扣件式鋼管腳手架高支模設計中常見問題分析

朱梁洪

蘇州建設交通高等職業技術學校，江蘇蘇州 215004

扣件式鋼管腳手架由鋼管桿件用扣件連接而成，具有工作可靠、裝拆方便和適用性強等優點，是目前我國使用最為普遍的腳手架種類，并且在高支模施工中得到廣泛應用，但在扣件式鋼管腳手架高支模施工實踐中也發現不少問題，主要可以歸結為設計問題，扣件式鋼管腳手架高支模的設計是安全方案的核心，筆者在參與評審安全專家論證的過程中，發現建筑企業在編制高支模的安全方案時，模板設計中存在一些常見的錯誤，導致在施工中存在安全隱患。

1 一般高支模和高大模板

模板體系一般由混凝土結構梁板的模板及其支撐系統構成。其支撐架一般由鋼管立桿、水平桿、剪刀撐（水平和垂直）通過扣件連接，形成整體性模板支撐系統。

一般高支模是指，當搭設高度4.5m及以上，搭設跨度10m及以上；施工總荷載10kN/m2及以上；集中線荷載15kN/m及以上；高度大于支撐水平投影寬度且相對獨立無聯系構件的混凝土模板支撐工程。

當搭設高度8m及以上；搭設跨度18m及以上；施工總荷載15kN/m2及以上；集中線荷載20kN/m及以上，我們認為是高大支模。

根據2009年中華人民共和國住房和城鄉建設部下發的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》的通知規定，當模板搭設高度8m及以上，方案需要專家論證。與普通模板相比，由于模板支架高度的增加，使腳手架支撐體系重量增加，導致立桿存在失穩的幾率增大，同時也對模板支架的基礎提出了更嚴格的要求。因此，架體的設計既要滿足力學計算的要求，同時也要符合規范的構造要求。

2 高支模體系的計算程序

對高支模方案進行計算時，通常采用鉸接計算模型，考慮到扣件不屬于完全的鉸接，又不是完全的剛接的特性，在計算上采用了如下規定[1]：

1）面板可按簡支跨計算，應驗算跨中和懸臂端的最不利抗彎強度和撓度；

2）支承楞梁計算時，次楞一般為兩跨以上連續楞梁；當跨度不等時，應按不等跨連續楞梁或懸臂楞梁設計；主楞可根據實際情況按連續梁、簡支梁或懸臂梁設計；同時次、主楞梁均應進行最不利抗彎強度與撓度計算；

3） 對接扣件連接的鋼管立柱應按單桿軸心受壓構件計算，考慮到扣件的半剛性，在長細比計算時予以調節；

通過這樣限定，模板安全計算可以依次按照面板→次楞→主楞→立柱的傳力次序進行力學分析，從而避免出現復雜的計算過程。安全計算軟件的設計就是按照這個計算過程編制的。

3 模板設計中常見問題

近年來，在現澆混凝土樓板施工中，高支模支架失穩倒塌事故時有發生，究其原因主要有：施工現場管理不到位、模板支架搭設不規范、支架主要受力材料（包括鋼管、方木、扣件等）質量差無法滿足受力要求。除此之外，施工單位在高支模的模板設計時，缺乏技術能力，計算單純依靠軟件，對計算軟件的計算結果不做人工檢查，規范不熟，腳手架搭設不滿足構造要求等錯誤。筆者參加多次安全方案的專家論證，通過研究施工單位所編制的方案，認為現在高支模方案編制，一般有以下問題：

1）軟件誤用，對力學知識匱乏。當今建筑企業成立的門檻非常低，有些資質較低的建筑企業，缺乏技術人員，技術人員的往往是從職業學校畢業或是年紀較大的老施工員，對力學缺少應有的概念，在使用軟件時，超出了軟件的適用范圍造成誤用。

案例1：昆山市鼎基金屬制品有限公司廠房模板方案

工程位于昆山市花橋鎮蓬善路258號，是由昆山市鼎基金屬制品有限公司投資新建的4#廠房工程，總建筑面積3 091.65m2，排架結構，鋼結構彩鋼板屋面。縱向排架有三道連系梁，梁頂標高分別為4.300m、7.000m、9.600m，達到了需要專家論證的范圍。方案剖面圖如1。

圖1

該方案的設計，是一位不太懂行的技術員負責，在方案中除了沒有考慮施工人員需要的施工平臺和拋撐失穩以外，在對標高9.600的進行腳手架安全驗算時，直接套用PKPM安全計算計算軟件。

