折叠式脚手架的初步研究

汪国辉 张飞燕 李燕 许鸿

【基金项目】本文系浙江广厦建设职业技术学院2014年院级课题ZRYB10的成果论文

【摘要】脚手架在工程上的应用十分成熟，大部分建筑企业仍在应用扣件式钢管脚手架，整体搭设速度偏慢，影响施工速度。折叠式脚手架采用模块化安装原理，事先组件基本搭设模块，进行组装，能够有效的提高安装速度，缩短施工周期，提高搭设脚手架过程中的安全性。

【关键词】折叠式；脚手架；模块化；工程应用；

80年代起，中国在发展先进的、具有多功能的脚手架系列方面的成就显著，如门式脚手架系列，碗扣式钢管脚手架系列，年产已达到上万吨的规模，并已有一定数量的出口。

长期以来，由于架设工具本身及其构造技术和使用安全管理工作处于较为落后的状态，致使事故的发生率较高。有关统计表明：在中国建筑施工系统每年所发生的伤亡事故中，大约有1/3左右直接或间接地与架设工具及其使用的问题有关。

随着中国建筑市场的日益成熟和完善，竹木式脚手架已逐步淘汰出建筑市场，只在一些偏远落后的地区仍在使用；而门式脚手架、碗扣式脚手架等只在市政、桥梁等少量工程中使用，普通扣件式钢管脚手架因其维修简单和使用寿命长以及投入成本低等多种优点，占据中国国内70%以上的市场，并有較大的发展空间。

扣件式脚手架以扣件和钢管作为安装单位，两者通过不同的扣件组合成各种形式，目前的技术已经比较成熟，形式上的发展已经差不多到达顶端。优点和缺点都比较突出：

优点：1）承载力较大；2）装拆方便，搭设灵活；3）比较经济。

缺点：1）扣件（特别是它的螺杆）容易丢失；2）节点处的杆件为偏心连接，靠抗滑力传递荷载和内力，因而降低了其承载能力；3）扣件节点的连接质量受扣件本身质量和工人操作的影响显著。

折叠式脚手架则是以钢管和铰接器先组合成一个空间杆件结构为一个基本单位，再进行组装成各种形式，优点明显：1）利用杆件原理，提高承载力；2）装拆更方便，提高数倍以上的施工速度；3）经济，因为杆件组合，力学性能、经济性能和安全性能都大幅度的提高。4）因采用折叠式，故不占太多空间，搬运方便。5）循环利用率高等。

一、折叠式脚手架的组合形式

折叠式脚手架是从扣件式脚手架改进而来，基本的构件为钢管和扣件接头。普通钢管扣件式脚手架是从单根钢管和扣件进行组合，根据建筑工程项目的需要设置不同了类型的脚手架。在施工中，因为构件为单一构件，安装速度偏慢，不利于施工进度的提升。同时，在安装过程中，易发生坠落安全事故。在考虑上述的条件下，我们对扣件式脚手架进行重新设计和组装，以钢管构件和扣件重新组合成模块构件，来加快脚手架的安装速度。

整个折叠式脚手架的构造示意图如下图所示：

基本单元的构造如下图所示：

连接接头构造示意图如下所示

折叠式脚手架，以基本单元作为作为安装单位，做一个模块，可以在平地上完成模块的组成，进行整体的吊装，从而极大的提高了安装的速度和避免了安装过程中的坠落事故。

折叠式脚手架的优点就是在于平时不用时，可以将杆件收起来存放，当需要使用时，可以将杆件撑开，即形成上图基本单元，再进行吊装。在工地的存放上不会占用太大的场地，从而不影响施工场地的堆放和施工。

