構造因素對高支模穩定承載力的影響探討

譚嘉輝

摘 要：本文主要是在對扣件式鋼管腳手架研究的基礎之上進項創新，并借用SAP2000軟件來對相關的調研數據進行分析，指出了構造因素對高支模穩定承載力的影響。其中構造因素主要包括高支模的橫距，縱距，步距，水平加強層間距等等。筆者根據軟件分析的結果，對高支模的設計提出一些指導性的建議。

關鍵詞：構造因素；高支模；穩定承載力

在目前的建筑中，鋼筋混凝土結構是最為核心的結構形式，在工程造價中，模板的成本占據了較大一部分。隨著城市化進程的加快，大跨度和高凈空的結構成為了主流趨勢。由鋼管和鋼扣件組成的模板支架在國內得到了廣泛的青睞，因為它存在著成本低、安全性好，結構簡單、適用范圍廣等多方面的優勢。但是，在實際的操作過程中，由于規范制定的不完善，屢屢發生各種模板支架坍塌的慘劇，造成了巨大的人力物力的損失，已經成為了目前建筑行業所面臨的的重大難題。究其原因，多數人認為技術不規范和施工程序混亂所導致的。

目前，對模板支架也存在著相關規范和原則，但是這些規范與原則表現的并不具體，現場操作中的變數也較大。而且對于鋼管模板支架的相關規定也并不夠成熟，只有2001年頒布并于2011年修正的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》，而且此項規定也并不成熟，比較關鍵性的規定仍然延續的是國外的規定。但是國內與國外在鋼管模板支架上的構造還是存在著一定的差異，所以完全的照搬過來是并不科學的。本文主要借用SAP2000軟件對相關的構造因素的變化對高支模穩定承載力的影響進行了分析，并提出了一些針對性的解決意見。

1 SAP2000軟件

SAP2000軟件主要用于結構的設計與分析，梁柱以及支撐等構件的模擬都是以空間桿來進行的，剪力墻則用殼單元進行替代，進而就可以完成動力反應分析以及線性靜分析。本文章中主要是根據桿單元的實際情況來進行模型構件。并對求解器以及分析方法都進行了合理的選擇。該模型的建立主要是以《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》為實踐藍本的。

1.1 基本假設

①本文中所構建的模型是桿件結構體系，并且是在三維空間體系中。高支模的承載力度是較大的，另假設底座與上下端是鉸接在一起的；②將地震荷載以及風荷載忽略不計；③模板的中的豎直桿都是以軸心為重心來受壓的，并且荷載的承受力度都是均勻的，當架體失去了穩定之后，就需要靠軸壓來保證穩定。

1.2 其他因素的考慮

①以《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》為依據，為了更好的摸清剪刀撐對高支模穩定承載力的影響，將根據實際情況在高支模的周邊布置一些剪刀撐。②大量的調查表明，高支模在建造的過程中所采用的鋼管都是不一致的，而且在施工的過程中，認為操作也不夠標準。所以，在建造的初始階段，高支模就存在了一定的缺陷。在本文中，筆者假設在高支架弱向的一端來施加水平的壓力，施加壓力的數值通過實驗結果來進行確定，一般為極限承受力2.5%。③各個桿件之間應用扣件來進行連接，所以在節點處需要將其半剛性考慮其中。在文中，節點處的半剛性的數值也是通過實驗來確定的。最后，以下的規定都必須得到滿足，其他部分的結構則根據模型的實際需要來進行確定。

2 模型的實驗結果分析

通過SAP2000模型的構件，不難發現整個高支架的失穩模態，因為在實驗的過程中不難發現，如果將荷載增加，那么整個高支架的剛度就會有所下降。當荷載的限度達到了最大值時，就會破壞整個穩定的狀態。觀察整個失穩的狀態并進行分析，不難發現，如果高支架發生破裂的現象，將不僅僅是一個部位的破壞，而是牽涉到整個系統的穩定性，在這種情況下，高支架的架體就會出現大波瞽曲的現狀。這與目前許多學者的實驗結果是相一致的。特別是在西安建筑科技大學的實驗中得到了驗證。