但是施工方案中的腳手架搭設方案，和PKPM安全設計軟件的使用條件完全不符，方案中腳手架底部承受了上部3道梁的壓力，而計算軟件只能考慮上部的一道梁板荷載，應此計算完全錯誤，該方案由于編制不合理，最終否決。

2）參數選取錯誤

模板方案的計算過程中，主要有荷載信息、材料信息和腳手架設計信息等在軟件中需要輸入，技術人員在進行數據輸入時，注重腳手架設計信息進行調整，對于荷載信息，材料信息，往往取默認值。這導致設計和具體使用之間產生脫節，例如：新澆混凝土的側壓力計算，系統默認值往往是：外加劑影響系數β1=1，不添加外加劑，塌落度影響修正系數β2=1。如圖2。

圖2

而實際工程實踐中，混凝土采用商品混凝土，必定參用外加劑，調整混凝土的初凝時間，為了能夠泵送混凝土，施工現場混凝土的塌落度往往達到150mm，這時外加劑影響系數實際應取β1=1.2，塌落度影響修正系數實際應取β2=1.15。如果按默認取值，則會導致側模安全計算失效，帶來安全問題。

3）程序設計的問題

安全軟件的開發，是基于國家的設計規范要求，不同的開發商對程序設計采用不同的思路。設計中往往有許多側重面，需要方案編制人員熟悉軟件使用條件，更要認真依據規范要求，對計算書進行仔細的檢查，才能避免軟件應用中的失當和錯誤。

案例二：模板腳手架的高支模方案

工程位于昆山陸家鎮望石路與星圃路交叉口，是昆山尚威包裝科技有限公司廠區的一個坡道（如圖3），坡道由0.5m厚的鋼筋混凝土板，最高處為5m。

圖3

荷載效應是采用可變荷載效應控制組合，還是采用永久荷載效應控制組合，這在高支模計算中是要首先確定的，規范規定[1]：

可變荷載效應控制組合時，采用

永久荷載效應控制組合時，采用：

一般情況下，可變荷載處于控制地位。因此有的軟件計算中沒有考慮厚板大梁，可能出現的永久荷載效應控制組合大于可變荷載效應控制組合的情況，筆者比較了PKPM和品茗軟件在本工程中這部分計算的差異。

最終，盡管兩者方案計算都采用了相同的荷載分項系數，從中可以看出，當混凝土板厚超過一定厚度值時，品茗安全計算軟件就會偏離規范要求，出現錯誤。本例中可以看出，此時兩種控制的組合計算結果已經非常接近，所以當板厚超過500mm時，如果還是應用品茗安全計算軟件，我們就需要檢查荷載分項系數的取值了。

計算條件模板支架搭設高度為5.0m，立桿的縱距 b=0.80m，立桿的橫距 l=0.80m，立桿的步距h=1.50m。面板厚度18mm，剪切強度1.4N/mm2，抗彎強度15.0N/mm2，彈性模量6 000.0N/mm2。木方45×90mm，間距300mm，剪切強度1.3N/mm2，抗彎強度13.0N/mm2，彈性模量9 000.0N/mm2。梁頂托采用雙鋼管48×2.8mm。模板自重0.30kN/m2，混凝土鋼筋自重25.10kN/m3，施工活荷載2.50kN/m2。地基承載力標準值80kN/m2，基礎底面擴展面積0.160m2，地基承載力調整系數1.00。扣件計算折減系數取0.70。PKPM按照規范4.3.1條規定確定荷載組合分項系數如下：由可變荷載效應控制的組合S=1.2×（25.10×0.50+0.30）+1.40×2.52.50=18.920kN/m2由永久荷載效應控制的組合S=1.35×24.00×0.50+0.7×1.40×2.50=18.650kN/m2由于可變荷載效應控制的組合S最大，永久荷載分項系數取1.2，可變荷載分項系數取1.40缺少該項判斷,直接作如下計算：二、模板面板計算……1.荷載計算（1）靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板的自重（kN/m）：q1=25.1×0.5×0.8+0.3×0.8=10.28kN/m ；（2）活荷載為施工人員及設備荷載（kN/m）：q2 = 2.5×0.8= 2 kN/m；2.強度計算計算公式如下：M=0.1ql2其中：q=1.2×10.28+1.4×2= 15.136kN/m……品茗2010