折叠式脚手架的基本模块可以分为以下几种：

1）长为3米，宽为1.2米，高为2米

2）长为3米，宽为1.2米，高为1米

3）长为3米，宽为1.2米，高为0.3米

4）长为2米，宽为1.2米，高为2米

5）长为2米，宽为1.2米，高为1米

6）长为2米，宽为1.2米，高为0.3米

7）长为1米，宽为1.2米，高为2米

8）长为1米，宽为1.2米，高为1米

9）长为1米，宽为1.2米，高为0.3米

7）长为0.6米，宽为1.2米，高为2米

8）长为0.6米，宽为1.2米，高为1米

9）长为0.6米，宽为1.2米，高为0.3米

在考虑基本单元模块的尺寸时，设定长度方向为3M的模数进行控制，宽度根据脚手架的规范定位1.2米，高度方向为3M为模数。这样基本上可以适应建筑项目的尺寸的要求，适应市场的需求。

二、折叠脚手架的杆件材料和铰接材料的选择

1、杆件材料的选择

从折叠式脚手架的基本单位中，我们再进行拆分，主要组成构件为钢管和铰接点。目前市场上的钢管主要的规格型号是主要是Φ48X3.5和Φ51X3.0。我们选择Φ48钢管的材料进行加工成图示的样子：

其中端头截面缩小的部分为实心，其他同Φ48钢管的材料性能要求。这样做的目的是为了让钢管可以转动，形成铰接，并在不使用时，可以转动，进行折叠堆放。

一般情况下，脚手架的单管立柱的承载力可达15kN～35kN（1.5tf～3.5tf，设计值），同时实验表明，脚手架的承载能力由稳定能力控制，失稳时的临界应力低于100N/mm2，采用高强度钢材不能发挥其强度，故取现行国家标准《碳素结构钢》中的Q235A级比较经济合理。

2、铰接材料的选择

铰接材料的选择同样采用Q235A级的钢材。形状如节点详图所示。铰接材料的厚度为100毫米，尺寸为直径为100毫米。经力学实验和计算，可以承受国家规定的24米以下的脚手架搭设的要求。超过24米及以上的，还需要实验确定或采取其他的钢材品种。

三、杆件和铰接器连接的构造

铰接器为折叠式脚手架的关键连接构件。其构造较复杂，具体情况如节点构造所示。在加工过程中，底部的钢管插入铰接器，深度为50mm。在铰接器上部，做一个开十字槽，并与铰接器整体制作，用于连接上部插入的钢管，注意十字槽为内嵌结构，防止钢管的滑动。在铰接器的中间部位，开一圈半圆孔，直径为60毫米，做成内大外小的形式，用于放置钢管的铰接点，同时可以绕其转动。

安装时，将钢管嵌入铰接器，同时转动，卡入卡槽中，向下展开，即可，简单方便。一个基本单元模块，需要四个铰接器和四根钢管构件，组成前面所示形状，形成基本单元。

四、脚手架尺寸的调整方式

建筑工程项目尺寸，一般需符合建筑规范对于模数的规定。我们去长度方向的尺寸为：3米，2米，1米，0.6米用于控制长度方向的尺寸。

如建筑长度为18900mm时，我们可以采用6X3米的尺寸和1X0.6米的尺寸，总合计为为18600mm，同时脚手架离开墙体的尺寸为每边150mm。同理其他的尺寸都可以通过单个基本的长度单位进行组合，同时控制脚手架与墙体之间的距离，形成合适的脚手架尺寸。

对于宽度方向的上的尺寸，我们一般定于1.2米，符合规范的要求即可。

高度上的尺寸，建筑的层高一般也应该满足建筑规范对于模数的要求。所以我采用了高度为2米，1米和0.3米的尺寸。层高一般都控制在3米左右，脚手架的高度可以层高的要求进行调整，组合成符合工程项目的要求。

五、脚手板与脚手架的連接方式

折叠式脚手架的基本单位做好以后，就可以在上面直接铺设脚手板。目前的脚手板主要是竹脚手板。因此折叠式脚手架的脚手板的铺设方式基本与扣件式脚手架的铺设方法相同，无特殊要求，便于施工安装。

