碗扣式鋼管模板支撐架的設計方法研究

王國洪

[摘 要]近年來，我國經濟快速發展，各項建設工程在規模和施工速度方面都超過以前，特別是高層、超高層等建筑，因此，要求建筑外腳手架的使用要安全。較高的工程事故發生率主要是由架設設備構造技術和使用安全管理工作的不足引起的。在我國建筑施工系統中，每年發生的傷亡事故或多或少都與架設設備的使用有關。因此，必須重視腳手架的施工設計。

[關鍵詞]碗扣式；模板構造；模板支撐架；結構計算

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.45.066

由于腳手架模板支撐架具有縮短工期、適應性強、施工便捷和施工安全等特點，越來越廣泛地應用于工業與民用建筑、城市高架道路、城市立交橋和其他土木工程中。隨著城市的迅速發展和多樣化，在施工工序中腳手架結構已經變得不可或缺。但在施工過程中腳手架結構是事故頻發部位，引起的經濟損失和人員傷亡越來越多，需要高度重視。

1 腳手架結構模板的類別

通過使用腳手架材料可搭設箱基模、梁板模、梁模和板模等模板支撐架，其中梁板模板是人們最經常使用的。在板模支架中，有“高支撐架”和“早拆模板體系支撐架”。構造模板支撐架方式有碗扣式、門式和扣件式，模板支撐架的分類可按其構造類型、桿系結構體系、水平構架情況和支柱體系進行。除此之外，單雙排支撐架還分設斜撐與不設斜撐，在不設斜撐時其高度不應超過4m。

支撐架的設置應確保變形、絕對避免出現垮架和坍塌、滿足沉降和位移等要求，除此之外，以下幾點還應該注意：

（1）支架的承力點盡量位于立柱附近處，防止其他部位承受較大的彎矩。

（2）考慮施工中的最不利荷載，確保其安全系數不小于2。

（3）確保支柱的基底有足夠的強度，防止較嚴重沉降變形。

2 碗扣式腳手架構造模板支撐架的構造要求

碗扣式支撐架在道橋工程施工中使用較為廣泛，由于其立桿可承受軸心壓力，并且桿件的步距、間距固定，穩定性好能提高承載力，還適合于超重、超高的梁板模板支撐架。用碗扣式腳手架材料可以組裝的支撐架類型很多（例如圖1）。根據不同長度的水平桿可以組成不同的支撐架。如果立桿間距不符合現有的橫桿長度時，可以使用兩個或者多個組架的橫桿，即采用交叉布置（見圖2）。

通常情況下，不需要使用整體模板支架時，可以把支架分成幾個獨立部分安裝，高度應小于寬度的3倍，但至少有兩跨組裝成一個整體。例如梁、板結構承受較小荷載且支撐范圍較大的模板支架。當支撐架的搭設高度大于10米或者支架承受較大荷載時，應使用整體支架，并且適當增設附加的連墻件、橫托撐以及 擴大底部架（見圖3）以增加整體穩定性。

如果采用可調橫托撐（見圖4）作為側向支撐時，架設時應與橫桿相對并且兩側對稱設置。在采用格構式支柱組成的支撐架（見圖5）或支墩（見圖6）時，便可保證在施工期間交通正常，不受施工的影響。

3 腳手架模板支架的設計計算

3.1 腳手架結構工藝特點

在搭設樓板模板、梁板模板或梁模板支撐架時，如果采用腳手架結構，其結構應該具有以下特點：

（1）在構造的模板支架中，模板支架主要承受豎向荷載的作用，支架的整體穩定性和承載能力由桿件的柔度和整體結構的約束情況決定。

（2）在各種模板支架中，其承載能力都取決于桿件的長細比λ和結構的約束條件，影響壓桿柔度λ的因素包括桿件之間的約束、扣件的擰緊程度、構件的截面尺寸、彈性模量和構件的長度。

（3）壓桿的柔度λ與立桿步距h、高寬比H/B、支架的高度H及立桿頂端的自由長度h1成正比，約束條件則介于一端固定、一端自由（μ=2.0）與兩端鉸支（μ=1.0）之間，壓桿的柔度λ受桿件線桿件連接的緊固程度、剛度以及構架尺寸等因素的影響。

（4）若忽略腳手架各立桿之間橫向作用，當下部使用兩根立桿的支架時，主立桿荷載向下傳7個步距后才能達到平均受力，當支架立桿的間距為0.6～1.5m的時候，雖然會有減少的趨勢，但難以得出準確數據，因此不予考慮。通常采用的解決辦法是改變桿距或適當的調整模板荷載傳力點。

3.2 碗扣式鋼管模板支撐架承載能力的試驗值

在研制和使用碗扣式鋼管腳手架的過程中，通過試驗，在架體頂部施加荷載，模擬支撐架的工作情況，從表1的試驗結果中，仍可初步得出：

2.架設在桿件碗扣節點上的斜桿為“節點”斜桿；架設在其他桿件碗扣上的斜桿為“非節點”斜桿。

（1）隨著桿件步距的減小，極限荷載增大。

（2）設連墻撐的作用明顯。

（3）隨著設置斜桿的量的增加，極限荷載有所提高。

（4）對于設置非節點斜桿，其作用并不明顯。

通過比較試驗值與計算值可以看出，支架排數大于3時可按兩步三跨連墻計算，并可根據支架高度適當調整μ1w的取值。

3.3 設計承載驗算步驟

（1）算出模板底梁以上荷載的標準值。

（2）確定是變間距還是等間距布置支架立桿，一般依據模板結構形式和荷載分布情況來初步確定。

（3）計算出立桿軸力的設計值N，依據公式：

如果按以上設計步驟，在第3步的時候發現N′值偏大，對桿距要做出適當的調整。按以上方法計算一般均可達到合格要求。

在各類模板支撐架構造中，與其他鋼管腳手架相比，碗扣式鋼管模板支撐架使用較多。碗扣式各個桿件之間都是軸心相交，因此桿件的剛度和整體性較好，適合構造各類重荷載的模板支撐架。

4 結 論

本文主要從腳手架模板的設計方面提出更經濟、更安全的構造。解決承載不足、支撐腳穩定性較差等原因引起的腳手架事故。然而針對當前腳手架事故的頻繁發生，我們應該從過去的事故中吸取教訓，通過學習理論知識、試驗分析以及實際應用來提高模板腳手架的安全性。本文對腳手架結構設計做了一些淺談，希望對以后的工程有一點幫助。

參考文獻：

[1]趙滇生，田興長，章雪峰，等.扣件式鋼管模板高支撐架整體穩定分析[J].浙江工業大學學報，2007，35（1）.

[2]杜榮軍.扣件式鋼管模板高支撐架的設計和使用安全[J].施工技術，2002，31（3）.

[3]閆鑫，胡長明，曾凡奎，等.頂端伸出長度對高大模板支架穩定承載力的影響[J].施工技術，2009，39（4）.

[4]余宗明.新型腳手架的結構原理及安全應用[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[5]李之焱.超長懸挑模架支撐體系的設計與施工[J].建筑施工，2013（8）.

[6]杜榮軍.腳手架結構的穩定承載能力[J].施工技術，2001，30（4）.

[7]邢衛晉，郝鈞，熊耀瑩.關于我國模架事故的普遍性與必然性的討論[J].中國建筑金屬結構，2008（2）.