模板支架结构体系安全性施工技术要点探讨

朱路廷（甘肃第三建设集团有限公司，甘肃 兰州 730050）

改革开放以来，我国社会经济快速发展，基础建设水平越来越高，各类工程的建设规模和数量都在不断提升。其中，部分建筑及桥梁工程中涉及大跨度、复杂结构的施工，此时传统的支撑体系在支撑性能及稳定性方面暴露出一定的不足，新型模板支撑结构体系的应用尤为重要。作为一种施工中不可或缺的临时性结构，模板支架结构的稳定性和可靠性将直接对整个项目的施工进度、质量产生重要影响。因此，有必要针对模板支架结构体系的安全性施工技术要点和控制策略进行深入探究。

1 模板支架结构体系概述

1.1 基本概念

模板支架主要是在混凝土工程施工中，为满足各种支撑、防护需求而采用钢、木梁拼装成的临时性结构。现代建筑、桥梁等工程施工中，都涉及对临时性支护结构的使用，从整体施工角度来讲，具有临时支撑、堆放材料、固定模板以及方便人员施工功能的临时性支架结构，统称为施工脚手架结构系统。从具体功能来看，施工脚手架结构系统又分为脚手架系统和模板支架系统，前者一般架设于建筑周围作为辅助性施工支护设施，而后者则重点用于混凝土施工期间的模板固定和支撑。近年来，各类工程建设的规模不断扩大，涉及的混凝土结构自重大、空间跨度大，对混凝土浇筑时需要搭设的模板支架的高度、跨度都有更高要求。同时，在混凝土浇筑期间，混凝土结构构件尚未达到设计强度时，模板支架还需要承担多种施工荷载，对这类模板支架结构体系的设计、施工需要做到科学、严谨。

1.2 基本特征

随着现代工程建设规模增加和技术水平的不断提升，加上混凝土施工工艺在工程施工中的地位越来越重要，关于施工期间的临时支护问题备受重视[1]。相较于传统工程施工中占据主导地位的脚手架系统，模板支架结构体系在力学性能、结构形式方面都存在较大区别。如图1所示，常见的脚手架结构通常在横向上设置单排或双排立杆，其横向稳定性相对较差，一旦横向受力较大，很容易发生横向失稳的问题。为了解决这一问题，一般在搭建脚手架时会在横向上设置连墙杆，将脚手架和已完成施工的建筑刚性结构进行连接固定。在模板支架结构设计搭建中，无论横向还是纵向都会配置多排立杆，如果发生失稳的情况，一般是由于横向立杆排数过少。需要注意的是，在实际施工中，模板支架结构无法和已完成施工的建筑结构进行连接，所以关于其稳定性的把控，需要从整体设计和现场施工质量控制等角度入手。

图1 脚手架体系和模板支架体系的结构示意图

2 模板支架结构体系的主要类型

在土建混凝土浇筑施工中，用于临时固定模板的支架结构主要包括两种，即满堂支撑架及满堂脚手架。

满堂支撑架的主要构成要素包括立杆、水平杆、剪刀撑及其他紧固装置，在实际应用中，纵向及横向立杆一般要至少设置三排，然后将其和水平杆以及横向、纵向剪刀撑进行连接固定，形成可靠的支架结构[2]。基于此，在混凝土浇筑期间，施工荷载的传递路径分别为模板、木枋、顶托、立杆，然后立杆将荷载分配到水平杆、剪刀撑，由此形成以立杆为核心，其他部件共同分担的稳定受力状态。该支撑架结构具有承载能力强、稳定可靠的特点，尤其在体量较大、荷载较高的大体积混凝土结构浇筑中有良好的应用优势。

满堂脚手架的基本结构和满堂支撑架类似，但是施工荷载的传递路径存在一定差异，施工荷载首先是由模板传递给顶层水平杆，然后传递至立杆、剪刀撑。基于该传递路径，整个支撑结构呈偏心受压状态，这种受力形式意味着支撑结构受到偏心竖向荷载的影响比较大。