六、折叠式脚手架的搭设原理和要求

折叠式脚手架的搭设，应该符号国家规定的要求，材料和间距都应该进行控制。折叠式脚手架应该用了模块化的搭设方式，在间距控制方面事先按照规定的要求进行制作。在现场安装时只需要按照基本的步骤进行组装即可，对安装工人的技术要求上降低了很多。

折叠式手架搭设的工艺流程为：场地平整、夯实→基础承载力实验、材料配备→定位设置基本搭设单元、底座→基本单元搭设→剪刀撑→连墙件→铺脚手板→扎防护栏杆→扎安全网。

定距定位。根据构造要求在建筑物四角用尺量出内、外立杆离墙距离，并做好标记；用钢卷尺拉直，分出立杆位置，并用小竹片点出立杆标记；垫板、底座应准确地放在定位线上，垫板必须铺放平整，不得悬空。

在搭设首层脚手架过程中，沿四周每框架格内设一道斜支撑，拐角除双向增设，待该部位脚手架与主体结构的连墙件可靠拉接后方可拆除。当脚手架操作层高出连墙件两步时，宜先立外排，后立内排。其余按下构造要求搭设。

1、折叠式脚手架基础

脚手架基础尽量利用混凝土进行硬化，混凝土硬化厚度不小于10cm。地基承载能力能够满足外脚手架的搭设要求。

2、搭设基本单元

折叠式脚手架在搭设之前，应该根据建筑工程项目的尺寸的不同，从基本模块单元中选取基本搭建单位，并需要控制好脚手架与墙体之间的缝隙问题，必须符合建筑规范的要求。选择好基本搭设单元后，因基本单元模块会比较大，光靠人力难以组装，需要与起重设备进行配合。

首层搭设时，将底层的折叠脚手架先按规定要求进行排布，然后利用塔吊进行吊装，安装固定在实现做好的基础上，两个基本模块之间用杆件直接相连即可。

中间层以以上部位进行安装时，需要运用塔吊，将上一层的基本模块吊起，然后用杆件的十字杆插入铰接器中的口子中即可。该过程中，应该注意对口的要求会比较高，需要较高的吊装技术，人员可以进行对口的操作。

其他的未提到的部分要满足脚手架的搭设技术要求。

4、剪刀撑

脚手架外侧立面的两端各设置一道剪刀撑，并应由底至顶连续设置；中间各道剪刀撑之间的净距离不应大于15m。剪刀撑斜杆的接长宜采用搭接，搭接长度不小于1m，应采用不少于2个旋转扣件固定。剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线离主节点的距离不宜大于150mm。

5、脚手板、脚手片的铺设要求

1）脚手架里排立杆与结构层之间均应铺设木板：板宽为200mm，里外立杆间应满铺脚手板，无探头板。

2）满铺层脚手片必须垂直墙面横向铺设，满铺到位，不留空位，不能满铺处必须采取有效的防护措施。

3）脚手片须用12-14#铅丝双股并联绑扎，不少于4点，要求绑扎牢固，交接处平整，铺设时要选用完好无损的脚手片，发现有破损的要及时更换。

6、连墙件

1）脚手架与建筑物按计算连墙件布置要求设拉结点。

2）拉结点在转角范围内和顶部处加密，即在转角l米以内范围按垂直方向每3.6米设一拉结点。

3）拉结点应保证牢固，防止其移动变形，且尽量设置在外架大小横杆接点处。

4）外墙装饰阶段拉结点，也须满足上述要求，确因施工需要除去原拉结点时，必须重新补设可靠，有效的临时拉结点，以确保外架安全可靠。

参考文献：

1、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社，2011年12月11日

2、《智能折叠式脚手架在高建筑施工中的应用》，中国学术期刊网

3、《新型脚手架技术介绍》，彭圣昊，百度文库

4、《建筑脚手架专利的技术创新规律研究》， 丁志坤， 卢杰辉 广州大学学报， 2011年