满堂支架的设计施工要点和典型事故分析

周聪

【摘要】我国工程频繁发生各类支架倒塌事故，满堂支架的安全性尤为重要，文章介绍了满堂支架的设计、施工要点，并就一些典型支架倒塌事故做出原因分析和预防措施。

【关键词】满堂支架、荷载、剪刀撑、典型事故、预防措施

一、概述

近年来，在我国工程建设中频繁发生各类支架倒塌事故，造成了严重的人员伤亡及巨大的经济损失，个别施工企业甚至因此而破产，对社会构成了很坏的影响。笔者在青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程负责车辆段施工，主要为房建及现浇梁工程，满堂支架必然会大范围使用，尤其要高度重视支架安全。下面就满堂支架的设计施工要点和典型事故做简要分析。

二、支架设计和施工要点

1、满堂支架的计算

以青岛大田路车辆段综合楼为例，验算100mm厚板、600*1200mm梁、300*700mm梁的脚手架承载计算，立杆为纵距la，立杆横距为lb，步距h=1.8m，模板为15mm的镜面板。

钢管计算参数为：立杆截面积A=397mm2，立杆回转半径按照壁厚3.5mm为i=16mm，截面惯性矩I=1.02*106mm4，弹性模量E=2.06*105N/mm2，截面模量W=4245mm3，钢管抗压强度设计值：[f]=205N/mm2。

荷载计算参数：模板与木块自重：0.35KN/m2；混凝土与钢筋自重：25KN/m3，倾倒混凝土荷载：1.0KN/m2，施工均布荷载标准值：1.0 KN/m2。

（1）板底支撑钢管计算：立杆纵距la=0.9m，横距lb=0.9m，横向支撑钢管按照均布荷载作用下的连续梁计算。

q

900 900 900

支撐钢管计算简图（mm）

0.781

0.625

支撑钢管计算弯矩图（KN.m）

荷载的计算：

①钢筋混凝土板自重q11=25*0.1*0.9=2.25KN/m

②模板的自重线荷载q12=0.35*0.9=0.315KN/m

③活荷载标准值q2=2*0.9=1.8KN/m

考虑系数后静荷载q1=1.2*5.625+1.2*0.315=7.128KN/m

活荷载q2=1.4*1.8=2.52KN/m

组合荷载q=q1+q2=9.648KN/m

（2）抗弯强度计算

最大弯矩M=0.1q12=0.1*9.648*0.9*0.9=0.781KN.m

最大剪力Q=0.6*9.648*0.9=5.209KN

最大支座力N=1.1*9.648*0.9=9.551KN

抗弯计算强度f=M/W=183N/mm2<205N/mm2，满足要求

支撑钢管的最大挠度v=0.677*ql4/100EI=2.04mm<10mm，满足要求。

（3）扣件抗滑移计算

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照规范5.2.5公式计算：R≤Rc，其中扣件抗滑承载力设计值Rc取8.0KN；纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值R取最大支座反力9.551KN。

当直角扣件的拧紧力矩达40-65N.m时，单扣件在12KN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8.0KN；双扣件在20KN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取12.0KN。

因此，单扣件抗滑承载力的设计计算不满足要求，可以考虑采用双扣件。

（4）立杆的稳定性计算

立杆的轴心压力设计值N包括：横杆的最大支座反力N1=9.551KN，脚手架钢管的自重N2=1.2*0.129*3.9=0.604KN。N=N1+N2=9.551+0.604=10.155KN。

不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算公式σ=N/φA≤[f]

其中：立杆的轴心压力设计值N=10.155KN；

查《建筑施工手册》第四版表5-16得：μ=1.8，λ=μh/i=1.8*1.8/0.016=202，查5-18（插入法）φ=0.177；

立杆的截面回转半径i=16mm；

立杆截面面积A=397mm2；

钢管立杆抗压强度设计值[f]=205N/mm2；

计算得出σ=145N/mm2<[f]=205N/mm2，满足要求。

所以脚手架稳定，立杆布置纵距la=0.9m，横距lb=0.9m。

2、满堂支架施工要点

（1）立杆：架体设纵横向扫地杆，设在基础上平面200mm处的立杆上，用十字扣件固定在立杆上，立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度。立杆接头要错开，同一水平面上接头不超过50%，立杆下端与垫木间增加木楔，用来调整立杆沉降不匀。

（2）水平杆：纵横向水平杆用直角扣件固定在立杆上，扣件的拧紧力矩控制在45-60Nm，水平杆在转角处必须形成井字形结构，水平杆接长时，相邻两接头不在同步同跨内，两个接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm。

（3）连墙杆：架体与框架柱进行有效的附墙连接，以提高支架在施工荷载作用下的变形能力。

（4）剪刀撑：剪刀撑的设置是支架搭设的重点，满堂支架应在架体外侧四周及内部纵横向每5-8m由底至顶设置连续竖向剪刀撑，当架体搭设高度在8m以下时，应在架体顶部设置连续水平剪刀撑；当架体搭设高度在8m及以上时，应在架体底部、顶部及竖向间隔不超过8m分别设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑宜在竖向剪刀撑斜杆相交平面设置，剪刀撑宽度应为6-8m，剪刀撑应用旋转扣件固定在与之相交的水平杆或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。