3 模板支架结构体系安全型施工的相关计算理论

在各类工程施工中，模板支架结构体系作为重要的临时支护结构，保证其稳定性和可靠性，是确保施工安全的基本前提。在对模板支架结构体系安全性进行控制时，计算分析的关键点在于结构立杆、横杆连接位置的刚性界定问题。也就是说，在模板支架结构设计时，该节点刚性水平将直接影响结构体系的承载力、稳定性和可靠性。目前，相应的计算分析理论包括刚接、铰接、半刚接计算理论，其中刚接和铰接计算理论适用于体量较小、结构相对简单的普通模板工程，如果工程结构复杂、混凝土构件体量大且对模板支架可靠性要求较高，则需要采用半刚接计算理论进行计算和分析，确保模板支架结构体系设计方案安全可靠[3]。

3.1 刚接计算分析理论

在刚接计算分析理论下，涉及的模板支架结构体系中的刚性节点主要有两个部分，即立杆和水平杆的连接点以及立杆和剪刀撑的连接点。由于该计算分析理论是建立在杆件间不产生相对转动的前提下的，但在真实施工现场连接点受到材料质量、施工质量及现场环境的影响，根本无法达到完全刚性的要求，所以这种安全计算分析方法在结构复杂、体量较大的混凝土结构施工中不具有足够好的参考价值。

3.2 铰接计算分析理论

在铰接计算分析理论下，涉及的模板支架结构体系中的铰接节点包括两个部分，即立杆和水平杆的连接点，以及立杆和剪刀撑之间的连接点[4]。目前全球多数发达国家在计算分析时参照的是英国《脚手架实施规范》中的“几何不变杆系结构”标准，但是当前我国一方面在模板支撑结构的构造要求标准没有那么严格，另一方面实际施工中剪刀撑设置量比较少，所以计算分析时也无法达到“几何不变杆系结构”的标准要求。随着近年相关施工及管理的要求不断提升，工程师在分析时采用容许应力设计法，以增加立杆计算长度系数的方式，来确保结构安全系数不小于2。

3.3 半刚接计算分析理论

在半刚接计算分析理论下，考虑了杆件连接点的半刚性特点，即在模板支架结构体系受力时节点会存在一定的转动刚度。基于该场景，当杆件内部开始传力时，会产生一定转动刚度，对此则一般使用节点试验和有限元方法进行计算分析。国内相关研究人员，采用有限元方法对针对落地式双排扣件式钢管脚手架结构体系进行了二阶弹塑性稳定分析，计算得出了连接扣件的转动刚度。相关试验及实践数据表明，半刚接计算分析理论得到的分析结果更为贴近实际情况，值得重点推广及应用。

4 模板支架结构体系安全性施工技术要点分析

模板支架结构体系在现代工程建设施工中应用的重要性不言而喻，而在我国近现代建筑史中，关于模板支架结构的设计应用也经历了多个阶段。从初期的竹木材料，到后来的刚性金属材料，再到如今多种材料并存的时代，模板支架结构体系在不同类型的工程建设施工中发挥着越来越重要的作用。当下尤其在大体积混凝土工程施工中，以飞模、爬模、型钢大模板为代表的模板支架结构体系的应用率越来越高。接下来，对当前混凝土工程施工中几种比较重要的模板支架结构体系的实际施工技术要点进行分析。

4.1 碗扣式模板支架结构

在碗扣式模板支架结构中，立杆装配有碗扣，横杆带有插头，其中立杆碗扣节点包括上、下碗扣以及限位销。其中，立杆碗扣节点间距为0.6m的模数，因此步距可以为0.6m、1.2m、1.8m、2.4m……，与之对应的横杆长度则可以为0.3m、0.6m、0.9m……。在该模板支架结构中，剪刀撑搭设模式并不是单一的，一般要根据具体设计方案及现场实际情况进行处理，处理过程中对旋转扣件的使用尤为重要。在实际使用中，碗扣式模板支架结构十分合理，立杆呈轴向传力状态，因此整个支撑结构的强度和承载力更高，加上其本身具有良好的自锁能力，所以可以有效满足大多数工程的安全施工要求[5]。如图2所示，在碗扣式模板支架结构中，立杆、横杆的步距和间距相对固定，所以其搭建难度较低，可以在保证稳定安全的同时提高施工效率。但是，该结构体系中由于横杆不具备连续性，所以在一些大型混凝土构件施工中会暴露出支架刚度及稳定性不足的问题。另外，长期使用中碗扣存在变形风险，加上该结构没有自有剪刀撑，所以实际施工中也存在一定局限性。

