扣件式鋼管腳手架高支模設計中常見問題分析

朱梁洪

蘇州建設交通高等職業(yè)技術學校，江蘇蘇州 215004

扣件式鋼管腳手架由鋼管桿件用扣件連接而成，具有工作可靠、裝拆方便和適用性強等優(yōu)點，是目前我國使用最為普遍的腳手架種類，并且在高支模施工中得到廣泛應用，但在扣件式鋼管腳手架高支模施工實踐中也發(fā)現(xiàn)不少問題，主要可以歸結為設計問題，扣件式鋼管腳手架高支模的設計是安全方案的核心，筆者在參與評審安全專家論證的過程中，發(fā)現(xiàn)建筑企業(yè)在編制高支模的安全方案時，模板設計中存在一些常見的錯誤，導致在施工中存在安全隱患。

1 一般高支模和高大模板

模板體系一般由混凝土結構梁板的模板及其支撐系統(tǒng)構成。其支撐架一般由鋼管立桿、水平桿、剪刀撐（水平和垂直）通過扣件連接，形成整體性模板支撐系統(tǒng)。

一般高支模是指，當搭設高度4.5m及以上，搭設跨度10m及以上；施工總荷載10kN/m2及以上；集中線荷載15kN/m及以上；高度大于支撐水平投影寬度且相對獨立無聯(lián)系構件的混凝土模板支撐工程。

當搭設高度8m及以上；搭設跨度18m及以上；施工總荷載15kN/m2及以上；集中線荷載20kN/m及以上，我們認為是高大支模。

根據(jù)2009年中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部下發(fā)的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》的通知規(guī)定，當模板搭設高度8m及以上，方案需要專家論證。與普通模板相比，由于模板支架高度的增加，使腳手架支撐體系重量增加，導致立桿存在失穩(wěn)的幾率增大，同時也對模板支架的基礎提出了更嚴格的要求。因此，架體的設計既要滿足力學計算的要求，同時也要符合規(guī)范的構造要求。

2 高支模體系的計算程序

對高支模方案進行計算時，通常采用鉸接計算模型，考慮到扣件不屬于完全的鉸接，又不是完全的剛接的特性，在計算上采用了如下規(guī)定[1]：

1）面板可按簡支跨計算，應驗算跨中和懸臂端的最不利抗彎強度和撓度；

2）支承楞梁計算時，次楞一般為兩跨以上連續(xù)楞梁；當跨度不等時，應按不等跨連續(xù)楞梁或懸臂楞梁設計；主楞可根據(jù)實際情況按連續(xù)梁、簡支梁或懸臂梁設計；同時次、主楞梁均應進行最不利抗彎強度與撓度計算；

3） 對接扣件連接的鋼管立柱應按單桿軸心受壓構件計算，考慮到扣件的半剛性，在長細比計算時予以調節(jié)；

通過這樣限定，模板安全計算可以依次按照面板→次楞→主楞→立柱的傳力次序進行力學分析，從而避免出現(xiàn)復雜的計算過程。安全計算軟件的設計就是按照這個計算過程編制的。

3 模板設計中常見問題

近年來，在現(xiàn)澆混凝土樓板施工中，高支模支架失穩(wěn)倒塌事故時有發(fā)生，究其原因主要有：施工現(xiàn)場管理不到位、模板支架搭設不規(guī)范、支架主要受力材料（包括鋼管、方木、扣件等）質量差無法滿足受力要求。除此之外，施工單位在高支模的模板設計時，缺乏技術能力，計算單純依靠軟件，對計算軟件的計算結果不做人工檢查，規(guī)范不熟，腳手架搭設不滿足構造要求等錯誤。筆者參加多次安全方案的專家論證，通過研究施工單位所編制的方案，認為現(xiàn)在高支模方案編制，一般有以下問題：

1）軟件誤用，對力學知識匱乏。當今建筑企業(yè)成立的門檻非常低，有些資質較低的建筑企業(yè)，缺乏技術人員，技術人員的往往是從職業(yè)學校畢業(yè)或是年紀較大的老施工員，對力學缺少應有的概念，在使用軟件時，超出了軟件的適用范圍造成誤用。

案例1：昆山市鼎基金屬制品有限公司廠房模板方案

工程位于昆山市花橋鎮(zhèn)蓬善路258號，是由昆山市鼎基金屬制品有限公司投資新建的4#廠房工程，總建筑面積3 091.65m2，排架結構，鋼結構彩鋼板屋面?？v向排架有三道連系梁，梁頂標高分別為4.300m、7.000m、9.600m，達到了需要專家論證的范圍。方案剖面圖如1。

圖1

該方案的設計，是一位不太懂行的技術員負責，在方案中除了沒有考慮施工人員需要的施工平臺和拋撐失穩(wěn)以外，在對標高9.600的進行腳手架安全驗算時，直接套用PKPM安全計算計算軟件。

