建筑施工模板支架立桿承載能力計算對比分析

張 倩，高瑞琪，徐 皓，李 娟

（中國建筑第六工程局有限公司，天津300451）

建筑施工常用的模板支架有扣件式、碗扣式、盤扣式和輪扣式，不同架體的構造不同，各有優勢。扣件式搭設靈活，但施工質量不容易保證；碗扣式、盤扣式、輪扣式都是定模數的模板支架，施工速度快，但是排桿比較困難[1～3]。

因扣件式模板支架的構配件質量不過關，輪扣式模板支架的節點連接不牢固，目前這兩種架體在部分地區禁止使用。實際上扣件式模板支架是因材料、生產質量和搭設質量不過關而導致的承載能力不夠，并不是結構形式本身有問題；而輪扣式模板支架作為承插型盤扣式模板支架的簡化衍生物，采用的卻是扣件式剪刀撐[4]，本質上與扣件式架體一樣，屬于框架式支撐結構形式；而碗扣式架體和盤扣式架體按照規范要求布置斜撐桿，則屬于桁架式支撐結構形式。

本文僅針對扣件架、碗扣架和盤扣架三種架體形式的立桿承載能力進行比較。

1 不同架體承載能力比較分析

桁架式模板支架的立桿承載能力普遍高于框架式模板支架，材質的提高并不是主要原因，因為查取標準軸心受壓穩定系數時，要考慮鋼號修正系數εk[5]。以b類截面軸心受壓的兩根模板支架立桿為例，所受軸力和截面積均相同，僅材質不同，A桿為Q235，B桿為Q345，僅受軸力時桿件應力為N/（φA）

式中：N——軸心力；

φ——軸心受壓構件的穩定系數；

A——毛截面面積。

因εk的存在，φ不相同。假設其長細比λ為150，則A桿εk為1，λ/εk為150，φ為0.308；B桿εk為0.825，λ/εk為182，φ為0.220[5]。

當立桿僅考慮軸心受力時，B桿的應力是A桿的1.4倍。可見，鋼號的提高對模板支架立桿承載能力的提高影響有限。碗扣架和盤扣架的承載能力較扣件架高，主要原因是構造方式不同，導致立桿計算長度不同，進而影響了承載力的計算結果。

JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》、JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》和JGJ 231—2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》中3種不同類型架體的計算公式考慮因素類似，均考慮了步距、頂部懸挑段長度并采用計算長度系數進行放大，不同的是計算長度系數放大程度。見表1。

表1 3種不同架體立桿計算長度的規范要求

碗扣架和盤扣架的立桿計算長度相差不大，扣件架的立桿計算長度明顯大于另兩種架體，這是由于扣件架的剪刀撐僅起到整體穩定的作用，其立桿水平約束僅依靠水平桿；而碗扣架和盤扣架屬于桁架式支撐結構形式，斜撐桿對立桿的水平約束能力較水平桿增強不少，這也是這兩種架體承載能力明顯高于扣件架的原因。見圖1。

圖1 3種架體立桿計算長度對比

2 不同規范對同一種架體承載能力比較分析

JGJ 130—2011、JGJ 166—2016和JGJ 231—2010是針對3種不同架體的專門規范，而GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》和JGJ 300—2013《建筑施工臨時支撐結構技術規范》都是模板支架的統一規范，上述兩種規范對于立桿穩定性驗算也有相應要求。

GB 51210—2016第6.2.10條第3款規定：支撐腳手架立桿軸心受壓構件的穩定系數φ，應根據反映支撐腳手架整體穩定因素的立桿長細比λ(門架應根據立桿換算長細比)按GB 50018—2016《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》的規定取用；立桿長細比λ值應按腳手架相關的國家現行標準計算。由此可知，對長細比的計算可參考相應的架體規范JGJ 130—2011、JGJ 166—2016、JGJ 231—2010。

JGJ 300—2013規定：有剪刀撐框架式支撐結構（扣件架）的整體穩定性驗算時，計算長度l0=βHβaμh；有剪刀撐框架式支撐結構（扣件架）和桁架式支撐結構（碗扣式、盤扣式）的局部穩定性驗算時計算長度l0=（1+2α）h；而桁架式支撐結構（碗扣式、盤扣式）的整體穩定性驗算時考慮等效長細比λ=2H/i，其中i=lmin/2。

式中：βH——單元框架計算長度的高度修正系數；

βa——單元框架計算長度的掃地桿高度與懸臂長度修正系數；

μ——立桿長度系數；

h——立桿步距；

α——α1、α2中較大值，α1為掃地桿高度與步距之比，α2為懸臂長度與步距之比；

H——支撐結構高度；

lmin——立桿縱橫間距的較小值。

同時JGJ 300—2013條文說明中明確，非獨立的桁架式支撐結構可不進行整體穩定性驗算。故對比JGJ 300—2013和JGJ 130—2011框架式支撐結構（扣件架）的承載力時，考慮整體穩定和局部穩定兩種情況；對比JGJ 300—2013規范和JGJ 166—2016或JGJ 231—2010桁架式支撐結構（碗扣式、盤扣式）時，僅考慮局部穩定一種情況。對于扣件架，JGJ 300—2013計算長度相較JGJ 130—2011結果偏小，JGJ 130—2011對承載力的計算結果更加保守；對于碗扣架和盤扣架，JGJ 300—2013計算長度與JGJ 166—2016、JGJ 231—2010結果接近，采用不同標準計算承載力相差不大。見圖2-圖4。

圖2 JGJ 300—2013和JGJ 130—2011計算長度對比

圖3 JGJ 300—2013和JGJ 166—2016計算長度對比

圖4 JGJ 300—2013和JGJ 231—2010計算長度對比

3 結論

桁架式支撐結構（碗扣式、盤扣式）相較于框架式支撐結構（扣件架），承載能力的提高主要原因為斜撐桿的存在，故在施工中應嚴格按照規范要求布置斜撐桿，以保證架體承載能力。

扣件架承載能力在3種架體中最低，已在JGJ 130—2011中對計算長度進行了嚴格要求，而JGJ 300—2013計算結果偏于不安全，故在施工中如使用扣件架，建議采用JGJ 130—2011規范進行承載能力的計算并嚴格按照規范要求布置剪刀撐，以保證架體整體穩定性。

碗扣架、盤扣架采用不同規范計算承載力，結果差別不大，但由于定模數，在施工中應重點關注立桿的排布是否合理。