图2 碗扣式模板支架结构的节点构造示意图

4.2 扣件式模板支架结构

这是目前各类建筑工程混凝土施工中比较常见的模板支架结构类型，主要构成要素包括钢管和各种类型的扣件。在实际使用中，一般采用规格为48mm×3mm 的碳素钢管作为立杆、横杆、剪刀撑的主要材料，为满足安装、拆卸便捷性和安全性需求，钢管材料长度及质量分别不超过6.5m和25kg。各类扣件一般为铸铁扣件，具体形式包括以下三种：用于立杆和剪刀撑连接的旋转扣件；用于立杆和立杆连接的对接扣件；用于立杆和横杆连接的直角扣件。相较于碗扣式模板支架结构，扣件式模板支架结构可以对纵向及横向间距、步距进行灵活设置，以满足不同应用需求，因此，该结构在现代工程建设施工中有非常强的适用性。但是，该结构的承载力、稳定性和可靠性与扣件拧紧力矩直接相关，如果因材料质量、材料老化变形或施工问题导致扣件拧紧力矩不足，会直接给支架结构体系的安全性带来隐患。

4.3 插销式模板支架结构

插销式模板支架结构体系中，除了立杆、横杆以外，立杆上配置有通过焊接工艺固定的连接盘，以及相应的插头、保险销等。立杆部分使用的是套管承插连接的方式，通过在横杆杆头焊接楔形直插头，将其插入立杆上的连接盘。在竖向和水平剪刀撑方面，使用扣件式钢管进行连接和固定。该结构体系中立杆上的连接盘是关键构件，其可以与水平四个方向的直插头进行连接。在实际应用中，连接盘一般按照0.6m 的模数标准进行设置，即步距设置为0.6m、1.2m、1.8m……，水平杆的长度按照0.3m 的模数标准进行设置，即0.3m、0.6m、0.9m……。一般情况下，采用插销式模板支架结构体系的高度应低于24m。由于该支撑结构是一种定型支架，所以在施工时的便捷性和效率性优势都比较突出。在支架搭建完毕之后，整个结构呈轴心传力的状态，整体稳定性和承载能力都比较强。但与碗扣式模板支架结构类似，该体系的横杆不连续，所以整个结构的刚度相对较小。目前，在桥梁、隧道等大型工程的大体积混凝土结构施工中，一般会将插销式模板结构支架和扣件式模板支架结构组合应用，以发挥其各自的优势[6]。

4.4 圆盘式模板支架结构

该模板结构在当前工程施工领域中的应用率也比较高，在实际使用中又被称为轮盘式模板支架、扣盘式模板支架以及雷亚支架等。该支架结构一般使用Q345B钢管作为主要构件材料，钢管主要参数为Φ48mm、壁厚3.5mm。在立杆上按照0.6m的间距焊接一个承盘，其直径为133mm，厚度为10mm，同时在承盘上开设8个插孔。在水平杆的两端焊接与带有插销的插头，用于和立杆承盘插孔进行连接固定。在圆盘式模板支架结构中，其用到的构件相对较少，其中主要的立杆、水平杆、斜拉杆都可以采用标准化工厂生产，运输、搭建、拆卸便捷。同时，由于不存在对拧紧力矩要求较高的扣件，消除了这部分的安全隐患。因此，在现代桥梁、隧道等涉及大体量混凝土构件浇筑施工工程中，圆盘式模板支架结构体系的应用具有很强的安全性优势。

5 结语

综上所述，现代社会发展迅速，各类工程建设数量和规模都在不断提升，大体量、复杂结构的混凝土浇筑施工对临时性支架结构体系提出了更高的要求。为此，有必要充分结合现代工程建设施工的实际特点，对碗扣式、扣件式、插销式、圆盘式等多种模板支架结构体系进行深入研究，再结合工程实际施工的工艺要求，优选合适的模板支架结构体系，做好整体的安全性分析，为混凝土工程施工的安全性及稳定性提供可靠支持。