高大模板扣件式钢管支撑系统若干问题的探讨 Ｓｏｍｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｏｎ Ｆａｓｔｅｎｅｒ Ｔｙｐｅ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔａｌｌ ａｎｄ Ｌａｒｇｅ Ｆｏｒｍｗｏｒｋ 龚育敏 上海广厦（集团）有限公司２０１１０８ 摘要：针对扣件式钢管模板支撑系统在工程实践中经常发生重大工程事故的原因进行了分析，并对其在施工中存在的常 见问题提出了相应的解决办法。 关键词：建筑工程 扣件式钢管 高大模板支撑 钢管接长节点 中图分类号：ＴＵ７５５．２ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１２）０１—００６１—０３ 在建设工程领域中，高大模板扣件式钢管支撑系统由 中规定：“当纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距 于其原理简单、施工方便，已成为我国目前使用量最大、应 不大于５５ ｍｍ时，立杆稳定性计算可不考虑此偏心距的影 用最普遍的一种模板支撑形式。但在工程实践中，往往会发 响。”因此，在立杆计算中通常将立杆作为轴心受压杆进行 生重大工程事故。今年以来在全国多个城市连续发生了模 计算。但在实际工程中，立杆常常处于偏心受压状态（图 板支撑系统坍塌事故，造成了大量的生命和财产的损失。因 １），这就使得不考虑偏心作用计算结果的偏心距不安全。 此，我们觉得非常有必要来共同探讨其中的原因，以寻求解 １．２构造措施不到位 决的办法，提高质量安全管理水平，杜绝此类事故的再次发 生。 １事故发生的原因分析 １．１设计计算不合理 （１）由于模板支撑系统是一种临时性的结构，设计院 的设计人员不负责进行此项内容的设计，所以其设计计算 通常是由施工单位的技术人员进行的，而理论计算往往是 施工技术人员的弱项，因而在施工方案的编制中容易出现 设计计算不合理的情况。 （２）在模板支撑系统相关的规范中，对立杆稳定的计 算公式有疏漏。如《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规 图１ 偏心受力的情况 范》（ＪＧＪ１３０—２００１、２００２年版）及上海市《钢管扣件水平模 （１）立杆间距、步距过大。立杆间距确定了１根立杆所 板的支撑系统安全技术规程》（ＤＧ／ＴＪ０８—０１６—２００４）中，立杆 承受的上部荷载的面积和大小，立杆步距决定了立杆稳定 计算长度公式均为７０（Ｈ０）＝ｈ＋２ａ；《建筑施工模板安全技术 的计算长度。如果立杆间距过大，会使单根立杆的受力过 规范》（ＪＧＪ１６２—２００８）中，立杆计算长度取为最大步距。这样 大；如果立杆步距过大，会大大降低立杆的承载能力。此消 的计算无法满足稳定安全系数≥２．０的要求，规范中没有考 彼长，这给支撑系统的安全带来隐患。 虑架体的整体失稳影响，而模板支撑系统的破坏形式基本 （２）纵、横向水平杆未满设。纵横向水平的间距决定了 为整体失稳。所以，基于这些公式计算的结果是偏不安全 立杆步距的大小，直接影响到了立杆的计算长度，也就直接 的。 影响到了立杆的承载能力。对于梁下增加的立杆，是支撑系 （３）规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 统受力最大的地方，更必须保证每步双向水平杆的满设。扫 地杆和支撑顶部的双向水平杆不仅对立杆步距有影响，也 作者简介：龚育敏（１９７８一），男，大学本科，工程师。。 决定了立杆伸出段的长度，伸出段作为悬臂部分其两倍的 作者地址：上海市颛兴东路１５５５号（２０１１０８）。 长度要加到立杆计算长度中，因此其对立杆的承载力有更 收稿日期：２０１１－１１—０９ 明显的影响。 建筑施工第３４卷第１期Ｉ ６１ （３）竖向剪刀撑和水平剪刀撑设置数量不够。在扣件 式钢管支撑系统中，用来连接各类杆件的扣件的嵌固能力 很低，与钢管的强度相差很大，不能成为刚性节点，更谈不 上“强节点、弱构件”；１个扣件只能连接２根钢管，所以多 个杆件汇聚一处时，节点处的各杆件不可能真正交于一点， 这使得节点处的受力较复杂，也削弱了节点的承载能力；钢 管的长细比比较大，刚度较小，变形协调能力较差。