傳統(tǒng)經(jīng)驗搭設(shè)施工已不能適應(yīng)當前工程類型、施工技術(shù)發(fā)展和防范事故的需要。

20世紀70年代初期，英國開始使用扣件式鋼管腳手架時也沒有完整的臨時設(shè)施規(guī)范，施工架搭設(shè)全憑經(jīng)驗，以至于使用材料過多和出現(xiàn)腳手架倒塌傷亡安全事故。70年代末期英國開始組織專家進行研究，到80年代初期才形成了規(guī)范和基礎(chǔ)設(shè)計理論。我國在腳手架安全技術(shù)理論研究的工作連續(xù)性是欠缺的，未能跟上建筑工程快速發(fā)展的需求，導致安全事故的頻發(fā)。

在施工現(xiàn)場，一般都把建筑腳手架作為臨時設(shè)施看待，但它的組成形式卻是一個結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑工程形式的變化，架體的結(jié)構(gòu)形式也存在差異性?，F(xiàn)場工程師綜合解決和處理施工中出現(xiàn)的各種各樣實際問題的能力，應(yīng)是建立在對相關(guān)理論認識、實踐經(jīng)驗、知識面以及深入探討和創(chuàng)新能力基礎(chǔ)之上的。腳手架和模板支撐架等結(jié)構(gòu)設(shè)計也是設(shè)計者根據(jù)自己的素質(zhì)和外界的約束條件進行的決策。

針對現(xiàn)場腳手架及模板支撐架缺乏系統(tǒng)理論作指導，大多憑主觀和經(jīng)驗搭設(shè)，有時存在很大的盲目性，計算與架體設(shè)計的構(gòu)造實際情況往往脫節(jié)，不能達到確保安全的使用的現(xiàn)狀 （很多倒塌的架子計算書看起來沒問題，但架子卻塌了），及對腳手架結(jié)構(gòu)力學基礎(chǔ)理論應(yīng)用概念模糊 （任意少設(shè)或不設(shè)置斜桿，有的連橫桿也少設(shè)）等問題。按照規(guī)范編制應(yīng)隨著施工技術(shù)的發(fā)展不斷發(fā)展和創(chuàng)新的要求，本規(guī)范在編制過程中加強了對架體構(gòu)造與計算關(guān)聯(lián)性的理論研究，結(jié)合實踐經(jīng)驗、實體荷載試驗等，根據(jù)碗扣式鋼管腳手架體系的特點，完成了 《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2008這項標準。通過規(guī)范的實施，以期達到使現(xiàn)場技術(shù)人員能掌握架體方案編制程序、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算的基本要領(lǐng)，發(fā)揮主觀能動性，舉一反三，提升解決和處理現(xiàn)場工程中安全技術(shù)的能力。

三、本標準的主要內(nèi)容

在確定本標準總體編排和內(nèi)容時，按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 “工程建設(shè)城建建工行業(yè)標準編制工作手冊”的編寫規(guī)定，編制過程中遵循條文規(guī)定明確、具體、通俗、易懂、邏輯性強，并不產(chǎn)生歧義，不帶感情色彩。標準中在明確 “干”的目標，規(guī)定怎么辦，必須達到的要求，不得超過的界限等都不一一闡述其原因和道理。

本標準的總體架構(gòu)按照碗扣式鋼管腳手架構(gòu)配件的組成，結(jié)構(gòu)體系的特點，工程使用要求共分了9章，即：1.總則；2.術(shù)語和符號；3.構(gòu)配件材料、制作及檢驗；4..荷載；5結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；6.構(gòu)造要求；7.施工；8.檢查與驗收；9安全使用與管理；以及相關(guān)附錄；并規(guī)定了強制性條文14條。

四、本標準的特點

1.明確保證架體整體穩(wěn)定的基本要素

根據(jù)近年來腳手架和模板支撐架倒塌事故，從架體結(jié)構(gòu)角度分析原因主要有兩種：1.結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造不穩(wěn)定造成坍塌；2.桿件承載力不足導致整體結(jié)構(gòu)的破壞。

