論某工程滿堂腳手架穩定性設計計算及坍塌預防措施

樓衛杰

(浙江東陽建工集團有限公司,浙江 東陽322100)

1、工程概況

某工程主體為東西走向,東西長約77米,南北約56米；平面較為規則,為矩形組合體；北側為廚房后勤,南側為餐廳,以7.8X7.8米位基本柱網,餐廳部分柱網為15.6×7.8米；建筑結構安全等級為二級;設計使用年限為50年；采用鋼筋混凝土雙向框架結構。食堂部分南面跨度較大處(柱距為15.6)擬采用有粘結預應力大梁,減小梁的撓度；樓屋蓋體系：采用現澆鋼筋混凝土肋梁板結構。其施工方法簡便，鋼管可與外手架統用，可降低成本，只要經過設計計算并合理搭設，其安全性是有保障的。

2、滿堂模板腳手架整體穩定性計算

2.1 腳手架鋼管材質問題

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ-130）規定：鋼管應采用國標《直縫電焊鋼管》（GB/T13793）或《低壓流體輸送用焊接鋼管》（GB/T3092）中規定的3號普通鋼管，其質量應符合國標《碳素結構鋼》（GB/T700）中Q235-A級鋼，外徑為為48mm的鋼管，壁厚為3.5mm。

當前市場上供應的一些腳手架管材，不僅材質上存在不少少問題，就拿管格規格上，漏洞也很大。設計要求的規格Φ48×3.5mm，規范允放管壁厚度誤差為-0.5mm，生產廠家就鉆這誤差的空子，直接生產Φ48×3.0mm的管子，因為市場上買腳手管材以業為單位進行計價，壁厚減薄0.5mm，原每噸管材260m，現在每噸為300m，無形之中，他就多贏利15.4%，可軸向抗壓強度卻下降了12%。

當Φ48×3.5mm變為Φ48×2.5mm時，管材長度增加到每噸357m，約增加37%，但強度卻下降24%。

如舊有管材，銹蝕很嚴重，達1mm，則管材從Φ48×3.5mm變為Φ46×2.5mm，其強度下降達33.7%。

規范規定，管子直徑允許偏差0.5mm，壁厚允許差距-0.5mm，如二者同時存在，則Φ48×3.5mm變為Φ47.5×3.0mm，管材長度從260m/t變為304m/t，長度約增加17%，強度約降低14.8%。

幾點建議：

（1）管子壁厚標準值3.5mm，規范規定允許偏差為-0.5mm，截面減少13.3%，軸向抗壓強度減少12%，降低值太大，允許偏差建議改為-0，+0.5mm，否則設計計算時，截面積按標準值乘以0.85的折減系數，以策安全。（2）腳手架管材的銷售應以重量每噸計價，廢除以每米長度計價。

2.2 扣件的質量問題

扣件的質量好壞直接關系到腳手架和滿堂模架的安全。規范要求扣件應用可鍛鑄鐵制作，材質應符合國標《鋼管腳手架扣件》（GB-158313）的規定。

據有關部門多年抽樣檢查發現市場上供應的扣件質量合格率較低，一些小廠生間的扣件合格率甚至達0%。這是一個很大的安全隱患。另外，一個扣件能否達到要求的設計值，還有一些不定因素，例如：

（1）扣件螺栓擰緊力矩是否能滿足≥40Nm，≤65Nm，以避免對松、過緊問題。（2）重復使用的扣件，如有裂縫、變形、滑絲、砂眼等現象，應廢棄。（3）表面未經清理或清理不干凈，存在銹跡，水泥漿和泥土等、影響扣件與鋼管的握裹力。

例如該工程（按GN50204-92取荷載）：

當模板是通過楞木擱置在水平鋼管上，水平鋼管通過直角扣件把力傳給立柱，則厚度為12cm的鋼筋混凝土樓板傳給水平鋼管的施工荷載：

混凝土重 0.12×24×1.2=3.456KN/M2鋼筋重 1.1×1.2=1.32 KN/M2模板 0.3×1.2=0.36 KN/M2施工人員與設備重 1.5×1.4=2.10 KN/M2合計 Q=7.236 KN/M2

當立柱縱、橫雙向間距均為1m時，則一個扣件承受外力為7.236KN＜8KN，但余度不大；如考慮水平鋼管接三跨連梁計算，則一個扣件反力為7.236×1.1=7.96KN，余度基本上沒有。當立柱縱、橫雙向間距均為1.2m時，則一個扣件所承受外力1.2×1.2×7.236×1.1=11.46KN，大于允許值8KN的43.2%；當立柱間距為1m×1.2m時，則一個扣件承受外力為9.55KN，也大于允許值19.4%。因而，一般樓板下模架其立柱間距最大只能是1m×1m,而且扣件質量必須保證。

2.3 梁下模架立柱布置

2.3.1 布置方案

上面論述，在樓板下模架立柱間距最大為1m×1m，梁下模架立柱間距必須縮小，才能滿足要求。對一般樓面結構的鋼筋混凝土梁，在橫向宜用二根立柱抬一根梁，縱、橫向間距則根據計算需要以予以加密。