由于以 上因素的存在，使得只有立杆与水平杆组成的矩形框格形 成的架体根本不能形成稳定的几何不变体系，所以只有设 置足够数量的斜向杆件，才能有效提高支撑系统的超静定 次数，使之成为稳定的几何不变体系。 （４）水平约束（连墙件）少。这是因为高宽比较大的支 撑系统更容易发生整体倾覆，所以对于此类支撑系统不仅 要重视系统内的整体稳定，还需要采取措施防止整体倾覆。 因而加强支撑系统与外界（如已施工结构）的水平约束就成 为一种有效的措施。 １．３钢管扣件材料不合格 当前建筑市场上的钢管、扣件材料不合格率居高不下， 质量状况令人担忧。钢管壁厚少有能够达到规范要求的 ３．５ ｍｍ，有的钢管端部壁厚和中间壁厚明显差异；部分扣件 材质不符合要求，Ｔ形螺栓长度不足，旋转扣件中心铆钉直 径偏小；反复使用后的钢管、扣件难免有锈蚀、变形的情况， 势必会导致壁厚变薄、抗滑承载力降低，包括钢管使用后的 弯曲变形，这都会大大降低其承载能力；而旧钢管、扣件的 保养和再使用前的验收不规范，生锈的钢管、扣件不经保养 就上架，或仅进行简单的涂漆擦油，这些不符合标准的钢管 扣件被反复使用，如何能保证模板支撑系统的安全和质量？ １．４不重视支撑系统的基础稳定 支撑系统基础的失稳会直接导致支撑系统的整体性失 稳。当支撑系统的立杆支承于下层楼板上时，应对下层楼板 的承载能力进行验算；当支撑系统的立杆支承于地基时，应 对地基承载力进行验算。 但这２方面的计算，对施工技术人员来说更是生疏，也 不会引起足够的重视。故在施工实践中，因下层楼板或地基 的承载力不足以承受其上的架体和混凝土的质量，或地基 土未做好防雨排水措施导致被浸泡而失效，所造成的工程 事故不胜枚举。 １．５现场施工不规范 因扣件式钢管支撑系统是受人为操作因素影响很大的 一种临时结构，在实际搭设过程中存在着诸多不确定、不安 全的因素，所以其搭设一定要由有资格的架子工完成。而在 实际工程中，往往是由模板工代为完成，仅凭着一点所谓经 验和满腔的侥幸心理，不按方案要求搭设，立杆接长搭接甚 至交错通过横杆传力、构造杆件缺失、扣件拧紧力矩随意等 等都成为工程事故发生的安全隐患。 ６２ ｌ ２ｏ１２・１ Ｂ１面血ｇ ２扣件式钢管高大模板支撑系统方案编制中需要 关注的几个问题 ２．１ 立杆计算长度的取值应考虑整体稳定因素的影响 立杆稳定计算中立杆计算长度的取值必须考虑整体稳 定因素的影响，应采用新规范《建筑施工扣件式钢管脚手架 安全技术规范》（ＪＧＪ１ ３０—２０１ １）中提供的立杆计算长度公 式： ＝ 肛ｈ （１） 式中： 一立杆计算长度附加系数，是为了保证立杆稳定 安全，系数不小于２．０； ——单杆计算长度系数，是为了综合考虑整体稳定 因素。 该公式虽然形式上仍是对单根立杆的稳定计算，但综 合考虑到了整体稳定因素的影响。当然新规范中还将支撑 系统分为满堂脚手架、普通型满堂支撑架、加强型满堂支撑 架，并分别给出了相关系数的取值，这在具体工程中可具体 采用。 ２＿２应尽量采用能消除立杆偏心受力的构造措施 我们希望通过采取必要的构造措施来消除由于计算未 考虑立杆偏心受力而导致的不安全因素。譬如，对于承重横 杆传给立杆所造成的立杆偏心受力，可以对承重较大的部 位采用双立杆、双横杆的解决方案；对于承重不大或构造所 需的水平杆，可以采用水平杆对称相间布置的办法，使横杆 产生的偏心力矩可以在局部得以化解，而不会由于叠加效 应影响架体整体稳定（图２）。另外，规范中有强制性条文规 定，立杆接长必须采用对接，以避免出现偏心受力的情况。 水平杆对称相间设置 立杆 （ａ）双横杆、双立杆搭设 （ｂ）对称相间布置横杆 图２架体搭设 ２．３必须配置足够数量的竖向连续剪刀撑和水平剪刀撑 目前，在相关规范中对竖向连续剪刀撑和水平剪刀撑 的设置都有规定，但内容不尽相同，笔者认为《建筑施工模 板安全技术规范》中的相关规定比较详细，而且在施工现场 也较易实现（图３）。具体要求是：在外侧周圈应设由下至上 的竖向连续式剪刀撑；中间在纵横向应每隔１ ０ ｍ左右处 设由下至上的竖向连续式剪刀撑，其宽度宜为４ ｍ～６ ｍ， 并在剪刀撑部位的顶部、扫地杆处设置水平剪刀撑。当架体 高度在８ ｍ～２０ ｍ时，除应满足上述规定外，还应在纵横向 相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加“之”字斜撑，同时在 有水平剪刀撑的部位即每个剪刀撑中间处增加１道水平 １ Ｏ０ ｍｍ的面层混凝土后期再施工。当支撑系统落于下层楼 剪刀撑。当架体高度超过２０ ｍ时，应在满足以上规定的基 板上时，需对下层楼板的承载力进行验算。