扣件式钢管脚手架高支模设计中常见问题分析

2011-08-29朱梁洪

科技传播 2011年24期

朱梁洪

苏州建设交通高等职业技术学校，江苏苏州 215004

扣件式钢管脚手架由钢管杆件用扣件连接而成，具有工作可靠、装拆方便和适用性强等优点，是目前我国使用最为普遍的脚手架种类，并且在高支模施工中得到广泛应用，但在扣件式钢管脚手架高支模施工实践中也发现不少问题，主要可以归结为设计问题，扣件式钢管脚手架高支模的设计是安全方案的核心，笔者在参与评审安全专家论证的过程中，发现建筑企业在编制高支模的安全方案时，模板设计中存在一些常见的错误，导致在施工中存在安全隐患。

1 一般高支模和高大模板

模板体系一般由混凝土结构梁板的模板及其支撑系统构成。其支撑架一般由钢管立杆、水平杆、剪刀撑（水平和垂直）通过扣件连接，形成整体性模板支撑系统。

一般高支模是指，当搭设高度4.5m及以上，搭设跨度10m及以上；施工总荷载10kN/m2及以上；集中线荷载15kN/m及以上；高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程。

当搭设高度8m及以上；搭设跨度18m及以上；施工总荷载15kN/m2及以上；集中线荷载20kN/m及以上，我们认为是高大支模。

根据2009年中华人民共和国住房和城乡建设部下发的《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的通知规定，当模板搭设高度8m及以上，方案需要专家论证。与普通模板相比，由于模板支架高度的增加，使脚手架支撑体系重量增加，导致立杆存在失稳的几率增大，同时也对模板支架的基础提出了更严格的要求。因此，架体的设计既要满足力学计算的要求，同时也要符合规范的构造要求。

2 高支模体系的计算程序

对高支模方案进行计算时，通常采用铰接计算模型，考虑到扣件不属于完全的铰接，又不是完全的刚接的特性，在计算上采用了如下规定[1]：

1）面板可按简支跨计算，应验算跨中和悬臂端的最不利抗弯强度和挠度；

2）支承楞梁计算时，次楞一般为两跨以上连续楞梁；当跨度不等时，应按不等跨连续楞梁或悬臂楞梁设计；主楞可根据实际情况按连续梁、简支梁或悬臂梁设计；同时次、主楞梁均应进行最不利抗弯强度与挠度计算；

3）对接扣件连接的钢管立柱应按单杆轴心受压构件计算，考虑到扣件的半刚性，在长细比计算时予以调节；

通过这样限定，模板安全计算可以依次按照面板→次楞→主楞→立柱的传力次序进行力学分析，从而避免出现复杂的计算过程。安全计算软件的设计就是按照这个计算过程编制的。

3 模板设计中常见问题

近年来，在现浇混凝土楼板施工中，高支模支架失稳倒塌事故时有发生，究其原因主要有：施工现场管理不到位、模板支架搭设不规范、支架主要受力材料（包括钢管、方木、扣件等）质量差无法满足受力要求。除此之外，施工单位在高支模的模板设计时，缺乏技术能力，计算单纯依靠软件，对计算软件的计算结果不做人工检查，规范不熟，脚手架搭设不满足构造要求等错误。笔者参加多次安全方案的专家论证，通过研究施工单位所编制的方案，认为现在高支模方案编制，一般有以下问题：

1）软件误用，对力学知识匮乏。当今建筑企业成立的门槛非常低，有些资质较低的建筑企业，缺乏技术人员，技术人员的往往是从职业学校毕业或是年纪较大的老施工员，对力学缺少应有的概念，在使用软件时，超出了软件的适用范围造成误用。

案例1：昆山市鼎基金属制品有限公司厂房模板方案

工程位于昆山市花桥镇蓬善路258号，是由昆山市鼎基金属制品有限公司投资新建的4#厂房工程，总建筑面积3 091.65m2，排架结构，钢结构彩钢板屋面。纵向排架有三道连系梁，梁顶标高分别为4.300m、7.000m、9.600m，达到了需要专家论证的范围。方案剖面图如1。

图1

该方案的设计，是一位不太懂行的技术员负责，在方案中除了没有考虑施工人员需要的施工平台和抛撑失稳以外，在对标高9.600的进行脚手架安全验算时，直接套用PKPM安全计算计算软件。

但是施工方案中的脚手架搭设方案，和PKPM安全设计软件的使用条件完全不符，方案中脚手架底部承受了上部3道梁的压力，而计算软件只能考虑上部的一道梁板荷载，应此计算完全错误，该方案由于编制不合理，最终否决。

2）参数选取错误

模板方案的计算过程中，主要有荷载信息、材料信息和脚手架设计信息等在软件中需要输入，技术人员在进行数据输入时，注重脚手架设计信息进行调整，对于荷载信息，材料信息，往往取默认值。这导致设计和具体使用之间产生脱节，例如：新浇混凝土的侧压力计算，系统默认值往往是：外加剂影响系数β1=1，不添加外加剂，塌落度影响修正系数β2=1。如图2。

图2

而实际工程实践中，混凝土采用商品混凝土，必定参用外加剂，调整混凝土的初凝时间，为了能够泵送混凝土，施工现场混凝土的塌落度往往达到150mm，这时外加剂影响系数实际应取β1=1.2，塌落度影响修正系数实际应取β2=1.15。如果按默认取值，则会导致侧模安全计算失效，带来安全问题。