碗扣式鋼管腳手架同扣件式鋼管腳手架一樣同屬于桿系結(jié)構(gòu)，以立桿承受豎向荷載作用為主。盡管腳手架及模板支撐架使用條件存在多變性，但同樣也有規(guī)律性可循，解決腳手架安全技術(shù)問題離不開理論的指導。架體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)幾何不變體系有關(guān)。本規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論中心就是通過對架體結(jié)構(gòu)的機動分析，研究不變體的組成規(guī)律，提出一個協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)抗力和外界作用的原則，為設(shè)計者的決策提供依據(jù)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展，往往受生產(chǎn)水平和科學技術(shù)發(fā)展水平的制約，本規(guī)范在架體結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定中，強調(diào)了結(jié)構(gòu)設(shè)計時滿足 “幾何不變性”的原則。目的是通過統(tǒng)一腳手架、模板支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，改變習慣和傳統(tǒng)的設(shè)計理念，使我國建筑腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計更趨合理，這對腳手架工程的方案設(shè)計、保證施工安全及防范事故發(fā)生將會大有裨益。

2.強調(diào)計算簡圖的作用，提出可行的計算方法

腳手架和模板支撐架結(jié)構(gòu)體系是一個空間結(jié)構(gòu)，服務(wù)于施工過程，就其結(jié)構(gòu)本身存在條件的多變性、參數(shù)的難控性和理論與實際的差異性。尋求將復雜的問題簡單化，既要具有科學性還要具有可操作性，世界上最好的辦法往往可能就是最簡單的辦法。本規(guī)范將腳手架和模板支撐架的空間結(jié)構(gòu)體系化為平面體系，提出架體應(yīng)符合幾何不變性條件作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計的先決條件：對于雙排腳手架應(yīng)滿足沿縱向x軸方向的兩排網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的每層至少設(shè)一根斜桿；對于模板支撐架 （滿堂架）應(yīng)滿足沿立桿軸線 （包括平面x、y兩個方向）的每行每列網(wǎng)格結(jié)構(gòu)豎向每層不得少于一根斜桿，也可采用側(cè)面增加鏈桿與結(jié)構(gòu)柱、墻相連。在對腳手架及模板支撐架組成的網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)進行機動分析時，在保證整體結(jié)構(gòu)具備 “幾何不變條件”基礎(chǔ)上，選出其中的一個靜定體系，當整體結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)時忽略多余桿件，繪制靜定的結(jié)構(gòu)計算簡圖，這樣便于獲得清晰的設(shè)計思路，解決忽視斜桿作用的理論依據(jù)問題。

3.確定計算模型，節(jié)點視為 “鉸接”

為力求計算簡便，且偏于安全，本規(guī)范采用了國內(nèi)外普遍認同的 “鉸接”理論為基礎(chǔ)，即將橫桿與立桿相交的碗扣節(jié)點視為 “鉸接”的計算模型，按照鉸接理論對單肢立桿穩(wěn)定性進行計算，達到簡便、實用的目的。

4.長細比的確定

長細比是衡量壓桿抗彎能力的重要指標，本規(guī)范規(guī)定主要承載構(gòu)件長細比λ≤230，而不是250。這是因為我國碗扣架立桿的碗扣節(jié)點間距為0.6m，不像扣件式鋼管腳手架節(jié)點可以任意設(shè)置。按照立桿計算長度為3.6m時，長細比為227接近230而確定的。

5.解決無連墻件立桿支撐點控制的構(gòu)造措施

雙排腳手架搭設(shè)高度較低時，問題不明顯，實踐經(jīng)驗也證明了這一點。但通常情況下，當架體高度超過24m時，最先發(fā)生平面外變形是無連墻件立桿部位。本規(guī)范為解決常見被忽視的問題，提出采用增加水平斜桿形成桁架的構(gòu)造措施，解決了無約束立桿由于平面外變形的局部失穩(wěn)造成腳手架整體坍塌的問題。

6.計算長度確定

桿系結(jié)構(gòu)中桿件計算長度的物理意義是將具有端部約束條件的桿件比擬為承載力相同而長度不同的兩端鉸支桿看待，也就是直桿開始彎曲時彎曲線上的兩個轉(zhuǎn)點或反彎點之間的距離。本規(guī)范對桿件計算長度的確定，采取了把桿件和對它起約束作用的構(gòu)件一起做穩(wěn)定性分析，因為桿件計算長度與構(gòu)造設(shè)計有密切聯(lián)系，節(jié)點連接的構(gòu)造方式會影響桿件的穩(wěn)定性能。機械的、人為的確定或簡單的套用公式，不考慮結(jié)構(gòu)實際情況，極易造成誤解而導致計算和結(jié)構(gòu)實際情況脫節(jié)。