2.1 模型的實驗結果

通過現場的觀察不難發現，高支架模板的縱距與橫距大多是在0.6m與1.4m之間，而模板的步距在一般在1.2m與1.6m之間。當然在《鋼管扣件水平模板的支撐系統安全技術規程》中也對模板的縱距、橫距做了一定的規定，必須要低于1.8m。如果是支撐的高度不高于20m，且高支架的上部所承載的力度為11～14kN/m2時，就要在每一個橫向與縱向的水平桿上添加一層水平的加強層，當然在別的版塊中也需要做類似的規定。這是將模型的尺寸設計為5m×9m×17m，并且在頂層和底層出都要另外的設置一個水平的加強層。按照承載力的變化趨勢不難分析出，如果將縱距、行距以及步距的數值加大，那么高支架的承載力就會不斷的降低，這其中步距所帶來的影響程度最為深厚，而縱距所產生的影響則最薄弱，這一結論在實驗結果中也得到了充分的論證。分析其原因，主要是因為高支架模架的縱向剛度要大于其橫向剛度，所以，如果將橫向的剛度增加要比縱向剛度的增加對高支架承載力的影響更大，而高支架如果遭到了破壞則就是因為豎直桿不夠穩定而造成的。這樣我們就能得出，豎直桿每步的有效長度就會隨著步距的增加而不斷增加，另根據歐拉公式的推算可知，桿件的高度與桿件的承載力度是成反比的，如果步距不斷的增加，那么高支架模架的穩定程度就會大幅下降。根據以上的分析結果，在結合實際情況，筆者提出了相關的建議：①將高支架模架的整體尺寸確定一致，橫距與縱距的距離最好設置在0.7m到1.1m之間。②步距的距離最好設置在1.3～1.7m之間，這將是一個較為合理的范圍。

2.2 其他構造因素對高支模穩定承載力的影響探討

除了橫距、縱距和步距對高支模的穩定承載力有一定的影響，模架的高度、縱橫長度以及剪刀撐的布置方式也會對其產生一定的影響。所以施工人員在進行操作過程中還應該注意如下幾點：①在體積能夠允許的范圍之內，還需要考慮到縱橫長度對高支模穩定承載力的影響，經過試驗不難發現，當縱長和橫長的比率為1.0時，高支架的承載力度是最大的，這樣我們就會發現，可以將整個模架的水平面設計成一個矩形，實現跨內空載，這樣就能夠在一定程度上提升高支模的穩定性，有效的預防坍塌事件的發生。②在影響高支模穩定承載力的構造因素中，縱向剪刀撐布置的是否合理也是至關重要的，所以在對其進行設置時，必須要嚴格的按照相關規定來執行和搭建。

3 結 語

在施工現場，導致腳手架出現坍塌的主要因素就是支撐失穩。許多施工企業在施工前，并未對腳手架的穩定性和剛度進行檢查，知識憑借經驗來直觀的判斷。另外相關的技術負責人沒有做好技術交底工作，這樣現場的施工人員在進行操作時不能規范進行，導致現場管理比較混亂。另一方面，我國目前的高支架技術與發達國家相比還存在著較大的差距，所以，必須加大在這方面的科研力度，并做好建材市場的監管，加大處罰力度，這樣雙管齊下，才能更好的保證高支架的質量，杜絕安全隱患，減少高支架坍塌的現象發生，進而來保證整個社會效益。

參考文獻

[1]張健，蔡亮，溫兆麟，高維，程海斌，孫喜峰，何寶琛，苗建偉.構造措施對高支模支架體系力學性能的影響[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2013，01：104～109.

[2]閔玉忠.超重超大深梁高支模系統施工過程受力分析與應用[D].安徽建筑工業學院，2011.

[3]胡長明，車佳玲，張化振，董攀.節點半剛性對扣件式鋼管模板支架穩定承載力的影響分析[J].工業建筑，2010，02：20～23.

[4]陸征然，陳志華，孫濤，劉杰，劉群.扣件式鋼管模板支架中立桿伸出頂層水平桿長度對承載力影響的研究[A].中國鋼協結構穩定與疲勞分會.鋼結構工程研究——中國鋼協結構穩定與疲勞分會第12屆（ASSF-2010）學術交流會暨教學研討會論文集[C].中國鋼協結構穩定與疲勞分會：，2010：7.