扣件式鋼管模板支撐架立桿承載力的影響因素分析

李崢　張晉鋒

摘 要：隨著科技的進步和工業文明的不斷發展，扣件式鋼管支撐架已經被廣泛的運用于各類模板支架系統當中，它的使用與設計直接關系到施工的質量和安全。盡管行業內的規范性文件對扣件式鋼管模板支撐架已經有了部分規定，但是許多學者依舊認為當前所使用的這些方法并不完善，仍然會對模版支撐架的使用安全造成隱患。

關鍵詞：扣件式鋼管模版；支撐架；立桿；承載力

引言

扣件式鋼管模板支撐體系是指，使用扣件將鋼管固定在一起，從而形成一個空間結構，由此來承載多種荷載作用的臨時性支撐體系。雖然只是一種臨時性的支持系統，卻在例如混凝土結構等諸多工程施工中有著極為重要的地位，該支持系統的穩定性和安全性同樣也是保證工程質量的關鍵問題。

1 立桿排列平面形狀對單立桿穩定承載力的影響

在扣件式鋼管模版支撐架的搭建中，搭建質量（如搭設過程中橫向沒有垂直等）、桿件的初始缺陷（如斷面偏差、鋼管的初始彎曲以及銹蝕等）、把扣件與鋼管的實際質量以及立桿與水平桿連接節點的扣件松緊程度等問題統稱為廣義上的初期缺陷，用假想的水平力替代支撐系統初期缺陷對于高支模架體的穩定承載力的影響[1]。伴隨著初期缺陷的增多，支撐架穩定承載力了不斷下降，而且降低趨勢明顯。所以，只有嚴格遵照有關規定進行施工，控制并調整好支撐體系的初期曲線，才能保證支架的穩定與安全。

另外，許多情況下，支架的初期缺陷難以量化準確，無法給出一個確定的數值作為計算依據，因此，只有采取嚴格控制搭設質量嚴格和搭設材料，加強管理等方法對此類問題加以解決。

1.1 無水平向及豎向剪刀撐時模板支架的穩定承載力

在立桿平面布置成正方形且將其縱橫向跨數逐步遞增的情況考慮進來，可以發現，隨著縱橫向跨數（平面邊長）的增加，一根立桿的穩定承載力也逐步增加。其原因是因為隨著縱橫跨數增大，給予中間位置立桿的約束也同時增大。

但是，當立桿布置不為正方形時且跨數沒有逐漸遞增時，每根立桿其穩定承載能力取決于短邊邊長，而且它的穩定承載力與以短邊邊長為長度的正方形架體系統立桿的穩定承載能力相同。在上述兩種情況下，支撐系統失穩時的彎曲方向垂直于長邊方向。

1.2 水平向及豎向剪刀撐對支撐系統的影響

如果依照要求進行水平向和豎向的剪刀撐，假定每個桿件與剪刀撐之間的聯結點作為交接點，計算后會發現，與無剪刀撐的情況相比，支撐體系中立桿穩定承載能力有顯著的上升。

假定考慮平面尺寸大小的影響，經過比較會發現當平面尺寸增大時，立桿的存在數量也會增多。雖然水平及豎向的剪刀撐也在不斷增多，但是平均看來，剪刀撐對于支架中每根立桿的約束作用會不斷減小[2]。但是，在支撐系統立桿跨數的數量增大到一定范圍時，剪刀撐的增加又會讓每根立桿所受到的約束變多。另外，當立桿的平面設計成長方形時，各立桿的未定承載能力會低于以短邊為正方形的支撐體系，與其邊長為正方形的架體相當。

2 構造要求對立桿穩定承載力的影響

2.1 水平剪刀撐的影響

在鋼架模型下，如果不添加水平剪刀撐，則立桿的穩定承載力可以達到68000N，但隨著添加水平剪刀撐的層數的不斷增多，支撐體系的立桿的穩定承載力也會出現小幅的穩定上升。當實現每層都添加水平剪刀撐的條件下，扣件式鋼管模板支撐架的立桿的穩定承載力增長為70050N，與之前相比僅上升了百分之三。由此可見，扣件式鋼管模板支撐架立桿的穩定承載能力與水平剪刀撐的數量并沒有實質性的關系。