4）穩定計算問題

鋼管立桿的穩定計算是一個《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）沒有解決好的問題。主要存在兩個方面問題：

第一，《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）中長細比調整為150，與腳手架規范中長細比要求差別很大；

第二，計算長度采用立桿步距，不合理。

在實際的軟件中，大多數都沒有采用立桿步距作為計算長度，主要采用源于《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ130-2001）中的公式：

（1）JGJ130-2001中模板支架計算中的計算長度公式

式中：h為支架立桿的步距；

α為模板支架立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點的長度。

（2）JGJ130-2001中腳手架立桿中的計算長度公式

式中：k為計算長度附加系數其值取1.155；

μ為考慮腳手架整體穩定因素的單桿計算長度系數；

h為立桿步距。

兩種計算法相比之下，第二種方法優于第一種。第二種方法考慮的腳手架的整體穩定因素和扣件節點對計算長度的影響。從即將執行的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ130-2011），也可以看出這一點。新規范中，對滿堂腳手架立桿計算長度，已經采用更明確的計算公式：將第一個公式刪除，變更為更合理的計算方式：

式中：k為滿堂支撐架計算長度附加系數；

h為步距；

α為立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度；

μ1、μ2為考慮滿堂支撐架整體穩定因素的單桿計算長度系數。

然而當采用公式（1）、公式（2）計算時，就面臨著一個矛盾：由于《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）中長細比允許值調整到150，采用公式（1）計算獲得的長細比基本還能滿足，后一個合理的公式則絕大多數時候，難以滿足長細比要求。

施工單位在這方面，不熟悉相關規范，只是單純使用軟件，不進行人工校對，所以軟件采用什么方式，施工單位就認可什么方式。實際上品茗采用的是公式（2），而忽視長細比的不超過150的規范要求。

筆者認為，就現階段有效的規范而言，應當同時采用兩個公式，公式（1）要求滿足長細比的同時滿足穩定性計算，公式（2）要滿足穩定性的計算。

5）模板搭設無法滿足構造要求

高支模的安全設計，除了需要進行定量的力學計算外，還需要滿足定性的構造要求，它是保證混凝土施工安全的重要前提，筆者在評審過的方案中主要發現有以下問題：

（1）缺少腳手架搭設施工圖以及剪刀撐的布置不符合構造要求。施工單位的安全論證方案往往沒有腳手架搭設施工圖，當問及具體剪刀撐的布置位置時，往往不符合規范要求。另外剪刀撐的往往是隨意繪在布置圖上，導致傾角超出規范要求（規范要求：傾角在45°～60°之間）；

（2）水平桿步距選擇往往選用規范最大值。 《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ162-2008）中規定，水平桿最大步距不得大于1.8m，施工單位在計算得到滿足的情況下，往往就選擇1.8m。實際上考慮到鋼管的長期周轉使用而導致變形銹蝕等因素，步距應當采用1.5m比較合適；

（3）鋼管沒有按照規范要求選用。《規范》規定鋼管立柱的掃地桿、水平拉桿、剪刀撐應采用Ф48mm×3.5mm鋼管，用扣件與鋼管立柱扣牢。但是由于市場中，此類鋼管相對于建筑行業的需求供應量較小，滿足不了使用要求，施工單位往往選用Ф48mm×3.0mm、Ф48mm×2.8mm。

4 結論

建筑施工單位在編制高支模的設計時，鑒于計算能力和表達能力的欠缺，形成了計算上依靠軟件，方案中以規范條文代替模板支架搭設施工圖的現象，為此建議：

第一，要熟悉安全設計軟件的使用條件，最好采用不同的安全計算軟件進行計算和比較，同時對計算過程進行人工檢查；

第二，腳手架步距不要超過1.5m，由于市場因素，不能采用Ф48mm×3.5mm鋼管，至少要保證Ф48mm×3.0mm；

第三，要繪制和實際情況相符的模板及支架的搭設施工圖，便于施工和監督；

第四，立桿的穩定性計算，應采用兩種計算方法。采用時，滿足穩定計算要求外，還要滿足長細比要求，采用要滿足穩定計算。

[1]中華人民共和國建設部.建筑施工模板安全技術規范（JGJ 162-2008）.

[2]中華人民共和國建設部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范（JGJ130-2001）.

[3]中華人民共和國建設部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范（JGJ130-2011）.