三、典型安全事故分析和预防措施

1、高宽比差距悬殊（见图A）

碗扣式脚手架高宽比H/B≥5时，整体稳定性小于局部稳定性，容易产生短边失稳。

应加强纵横斜拉剪刀撑布置，增加外侧斜支撑或者斜拉筋，提高窄方向的抗倾覆稳定性；高宽比大于5的独立支架，应优先选用大型型钢支架。

2、立杆不垂直（见图B）

理论计算整体稳定性能够满足要求，但由于立杆接头都放在同一截面处，接头扣件松动，不能约束立杆垂直，立杆接头有小角度摇摆，使得立杆弯曲受压，实际承载能力远小于理论计算能力。

立杆接头应错开布置，每个水平面接头不得大于总立杆数的50%；立杆接头扣件锁紧牢固；加强纵横斜拉剪刀撑布置，增设水平剪刀撑，约束立杆及架体整体变形。

3、一侧倾斜（见图C）

理论计算整体稳定性能够满足要求，由于施工控制不到位或者杆件质量有问题、水平杆接头扣件松动等因素，不能约束立杆垂直，实际安装中支架整体向一侧倾斜，使得倾斜的立杆承载能力远小于理论计算能力，个别水平杆接头失效后，由于立杆受压自由度增长，会大大降低该杆该段的承载能力。

立杆架设应吊线对中，控制垂直度；水平杆接头扣件锁紧牢固；水平杆拉结步距不得大于计算值，立杆保证垂直；加强纵横斜拉剪刀撑布置，增设水平剪刀撑，约束立杆及架体整体变形。

4、地基基础局部沉陷。（见图D）

理论计算整体稳定性能够满足要求，在实际施工中产生了局部地基不均匀下沉（非整体下沉），下沉的立杆失效，其所分担的荷载转嫁到相邻的未下沉立杆上，造成相邻立杆超载失稳，并且逐步往外扩散，最后支架倒塌。

地基应碾压整平，达到方案设计承载力要求；支架基础高于周围地面20-30cm，周围设置截水沟，防止雨水流进，施工中严防水浸泡；对碾压碎石基础而言，应设置纵横交叉枕梁（方木或型钢），提高整体受力效果。

5、地势高低差支架。（见图E）

有些支架地基地面不平，高差很大，会产生一面坡式地形支架，支架较高一侧的弹性压缩变形量大于较矮一侧，支架整体会产生向较大沉降压缩量的高杆支架一侧涌动的倾斜现象，并使支架逐步倾斜倒塌。

应格外加强高低差方向斜拉剪刀撑布置；顺桥向高低差形式的，应将支架与墩台等已完构件间采用较强的刚性连接；横桥向高低差形式的，设法在支架高边一侧增加斜支撑或矮边增加斜拉筋。

6、横杆步距超标

有些施工单位为了抢工期，造成支架安装中立杆步距超标（规范横杆步距一般1.2m），或者横杆和立杆扣件失效，造成立杆自由受压长度加大，致使立杆支撑能力大大降低而倒塌。

应严格控制横杆安装步距，垂直立杆的纵横立面均不得超標；水平杆结构错开布置，在一个立面上接头率不得大于总立杆数的50%；横杆与立杆的连接扣件锁紧、牢固、有效。

7、剪刀撑未设置或不合理。

有些施工单位对剪刀撑设置不重视，布置不合理或者只在外面布置一道应付检查，缺少剪刀撑的架体不能形成几何不变体系，导致整个架体稳定性差，容易往未固定的一侧倾覆倒塌。

从对立杆限位约束的角度出发，剪刀撑应当闭合布置，按相关规范要求斜杆搭接不少于1m，剪刀撑布置间距普通支架为5-8m，加强型为3-5m。最理想的剪刀撑是将所有四边形网络都隔断成三角形，考虑立杆、横杆长度都远超过网格步距和行距，剪刀撑适当稀疏，最佳的剪刀撑封闭间距至少要将单根立杆封闭起来，剪刀撑的交叉间距不应超过单根立杆的长度。

四、结语

很多工程事故中，并不是因为偷工减料造成的，而是施工技术方案存在着巨大的漏洞与缺陷。主要表现在方案设计者及相关管理人员对“结构”缺乏认识，认知不足，存在着对结构稳定性约束不到位、实际结构与设计不一致、局部附加内力欠考虑、设计检算与实际内力不符、安全措施不完善等缺陷。希望本文的观点能帮助解决一些现场施工实际问题，有利于提高施工技术管理水平，在保证工程质量和施工安全的基础上，力求取得最大的利润。

参考文献：

[1] JGJ 166-2008，建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范[S].

[2] JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].