碗扣式钢管模板支撑架的设计方法研究

王国洪

[摘 要]近年来，我国经济快速发展，各项建设工程在规模和施工速度方面都超过以前，特别是高层、超高层等建筑，因此，要求建筑外脚手架的使用要安全。较高的工程事故发生率主要是由架设设备构造技术和使用安全管理工作的不足引起的。在我国建筑施工系统中，每年发生的伤亡事故或多或少都与架设设备的使用有关。因此，必须重视脚手架的施工设计。

[关键词]碗扣式；模板构造；模板支撑架；结构计算

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

由于脚手架模板支撑架具有缩短工期、适应性强、施工便捷和施工安全等特点，越来越广泛地应用于工业与民用建筑、城市高架道路、城市立交桥和其他土木工程中。随着城市的迅速发展和多样化，在施工工序中脚手架结构已经变得不可或缺。但在施工过程中脚手架结构是事故频发部位，引起的经济损失和人员伤亡越来越多，需要高度重视。

1 脚手架结构模板的类别

通过使用脚手架材料可搭设箱基模、梁板模、梁模和板模等模板支撑架，其中梁板模板是人们最经常使用的。在板模支架中，有“高支撑架”和“早拆模板体系支撑架”。构造模板支撑架方式有碗扣式、门式和扣件式，模板支撑架的分类可按其构造类型、杆系结构体系、水平构架情况和支柱体系进行。除此之外，单双排支撑架还分设斜撑与不设斜撑，在不设斜撑时其高度不应超过4m。

支撑架的设置应确保变形、绝对避免出现垮架和坍塌、满足沉降和位移等要求，除此之外，以下几点还应该注意：

（1）支架的承力点尽量位于立柱附近处，防止其他部位承受较大的弯矩。

（2）考虑施工中的最不利荷载，确保其安全系数不小于2。

（3）确保支柱的基底有足够的强度，防止较严重沉降变形。

2 碗扣式脚手架构造模板支撑架的构造要求

碗扣式支撑架在道桥工程施工中使用较为广泛，由于其立杆可承受轴心压力，并且杆件的步距、间距固定，稳定性好能提高承载力，还适合于超重、超高的梁板模板支撑架。用碗扣式脚手架材料可以组装的支撑架类型很多（例如图1）。根据不同长度的水平杆可以组成不同的支撑架。如果立杆间距不符合现有的横杆长度时，可以使用两个或者多个组架的横杆，即采用交叉布置（见图2）。

通常情况下，不需要使用整体模板支架时，可以把支架分成几个独立部分安装，高度应小于宽度的3倍，但至少有两跨组装成一个整体。例如梁、板结构承受较小荷载且支撑范围较大的模板支架。当支撑架的搭设高度大于10米或者支架承受较大荷载时，应使用整体支架，并且适当增设附加的连墙件、横托撑以及 扩大底部架（见图3）以增加整体稳定性。

如果采用可调横托撑（见图4）作为侧向支撑时，架设时应与横杆相对并且两侧对称设置。在采用格构式支柱组成的支撑架（见图5）或支墩（见图6）时，便可保证在施工期间交通正常，不受施工的影响。

3 脚手架模板支架的设计计算

3.1 脚手架结构工艺特点

在搭设楼板模板、梁板模板或梁模板支撑架时，如果采用脚手架结构，其结构应该具有以下特点：

（1）在构造的模板支架中，模板支架主要承受竖向荷载的作用，支架的整体稳定性和承载能力由杆件的柔度和整体结构的约束情况决定。

（2）在各种模板支架中，其承载能力都取决于杆件的长细比λ和结构的约束条件，影响压杆柔度λ的因素包括杆件之间的约束、扣件的拧紧程度、构件的截面尺寸、弹性模量和构件的长度。

（3）压杆的柔度λ与立杆步距h、高宽比H/B、支架的高度H及立杆顶端的自由长度h1成正比，约束条件则介于一端固定、一端自由（μ=2.0）与两端铰支（μ=1.0）之间，压杆的柔度λ受杆件线杆件连接的紧固程度、刚度以及构架尺寸等因素的影响。

（4）若忽略脚手架各立杆之间横向作用，当下部使用两根立杆的支架时，主立杆荷载向下传7个步距后才能达到平均受力，当支架立杆的间距为0.6～1.5m的时候，虽然会有减少的趋势，但难以得出准确数据，因此不予考虑。通常采用的解决办法是改变杆距或适当的调整模板荷载传力点。

3.2 碗扣式钢管模板支撑架承载能力的试验值

在研制和使用碗扣式钢管脚手架的过程中，通过试验，在架体顶部施加荷载，模拟支撑架的工作情况，从表1的试验结果中，仍可初步得出：

2.架设在杆件碗扣节点上的斜杆为“节点”斜杆；架设在其他杆件碗扣上的斜杆为“非节点”斜杆。

（1）随着杆件步距的减小，极限荷载增大。

（2）设连墙撑的作用明显。

（3）随着设置斜杆的量的增加，极限荷载有所提高。

（4）对于设置非节点斜杆，其作用并不明显。

通过比较试验值与计算值可以看出，支架排数大于3时可按两步三跨连墙计算，并可根据支架高度适当调整μ1w的取值。

3.3 设计承载验算步骤

（1）算出模板底梁以上荷载的标准值。

（2）确定是变间距还是等间距布置支架立杆，一般依据模板结构形式和荷载分布情况来初步确定。

（3）计算出立杆轴力的设计值N，依据公式：

如果按以上设计步骤，在第3步的时候发现N′值偏大，对杆距要做出适当的调整。按以上方法计算一般均可达到合格要求。

在各类模板支撑架构造中，与其他钢管脚手架相比，碗扣式钢管模板支撑架使用较多。碗扣式各个杆件之间都是轴心相交，因此杆件的刚度和整体性较好，适合构造各类重荷载的模板支撑架。

4 结 论

本文主要从脚手架模板的设计方面提出更经济、更安全的构造。解决承载不足、支撑脚稳定性较差等原因引起的脚手架事故。然而针对当前脚手架事故的频繁发生，我们应该从过去的事故中吸取教训，通过学习理论知识、试验分析以及实际应用来提高模板脚手架的安全性。本文对脚手架结构设计做了一些浅谈，希望对以后的工程有一点帮助。

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