2.3.2 支承鋼管連接扣件計算

直接支承混凝土梁的水平短鋼管所承受外荷載：

鋼筋混凝土梁自重 0.4×1.2×25.5×1.2=14.688 KN/m梁底模和側模重 [0.4+2×（1.2-0.12）]×0.3×1.2=0.922 KN/m混凝土振搗荷載 2×1.4×0.4=1.12 KN/m梁下水平鋼管的支座反力為：混凝土自重 R1=14.688×0.5/2=3.672 KN模板重 R2=0.922×0.5/2=0.231 KN振搗荷載 R3=1.12×0.5/2=0.28 KN合計 R=4.183KN＜8KN，即一個扣件承載力，安全

如果縱向立柱間距不是500mm,而是1000mm，則反力

R=14.688/2+0.146+0.56=8.365KN，大于8KN，故縱向間距必須縮小。

2.3.3 水平鋼管強度計算

當立柱橫間距為1m，縱向為0.5m時，按簡支梁計，跨中彎距M=4.183×0.3=1.255KN.m，彎曲應力f=1.255×106/（5.08×103）=247.1N/mm2，＞205N/mm2不允許。

橫向間距改為800mm，M=4.183×0.2=0.8366KN.m，F=0.8366×106/（5.08×103）=164.7N/nm2，＜205N/mm2可以。

2.3.4 計算結果

當板厚為12cm時，板下模架立柱間距應不大于1m×1m；混凝土梁400×1200下模架立柱縱、橫向間距為500×800mm，才滿足一個扣件抗滑承載力的要求。

2.4 模架立柱強度計算

2.4.1 立柱所承受荷載

上述計算中均未計及滿堂及腳手板的荷載，計算立柱強度小能漏算。假定模架高1 5m，步距為1．8m，共9步。

腳手架重：

立柱：l5×0．0384×1．2=0．691 KN

縱橫水平桿：[（9+1）×2+3×3]×0．0384×1．2=1．336 KN

剪刀撐：（1．8×1．4 l×4+1×1．4 1×5×2）×0．0384×1．2=1．1 l 8 KN

扣件：[10×2+1 5／4+1 5×1．4 l×2×2／（5×4）+1 5×1．41×2／（5×2．5）]×0．0 l 46×1．2=0．549 KN

腳手板（3層）：1×l×3×0．1×1．2=0．36 KN

施工活載（一層）：l×l×2×1．4=2.80 KN

腳手架荷載：6.854 KN

板傳來荷載：0.8×l×7．236=5.79 KN

梁傳來荷載：4.183 KN

共計：梁側面一根立柱底部最人軸向壓力N=6．854+5．79+4.1 83=16.827 KN

2.4.2 立柱穩定性性計算

（1）立柱步距1．8m，其計算長度L0，參照腳手架立柱取用：

L0=1.1 55×1.5×180=311.85；入=3l1.85／1.58=197.4；Φ=0.185。總的允許軸向承載壓力設計值[N]1=0．185×205×489=18.55KN，大于實有軸向力N=16．827KN，可以。

（2）如按JGJ130規定，計算長度L0=h+2a，h為步距取1.8m，a為立桿伸出頂層橫向水平桿中心到模板支撐點的長度，取0．2m，則

L0=1.8+2×0.2=2.2；入=220/1.58=139.2

Φ=0.352；則總的允許軸向承載壓力設計值[N]：[N]2=0．352×205×489=35.29KN，比按腳手架立柱計算得的[N]1=18.55KN大了90%，故按此法計算安全度偏低。

2.4.3 立柱計算中的幾個問題

（1）立柱計算中，切記不能忽視滿堂腳手桿的自重（包括腳手板及施工荷載），從上面計算看，它占總荷載16.827KN的6.854/16.827=40.7%。

（2）滿堂模板支架的高矮只是影響架體的白重，即高度增加幾米或減少幾米，不會直接導致其結構體系的變化。但滿堂架搭設時，其立桿縱橫向的間距、垂直方向的步距以及縱橫水平桿和剪刀撐的搭設必須嚴格按設計要求施工。

（3）步距大小直接影響立柱的穩定性，如上述計算中，當步距為1.8m時，其軸向承載力允許值[N]為18.55KN；當步距為2.0m時，L0=1.1 55×1.5×200=346.5cm，入=219.3，Φ=0.1 52，則軸向承載力允許值N降為15.24KN（降低17.8%）；當步距變為2．5m時，L0=250×1.15×1.5=433.13cm，入=274.1，Φ=0.0974，則軸向承載力允許值降至9.76KN（降低47.4%）

（4）掃地桿不僅是把滿堂架組成整體，從計算上看，它還是縮短第一步立柱計算長度的必要保證，如果立柱下部不設掃地桿，則該段立柱相當于“懸臂”，’其計算長度L0=1.1 55×2×200=462cm，入=292.4，Φ=0.0856，軸向承載力允許值為8.58KN（強度降低53.7%），因此，掃地桿必須設置，萬萬不可忽視。