但是施工方案中的腳手架搭設方案，和PKPM安全設計軟件的使用條件完全不符，方案中腳手架底部承受了上部3道梁的壓力，而計算軟件只能考慮上部的一道梁板荷載，應此計算完全錯誤，該方案由于編制不合理，最終否決。

2）參數(shù)選取錯誤

模板方案的計算過程中，主要有荷載信息、材料信息和腳手架設計信息等在軟件中需要輸入，技術人員在進行數(shù)據(jù)輸入時，注重腳手架設計信息進行調整，對于荷載信息，材料信息，往往取默認值。這導致設計和具體使用之間產生脫節(jié)，例如：新澆混凝土的側壓力計算，系統(tǒng)默認值往往是：外加劑影響系數(shù)β1=1，不添加外加劑，塌落度影響修正系數(shù)β2=1。如圖2。

圖2

而實際工程實踐中，混凝土采用商品混凝土，必定參用外加劑，調整混凝土的初凝時間，為了能夠泵送混凝土，施工現(xiàn)場混凝土的塌落度往往達到150mm，這時外加劑影響系數(shù)實際應取β1=1.2，塌落度影響修正系數(shù)實際應取β2=1.15。如果按默認取值，則會導致側模安全計算失效，帶來安全問題。

3）程序設計的問題

安全軟件的開發(fā)，是基于國家的設計規(guī)范要求，不同的開發(fā)商對程序設計采用不同的思路。設計中往往有許多側重面，需要方案編制人員熟悉軟件使用條件，更要認真依據(jù)規(guī)范要求，對計算書進行仔細的檢查，才能避免軟件應用中的失當和錯誤。

案例二：模板腳手架的高支模方案

工程位于昆山陸家鎮(zhèn)望石路與星圃路交叉口，是昆山尚威包裝科技有限公司廠區(qū)的一個坡道（如圖3），坡道由0.5m厚的鋼筋混凝土板，最高處為5m。

圖3

荷載效應是采用可變荷載效應控制組合，還是采用永久荷載效應控制組合，這在高支模計算中是要首先確定的，規(guī)范規(guī)定[1]：

可變荷載效應控制組合時，采用

永久荷載效應控制組合時，采用：

一般情況下，可變荷載處于控制地位。因此有的軟件計算中沒有考慮厚板大梁，可能出現(xiàn)的永久荷載效應控制組合大于可變荷載效應控制組合的情況，筆者比較了PKPM和品茗軟件在本工程中這部分計算的差異。

最終，盡管兩者方案計算都采用了相同的荷載分項系數(shù)，從中可以看出，當混凝土板厚超過一定厚度值時，品茗安全計算軟件就會偏離規(guī)范要求，出現(xiàn)錯誤。本例中可以看出，此時兩種控制的組合計算結果已經非常接近，所以當板厚超過500mm時，如果還是應用品茗安全計算軟件，我們就需要檢查荷載分項系數(shù)的取值了。

計算條件模板支架搭設高度為5.0m，立桿的縱距 b=0.80m，立桿的橫距 l=0.80m，立桿的步距h=1.50m。面板厚度18mm，剪切強度1.4N/mm2，抗彎強度15.0N/mm2，彈性模量6 000.0N/mm2。木方45×90mm，間距300mm，剪切強度1.3N/mm2，抗彎強度13.0N/mm2，彈性模量9 000.0N/mm2。梁頂托采用雙鋼管48×2.8mm。模板自重0.30kN/m2，混凝土鋼筋自重25.10kN/m3，施工活荷載2.50kN/m2。地基承載力標準值80kN/m2，基礎底面擴展面積0.160m2，地基承載力調整系數(shù)1.00。扣件計算折減系數(shù)取0.70。PKPM按照規(guī)范4.3.1條規(guī)定確定荷載組合分項系數(shù)如下：由可變荷載效應控制的組合S=1.2×（25.10×0.50+0.30）+1.40×2.52.50=18.920kN/m2由永久荷載效應控制的組合S=1.35×24.00×0.50+0.7×1.40×2.50=18.650kN/m2由于可變荷載效應控制的組合S最大，永久荷載分項系數(shù)取1.2，可變荷載分項系數(shù)取1.40缺少該項判斷,直接作如下計算：二、模板面板計算……1.荷載計算（1）靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板的自重（kN/m）：q1=25.1×0.5×0.8+0.3×0.8=10.28kN/m ；（2）活荷載為施工人員及設備荷載（kN/m）：q2 = 2.5×0.8= 2 kN/m；2.強度計算計算公式如下：M=0.1ql2其中：q=1.2×10.28+1.4×2= 15.136kN/m……品茗2010