由于我们考虑到 础上，将所有之字斜撑全部改为连续式剪刀撑。 静力作用下梁、柱的设计安全度比楼板的要高，所以对于框 架结构中下层框架梁、柱的承载力不必再作验算。如果下层 楼板的承载力不满足要求，则下层的钢管支撑不能拆除，这 时应注意上下层立杆应在同一直线上，上层立杆下应设木 垫板。 ２．６钢管接长节点应相互错开并应适当加强 当支撑系统搭设高度、长度较大时，杆件（包括立杆、水 平杆、剪刀撑）就需要接长。在理论计算中，我们仅考虑了各 个杆件的受力都是轴向的，而未考虑这些连接节点对架体 稳定的影响。但在实际工程中，各类杆件的偏心受力是不可 避免的，支撑系统的变形也是不可避免的，杆件接长节点作 图３竖向和水平剪刀撑布置 为一个薄弱处可能变形更大，这势必影响承载能力，进而影 关于剪刀撑的位置还应注意，剪刀撑杆件的底端应与 响到整个支撑系统的稳定，因此立杆的对接节点的位置分 地面或垫板顶面顶紧，与立杆或水平杆的夹角宜为４５。 布尤为重要。 －６０。，水平剪刀撑的间距不宜超过８ ｍ。当然，若在此基础 因据相关规范中规定：相邻两立杆的对接接头位置不 上能满设竖向连续剪刀撑、满设水平剪刀撑且间距适当缩 得在同步内，且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于 小，一定可以进一步提高架体的整体稳定性。若能达到横向 ５００ ｍｉｌｌ，各接头中心距主节点不宜大于步距的１／３。所以， 和纵向框格中设有斜杆者均能占到一半以上，则架体才能 对于一些受力较大的立杆，对接接头部位应采取加强杆进 真正接近于“几何不变杆系结构”。 行加固。 ２．４必须按现场实测的钢管壁厚进行计算，使用旧材料时 ２．７对高宽比较大的支撑系统必须采取必要的措施保证 应予强度折减 整体稳定 由于相关规范中对用于搭设高大模板支撑体系的钢 高宽比是影响高大模板支撑系统整体稳定的重要因 管、扣件等材料的规格、材质要求都有规定，但在工程实践 素，其不应大于３。当支撑系统高度大于５ ｎｌ或高宽比大于 中，市场上买的或租赁到的往往是不符合规定的材料，这给 ３时，应加强与主体结构的拉结，即：在架体周边和中间有 工程施工带来了安全隐患。所以，我们在进行模板支撑系统 结构柱的部位，按水平间距６ ｍ－９ ｍ、竖向间距２ ｍ－３ ｎｌ 设计计算时，应实事求是、留有余地，按现场每批钢管实测 与既有结构设置能够承受拉力和压力的固结点。这是因为 的钢管壁厚进行计算；对旧钢管的抗压强度设计值取值应 与主体结构的刚性拉结也是有效提高支撑系统的超静定次 乘以０．８５的折减系数；对ＩＲ￣［Ｉ件的抗滑承载应在规范推荐 数的主要途径：水平杆的端部应尽量与四周建筑物顶紧顶 值的基础上适当折减。 牢；在有空间的部位，支撑系统宜超出加载区投影范围向外 ２．５必须对支撑系统的地基承载力或下层楼板承载力进 延伸布置２－３跨，以增加支撑系统的高宽比。另外，还可以 行验算 采取设置抛撑等方法来提高架体的整体稳定ｌＩ生。 如果支撑系统落于地基土上，则应验算地基土承载力； ３结语 如果支撑系统落于下层楼板上，则应验算下层楼板的承载 力，这也是为了避免下层楼板结构遭到破坏。当支撑系统直 建筑施工中，高大模板支撑系统的稳定性，不但对工程 接落于回填土上时，应明确地基土分层夯实且密实度不小 建设成功与否至关重要，而且与人民群众的生命和财产安 于０．９４，立杆下应设宽２００ ｍｉｌｌ－－３００ ｍｍ、厚５０ ｍｍ、长度不 全密切相关。虽然影响高大模板支撑系统质量和安全的因 小于两跨的木垫板，此时的基底面积可取０．３（０．２）ｘ ０．５＝ 素很多，但只要掌握其工作原理，结合工程的实际情况，精 ０．１ ５（０．１）ｍ 。同时，对地基土要做好一定的防雨排水措施。 心设计计算、优化构造措施、加强过程管理、做好架体监测， 以保证其不被水浸而导致承载力的降低。笔者建议支撑系 就一定能够杜绝因高大模板支撑系统失稳而造成的坍塌事 统落在回土夯实的基础上，再浇厚１ ００ ｍｍ的素混凝土垫 故。 层；或先施工底层混凝土地坪，待混凝土强度达到１．２× 参考文献： １ ０ Ｎ／ｍ 后，再在其上开始搭设架体。若考虑需控制底层地 ［１】杜荣军．混凝土工程模板与支架技术【Ｍ】．机械工业出版社，２００４． ［２】北京土木建筑学会．模板与脚手架工程施工技术措施［Ｍ】．经济科学出版 坪的平整度和标高，也可将其分两次施工，留５０ ｍｍ～ 社．２００５． 建筑施工第３４卷第１期Ｉ ６３