（5）規范JGJ130對滿堂模板支架設計荷載如施工荷載等的要求不夠具體；腳手板的鋪設也無要求。本文從安全出發，考慮活載取一層2 KN／m2，腳手板按上、中、下三層計，僅供分析用。

2.5 立柱基礎設計

滿堂模板支架立柱的基礎往往不引起重視，如果基礎出現較大的不均勻沉降，則直接危及整個支架的穩定以致倒塌。

從上計算可知：梁下一根立柱最大垂直力N=16.827KN，板下一根立柱最大垂直力N=7.236KN，一般情況，立柱都置于經分層夯實的回填土上，本地區回填土的地基承載力標準值取80 KN／m2（即8t／m2），按JGJ 1 30規范計算，地基承載力調整系數取0.4。梁下立柱基礎底面積A=16．82 7/（0．4×80）=0．5 285 m，相當于0.73m×0.73m。板下立柱基礎底面積A=7．2 36／（0．4×80）=0．226 1 m2，相 當 于0.48m×0.48m。 因而，按常規在立柱下墊木板或槽鋼的做法是遠遠滿足不了設計要求。本文認為最佳辦法是在分層夯實的回填土上澆筑一層厚10—20cm的C20砼地面。必要時視填土質量及上部荷載大小，適當配8-10@150-200構造鋼筋。同時在立柱下，再墊以木板，以保證良好接觸及力的傳遞。

2.6 超高、超重鋼筋砼大梁模板支架設計

2.6.1 原則要求

華師南湖學生食堂大梁截面尺寸為500×3000m，梁頂標高28.0m，在采用扣件式鋼筋腳手架組裝成滿堂架時，關鍵是要保證大梁傳給立柱的集中力的作用點要設法直接設在立柱之中心，避免靠扣件經偏心傳給立柱，其有效措施可采用門式鋼管腳手架的可調托座將大梁底模楞木（或小型槽鋼）托住。

2.6.2 荷載汁算：

梁自重：0.5×3.0×25.5×1.2=45.9KN／m（標準值38.5 KN/m）。側模、底模重：（3×2+0.5）×0.3×1.2=2.34 KN／m（標準值1.95KN/m）。振搗荷載：2×1.4×0.5=1.4 KN／m。合計：q=49．64 KN／m（標準值40．2 KN／m）

2.6.3 梁底模設計

梁底模用18mm厚九層膠合板，楞木50×l00mm，間距200mm。模板彎矩：M=0.107×19.64×0.2×0.2=0.2 t 25 KN.M。模板彎曲應力：f=0.2 125×106×6／（500×182）=7.87N／mm2。模板撓度：ω=0.677×40.2×2004×12／（100 ×9000 ×0.85 ×500 ×183）=0.234mm<200／400=0.50mm，符合要求。

2.6.4 楞木計算

跨中彎矩：M=0.125×（49.64×0.2）×0.52=0.3 1 03 KN.m。彎曲應力：f=0.3 103×1 06×6／（50×1002）=3.72 N／mm2

2.7 滿堂模板支架的支撐設置規定

（1）滿堂模板支架四邊與中間每隔四排支架立桿應設置一道縱向剪刀撐，由底至頂連續設置；（2）高于4m的模板支架，其兩端與中間每隔4排立桿從頂層開始向下每隔2步設置一道水平剪刀撐。（3）每道剪刀撐跨越立桿的根數，不應小于4跨，且不小于6m，跨越立桿最多根數，當斜桿交角為45°時，不多于7根；當為50°時，不多于6根；當為60°時，不多于5根。（4）剪刀撐斜桿的接長，采用搭接，搭接長不小于1rm，應采用不小于2個旋轉扣件固接。

3、結束語。本文認為工程如能完全按規范要求實施，就能保證整個支架體系符合設計要求，使荷載做到垂直傳遞，不產生偏心、歪斜；確保立柱計算長度的取值等，但不能理解為有了這些支撐，整體模架就穩定小會倒塌。但影響滿堂模架的整體穩定的因素是多方面的。上面只是從設計計算各方面進行了分析，從中可以看到任一環節的不到位，不符合設計要求，都會是致命的安全問題。

同時，如果雖有了一一個完善的設計與施工方案，現場沒有認真的技術交底，施工人員不按設計要求去實施，隨心所欲的按自己的老“經驗”、老“習慣"去施工，許多事故都是這樣產生的。滿堂模架在架設過程、使用過程、拆卸過程都必須指定專人加強安全監督檢查，要確保每一一環節都通過驗收，尤其是混凝土澆筑過程對模架進行監視，一旦有異象，立即報警并進行處理，必要時進行疏散。

[1]陳為正.多層外墻毛竹腳手架設計計算及應用.滁州職業技術學院學報，2006年3期.