4）穩(wěn)定計算問題

鋼管立桿的穩(wěn)定計算是一個《建筑施工模板安全技術規(guī)范》（JGJ 162-2008）沒有解決好的問題。主要存在兩個方面問題：

第一，《建筑施工模板安全技術規(guī)范》（JGJ 162-2008）中長細比調整為150，與腳手架規(guī)范中長細比要求差別很大；

第二，計算長度采用立桿步距，不合理。

在實際的軟件中，大多數(shù)都沒有采用立桿步距作為計算長度，主要采用源于《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2001）中的公式：

（1）JGJ130-2001中模板支架計算中的計算長度公式

式中：h為支架立桿的步距；

α為模板支架立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點的長度。

（2）JGJ130-2001中腳手架立桿中的計算長度公式

式中：k為計算長度附加系數(shù)其值取1.155；

μ為考慮腳手架整體穩(wěn)定因素的單桿計算長度系數(shù)；

h為立桿步距。

兩種計算法相比之下，第二種方法優(yōu)于第一種。第二種方法考慮的腳手架的整體穩(wěn)定因素和扣件節(jié)點對計算長度的影響。從即將執(zhí)行的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2011），也可以看出這一點。新規(guī)范中，對滿堂腳手架立桿計算長度，已經采用更明確的計算公式：將第一個公式刪除，變更為更合理的計算方式：

式中：k為滿堂支撐架計算長度附加系數(shù)；

h為步距；

α為立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度；

μ1、μ2為考慮滿堂支撐架整體穩(wěn)定因素的單桿計算長度系數(shù)。

然而當采用公式（1）、公式（2）計算時，就面臨著一個矛盾：由于《建筑施工模板安全技術規(guī)范》（JGJ 162-2008）中長細比允許值調整到150，采用公式（1）計算獲得的長細比基本還能滿足，后一個合理的公式則絕大多數(shù)時候，難以滿足長細比要求。

施工單位在這方面，不熟悉相關規(guī)范，只是單純使用軟件，不進行人工校對，所以軟件采用什么方式，施工單位就認可什么方式。實際上品茗采用的是公式（2），而忽視長細比的不超過150的規(guī)范要求。

筆者認為，就現(xiàn)階段有效的規(guī)范而言，應當同時采用兩個公式，公式（1）要求滿足長細比的同時滿足穩(wěn)定性計算，公式（2）要滿足穩(wěn)定性的計算。

5）模板搭設無法滿足構造要求

高支模的安全設計，除了需要進行定量的力學計算外，還需要滿足定性的構造要求，它是保證混凝土施工安全的重要前提，筆者在評審過的方案中主要發(fā)現(xiàn)有以下問題：

（1）缺少腳手架搭設施工圖以及剪刀撐的布置不符合構造要求。施工單位的安全論證方案往往沒有腳手架搭設施工圖，當問及具體剪刀撐的布置位置時，往往不符合規(guī)范要求。另外剪刀撐的往往是隨意繪在布置圖上，導致傾角超出規(guī)范要求（規(guī)范要求：傾角在45°～60°之間）；

（2）水平桿步距選擇往往選用規(guī)范最大值。 《建筑施工模板安全技術規(guī)范》（JGJ162-2008）中規(guī)定，水平桿最大步距不得大于1.8m，施工單位在計算得到滿足的情況下，往往就選擇1.8m。實際上考慮到鋼管的長期周轉使用而導致變形銹蝕等因素，步距應當采用1.5m比較合適；

（3）鋼管沒有按照規(guī)范要求選用?！兑?guī)范》規(guī)定鋼管立柱的掃地桿、水平拉桿、剪刀撐應采用Ф48mm×3.5mm鋼管，用扣件與鋼管立柱扣牢。但是由于市場中，此類鋼管相對于建筑行業(yè)的需求供應量較小，滿足不了使用要求，施工單位往往選用Ф48mm×3.0mm、Ф48mm×2.8mm。

4 結論

建筑施工單位在編制高支模的設計時，鑒于計算能力和表達能力的欠缺，形成了計算上依靠軟件，方案中以規(guī)范條文代替模板支架搭設施工圖的現(xiàn)象，為此建議：

第一，要熟悉安全設計軟件的使用條件，最好采用不同的安全計算軟件進行計算和比較，同時對計算過程進行人工檢查；

第二，腳手架步距不要超過1.5m，由于市場因素，不能采用Ф48mm×3.5mm鋼管，至少要保證Ф48mm×3.0mm；

第三，要繪制和實際情況相符的模板及支架的搭設施工圖，便于施工和監(jiān)督；

第四，立桿的穩(wěn)定性計算，應采用兩種計算方法。采用時，滿足穩(wěn)定計算要求外，還要滿足長細比要求，采用要滿足穩(wěn)定計算。

[1]中華人民共和國建設部.建筑施工模板安全技術規(guī)范（JGJ 162-2008）.

[2]中華人民共和國建設部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范（JGJ130-2001）.

[3]中華人民共和國建設部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范（JGJ130-2011）.