3）程序设计的问题

安全软件的开发，是基于国家的设计规范要求，不同的开发商对程序设计采用不同的思路。设计中往往有许多侧重面，需要方案编制人员熟悉软件使用条件，更要认真依据规范要求，对计算书进行仔细的检查，才能避免软件应用中的失当和错误。

案例二：模板脚手架的高支模方案

工程位于昆山陆家镇望石路与星圃路交叉口，是昆山尚威包装科技有限公司厂区的一个坡道（如图3），坡道由0.5m厚的钢筋混凝土板，最高处为5m。

图3

荷载效应是采用可变荷载效应控制组合，还是采用永久荷载效应控制组合，这在高支模计算中是要首先确定的，规范规定[1]：

可变荷载效应控制组合时，采用

永久荷载效应控制组合时，采用：

一般情况下，可变荷载处于控制地位。因此有的软件计算中没有考虑厚板大梁，可能出现的永久荷载效应控制组合大于可变荷载效应控制组合的情况，笔者比较了PKPM和品茗软件在本工程中这部分计算的差异。

最终，尽管两者方案计算都采用了相同的荷载分项系数，从中可以看出，当混凝土板厚超过一定厚度值时，品茗安全计算软件就会偏离规范要求，出现错误。本例中可以看出，此时两种控制的组合计算结果已经非常接近，所以当板厚超过500mm时，如果还是应用品茗安全计算软件，我们就需要检查荷载分项系数的取值了。

计算条件模板支架搭设高度为5.0m，立杆的纵距 b=0.80m，立杆的横距 l=0.80m，立杆的步距h=1.50m。面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6 000.0N/mm2。木方45×90mm，间距300mm，剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9 000.0N/mm2。梁顶托采用双钢管48×2.8mm。模板自重0.30kN/m2，混凝土钢筋自重25.10kN/m3，施工活荷载2.50kN/m2。地基承载力标准值80kN/m2，基础底面扩展面积0.160m2，地基承载力调整系数1.00。扣件计算折减系数取0.70。PKPM按照规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下：由可变荷载效应控制的组合S=1.2×（25.10×0.50+0.30）+1.40×2.52.50=18.920kN/m2由永久荷载效应控制的组合S=1.35×24.00×0.50+0.7×1.40×2.50=18.650kN/m2由于可变荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.40缺少该项判断,直接作如下计算：二、模板面板计算……1.荷载计算（1）静荷载为钢筋混凝土楼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）活荷载为施工人员及设备荷载（kN/m）：q2 = 2.5×0.8= 2 kN/m；2.强度计算计算公式如下：M=0.1ql2其中：q=1.2×10.28+1.4×2= 15.136kN/m……品茗2010

4）稳定计算问题

钢管立杆的稳定计算是一个《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008）没有解决好的问题。主要存在两个方面问题：

第一，《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008）中长细比调整为150，与脚手架规范中长细比要求差别很大；

第二，计算长度采用立杆步距，不合理。

在实际的软件中，大多数都没有采用立杆步距作为计算长度，主要采用源于《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）中的公式：

（1）JGJ130-2001中模板支架计算中的计算长度公式

式中：h为支架立杆的步距；

α为模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。

（2）JGJ130-2001中脚手架立杆中的计算长度公式

式中：k为计算长度附加系数其值取1.155；

μ为考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数；

h为立杆步距。

两种计算法相比之下，第二种方法优于第一种。第二种方法考虑的脚手架的整体稳定因素和扣件节点对计算长度的影响。从即将执行的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011），也可以看出这一点。新规范中，对满堂脚手架立杆计算长度，已经采用更明确的计算公式：将第一个公式删除，变更为更合理的计算方式：

式中：k为满堂支撑架计算长度附加系数；

h为步距；

α为立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度；

μ1、μ2为考虑满堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度系数。

然而当采用公式（1）、公式（2）计算时，就面临着一个矛盾：由于《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008）中长细比允许值调整到150，采用公式（1）计算获得的长细比基本还能满足，后一个合理的公式则绝大多数时候，难以满足长细比要求。

施工单位在这方面，不熟悉相关规范，只是单纯使用软件，不进行人工校对，所以软件采用什么方式，施工单位就认可什么方式。实际上品茗采用的是公式（2），而忽视长细比的不超过150的规范要求。

笔者认为，就现阶段有效的规范而言，应当同时采用两个公式，公式（1）要求满足长细比的同时满足稳定性计算，公式（2）要满足稳定性的计算。

5）模板搭设无法满足构造要求

高支模的安全设计，除了需要进行定量的力学计算外，还需要满足定性的构造要求，它是保证混凝土施工安全的重要前提，笔者在评审过的方案中主要发现有以下问题：

（1）缺少脚手架搭设施工图以及剪刀撑的布置不符合构造要求。施工单位的安全论证方案往往没有脚手架搭设施工图，当问及具体剪刀撑的布置位置时，往往不符合规范要求。另外剪刀撑的往往是随意绘在布置图上，导致倾角超出规范要求（规范要求：倾角在45°～60°之间）；

（2）水平杆步距选择往往选用规范最大值。《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）中规定，水平杆最大步距不得大于1.8m，施工单位在计算得到满足的情况下，往往就选择1.8m。实际上考虑到钢管的长期周转使用而导致变形锈蚀等因素，步距应当采用1.5m比较合适；

（3）钢管没有按照规范要求选用。《规范》规定钢管立柱的扫地杆、水平拉杆、剪刀撑应采用Ф48mm×3.5mm钢管，用扣件与钢管立柱扣牢。但是由于市场中，此类钢管相对于建筑行业的需求供应量较小，满足不了使用要求，施工单位往往选用Ф48mm×3.0mm、Ф48mm×2.8mm。