2.2 掃地桿的影響

在取消全部掃地桿，并且不考慮水平向及豎向剪刀撐的影響時，分別對高度不同的架體進行計算后會發現，在此類情況下，支撐體系的高度對于立桿穩定承載力的計算并沒有很大的影響。在架體破壞失穩時，變形彎曲都基本上只發生在靠近地面的第一層，該體系的穩定承載能力僅僅達到了帶掃地桿支撐體系的三分之一。

如果，只考慮在支撐體系的一個方向設置掃地桿，之后再對上述情況進行相同的分析計算后會發現，無論支撐體系處于那種高度，其立桿穩定承載的能力都不會增加，等同于沒有安裝掃地桿時的承載能力，不同僅在于立桿失穩彎曲是的方向轉為垂直于掃地桿。

2.3 豎向剪刀撐的影響

假設，僅將豎向剪刀撐坐在支撐體系的兩個對面，經過計算后會發現，該體系中立桿穩定承載能有所上升，但上升數值不到百分之二。但是，如果在支撐體系的四面都附加豎向剪刀撐，那么立桿豎向的穩定承載能力與不加時比較上升了百分之二十三。由此可見，豎向剪刀撐對于扣件式鋼管模板支撐架中立桿的穩定承載能力有極大的提升和顯著而對影響。

2.4 水平剪刀撐與豎向剪刀撐之間的相互作用

在支撐體系四面都附加豎向剪刀撐的狀態下，如果將水平剪刀撐的數量繼續增加，那么整個支撐體系中立桿的穩定承載能力也會逐步提升，但在數值的變化上很小，當按照每兩步布置一層的規范布置時，其穩定承載能力的增加量也僅為百分之四[3]。由此可見，架體立桿的穩定承載能力并不會受水平剪刀撐的太大影響。

3 影響扣件式鋼管支撐架立桿承載力的其他因素及解決方法

3.1 工程質量因素

依據工程項目管理理論，影響工程質量的因素可以分為環境的不利影響、人的不安全因素和物的不安全狀態。因此，在搭設扣件式鋼管模板支撐架的過程中，不光要關注技術方面的問題，同時也不能忽略種種環境因素和管理環節對支撐體系穩定性的影響。無序的管理和混亂的秩序常常是導致事故發生的重要誘因。

所以，在搭設扣件式鋼管模板支撐架前首先要編制專項的方案、計算書等等，必要的時候可以請專家前往論證，在得到相關單位、部門審批后才可進入實際搭建。另外，在混凝土澆筑和扣件式鋼管模版支撐架搭設的過程中，必須嚴格按照法規條文和方案施工，同時還要保證隨時監控支撐體系的穩定，發現隱患應該及時排除。

3.2 其他風險因素

每當一個項目投入營運之前，必然要經過風險衡量的過程。在這個過程中，風險被具體的量化為了關于損失嚴重性和發生概率的函數，同時與風險量進行相對的比較，從而確定該風險的嚴重性。從等級上，風險量可以分為：很小、小、中等、大和很大五個等級。在扣件式鋼管模版支撐架的搭設過程當中，有很多風險都能達到大或很大的等級。因此，對于扣件式鋼管模版支撐架中所存在的各類問題都應該加以重視，同時也要強化控制和管理，將隱患扼殺于搖籃中。

扣件式鋼管模板支撐架的搭設是一項復雜且系統的工程，在搭設的過程當中稍有疏忽都會對支撐架整體的安全產生不利影響，嚴重的更有可能引發架體的倒塌。盡管在相關的規章制度中對于立桿穩定等各方面問題都有要求，但是，對于剪刀撐的規定也僅僅是停留在對于構造的控制上。由于剪刀撐的設置直接影響到模板支撐體系的安全，所以在施工中對于剪刀撐的設置同樣要加以重視，必要時也可添加到相關的法律條文當中。

參考文獻

[1]余宗明，新型腳手架的結構原理及安全應用[M].北京；中國鐵道出版社，2010.

[2]曾凡奎，李昌華，李新聞，胡長明.扣件式鋼管高大模板支架整體穩定性試驗研究[J].2009.

[3]王靜，蔣明，扣件式鋼管模板支架剪刀撐研究[J].2009.