7.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算和構(gòu)造設(shè)計相結(jié)合

架體的穩(wěn)定性不僅通過計算來保證，還需要從結(jié)構(gòu)方案布置和構(gòu)造設(shè)計來配合。結(jié)合腳手架工程特點，本規(guī)范第六章的構(gòu)造要求提出的實用辦法，利于結(jié)構(gòu)設(shè)計中通盤考慮構(gòu)造措施和施工過程中的安全檢查。模板支撐架倒塌事故原因很多是由于忽視斜桿的作用，系統(tǒng)的斜桿 （或剪刀撐）數(shù)量不足或布置不合理，沒有列入設(shè)計計算要求，不對斜桿進行力學分析和計算。對高支模架常常出現(xiàn)的抗側(cè)向位移的能力不足，特別是在混凝土柱與樓層梁板一起澆注時問題會更嚴重。

8.如何判斷模板支撐架傾覆

當架體高寬比較大時，橫向風荷載作用極易使立桿產(chǎn)生拉力，其力學特征是造成架體的傾覆，本規(guī)范給出了將架體傾覆驗算轉(zhuǎn)化為立桿的拉力計算方法。

五、增加了碗扣架制作質(zhì)量要求的內(nèi)容

為保證碗扣式腳手架構(gòu)、配件的產(chǎn)品質(zhì)量，便于對購置產(chǎn)品質(zhì)量的檢查與驗收，本規(guī)范第三章除對材料、制作質(zhì)量、形位公差提出具體要求外，還增加了對主要構(gòu)配件的力學性能、試驗方法及檢驗規(guī)則的要求。使構(gòu)、配件生產(chǎn)質(zhì)量控制有章可循，實現(xiàn)構(gòu)配件的標準化、達到可互換性和通用性的效果。

六、配套設(shè)計計算軟件

腳手架模板支撐架的設(shè)計方案編制或?qū)ｍ椩O(shè)計計算是一項繁瑣的手工勞動，對一個實際工程來說，需要多次計算才能確定既安全可靠又經(jīng)濟合理的方案。為給廣大施工技術(shù)人員提供一個可靠的計算工具，組織編制了與規(guī)范配套的碗扣式鋼管腳手架設(shè)計計算軟件，施工技術(shù)人員只需要錄入腳手架或模板支架的搭設(shè)與荷載參數(shù)，就可以自動生成完整的計算方案書和搭設(shè)圖形、構(gòu)造措施等。碗扣式鋼管腳手架計算軟件的特點如下：

1.嚴格按規(guī)范進行計算，每一計算過程都有依據(jù)；

2.允許手工設(shè)置，用戶可以根據(jù)實際施工情況手工設(shè)置支撐與荷載，突破各種固定施工方法的限制，更加靈活。

3.一鍵式計算，操作簡便。只需要在本軟件中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，點擊計算后，可立即生成完整的計算方案書，并可隨時調(diào)整參數(shù)。

4.生成的方案書比同類軟件約長出50%，每一計算步驟明確。詳細的計算方案書，可以清楚顯示計算過程。

5.可以自動生成計算簡圖、彎矩圖、剪力圖、變形圖，并可將最大彎矩與剪力值自動在圖形上以紅字標注，一目了然。

6.計算方案書可以直接在WORD中生成，從目錄到各級標題，結(jié)構(gòu)清晰，格式美觀，省去重新排版的時間和精力。

7.所有計算公式均不是插入的圖形，而是文本格式，根式與分子式的顯示符合手工書寫習慣，可以修改，顯示與打印也更清晰。

8.軟件附帶許多圖形，圖形化的操作界面，可對照設(shè)置參數(shù)，直觀方便。

9.計算結(jié)果不合格有紅色警示，并提出改正建議?？梢苑祷夭僮鹘缑妫匦略O(shè)置參數(shù)，重新生成計算方案書。

10.附加相關(guān)的規(guī)范，供隨時查閱。

七、結(jié) 語

我國腳手架規(guī)范制定總是滯后于技術(shù)的進展，人們傳統(tǒng)經(jīng)驗做法、與專業(yè)規(guī)范的協(xié)調(diào)等問題，在短時間內(nèi)難以解決。腳手架的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論從實踐中產(chǎn)生，在實踐中完善，在實踐中深化和發(fā)展。人們在設(shè)計中不斷地積累素材，不斷地豐富設(shè)計理論知識庫，使舊的設(shè)計理論被新的設(shè)計理論取代，為新理論應(yīng)用開辟道路，通過循環(huán)往復，在原來的基礎(chǔ)上提高一步。因此，本規(guī)范留有增加、修訂的空間，進一步完善腳手架安全技術(shù)的工作仍任重道遠。