不同組合的盤扣體系在房建工程中的應用分析

宋國鵬

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

0 引言

近年來承插式盤扣支架以整體安全系數高、快速安拆、規范性、美觀性等特點逐漸替代了傳統的鋼管扣件式、輪扣式、碗扣式等支撐架體。承插型盤扣式腳手架立桿采用的是Q345A低碳合金結構鋼管，其強度比普通的碳鋼強度要高出很多[1]，整體穩定性非常高，但目前絕大部分企業未根據盤扣架體優異的承載性能對應地調整主龍骨、次龍骨材料，依舊采用傳統的鋼管、方鋼作為盤扣支模架的主龍骨，導致其抗彎性能與盤扣立桿的承載力不匹配，使盤扣支架材料的性能不能充分發揮，造成目前大部分企業盤扣支模架實施方案的經濟效益較低。2022 年，黃昌根[2]將承插輪扣式與盤扣式模板支架進行方案技術經濟必選分析，提出盤扣式按照插扣式架體搭配雙鋼管做主龍骨，不按照最優的龍骨配置，盤扣式架體的費用將達到插扣式架體費用的2 倍左右。2022 年，朱彬鵬[3]提出盤扣支架體系中龍骨的“以鋼代木”是一種節能型和綠色環保的產品，具有廣闊的發展前景，并指出主龍骨10#單槽鋼替代雙鋼管，截面抵抗彎曲的性質提高了近20 倍，用矩形鋼管代替矩形木楞彈性模量提高了24 倍，抗彎強度設計值提高了16 倍，因而承載力高，不易發生失穩。2023 年，張世陽[4]認為盤扣式腳手架具備較高的強度和穩定性，但由于主龍骨承載力限制，弱化其承載力，提出優化頂托，改善主龍骨的彎矩和應力分布形態，使應力分布扁平化，從而成倍提高主龍骨承載力。

為了充分發揮盤扣架體的性能，本文通過分析不同材料的主龍骨，合理地調整立桿間距，不僅能夠更好地發揮盤扣支架材料性能，還能減少人工投入，節約租賃費用，達到提高盤扣支模架實施方案經濟效益的目的。

1 工程概況及支模架實施方案分析

1.1 項目概況

X 項目共23 棟住宅樓和1 棟單體3 層幼兒園及裙房建筑。住宅樓分三種單體建筑。總建筑面積316 170m2，地上總建筑面積214 771m2，地下總建筑面積101 399m2。

按項目施工圖紙將板厚分為三類，其中主樓板厚≤150mm，地下室頂板厚150 ～250mm，特殊地下室頂板厚250 ～350mm。

1.2 比選原則

基本原則：滿足承載力要求和施工便利性。

對比原則：在保持次龍骨的材料和間距不變的情況下，針對不同板厚，分別采用鋼管、方鋼、槽鋼作為主龍骨的優缺點和經濟效益。

立桿布置的原則：主樓具有開間多且開間尺寸小的特點，因此立桿間距不宜大于1.5m。

材料選用原則：材料型號選擇需滿足實際施工要求，每延米重量不得過高，否則將對工人搬運造成不利影響。

1.3 方案概況

支模架實施方案根據施工圖紙及工程特點將板厚分為以下三類：（1）主樓區板厚≤150mm，約占總建筑面積70%；（2）地下室頂板150mm ＜板厚≤250mm，約占總建筑面積22%；（3）特殊部位頂板250mm ＜板厚≤350mm，約占總建筑面積8%。

實施方案按板厚及分部工程進行分類，同一板厚在保持次龍骨的材料和間距不變的情況下，根據主龍骨的選材計算出最優立桿間距。方案概況如表1、表2、表3 所示。

表1 主樓板厚≤150mm 支模實施方案分類描述（計算取150mm）

表2 地下室頂板板厚≤250mm 支模實施方案分類描述（計算取250mm）

表3 特殊部位頂板板厚≤350mm 支模實施方案分類描述（計算取350mm）

2 三種材料優缺點分析

2.1 施工便利性

從材料角度分析，質量越輕，施工越便利，三種材料每延米質量如表4 所示。

表4 各種材料每延米質量

由表1 可知，從施工便利性角度來說，主龍骨采用鋼管時，質量最輕，施工最便利。但相同面積下，采用鋼管作為主龍骨，需施工的立桿、橫杠、豎向斜撐數量最多，耗費時間也最長。主龍骨采用質量最大的槽鋼時，雖然對工人體力消耗最大，但單位面積所消耗的工程量最少。

2.2 安全、質量性能

從安全性能角度，應重點考慮立桿穩定性，分析整體或局部失穩的可能性。從質量角度，應考慮面板、次龍骨、主龍骨的跨中撓度對板底平整度的影響，同時應分析脹模、炸模的可能性。

2.2.1 安全性能

相同板厚和面積的情況下，盤扣立桿間距越小，則支架整體穩定性越好。不同主龍骨的立桿穩定性計算采用品茗軟件，主龍骨選用鋼管時，盤扣支撐體系立桿穩定性最優，但材料使用性能只有25%左右，安全性能冗余過多，而主龍骨采用槽鋼能發揮盤扣立桿的性能60%～80%。計算結果如表5 所示。

表5 主樓板厚≤150mm 立桿穩定性計算結果

2.2.2 質量性能

質量性能通過板底平整度進行比較，即比較鋼管、方鋼、槽鋼作為主龍骨時，各自產生的撓度累計值。而撓度累計值是面板跨中撓度、次龍骨跨中撓度、主龍骨跨中撓度之和，撓度累計值越大則表現為板底平整度偏差值越大，反之越小。采用鋼管作為主龍骨時，立桿間距小，支撐體系產生的撓度累計值為1.5mm 左右，質量性能最優；采用方鋼作為主龍骨時，撓度累計值為2.0mm 左右，與鋼管相差性能相近；采用槽鋼作為主龍骨時，撓度累計值最大為4.26mm。規范要求板底平整度≤8.0mm，主龍骨撓度≤6.0mm，從數據分析也無脹模風險，故三種材料質量性能均能滿足施工要求。計算結果如表6 所示。

表6 主樓板厚≤150mm 跨中撓度計算結果

2.3 經濟效益對比

2.3.1 計算依據及單位工程量計算

支架體系計量應當考慮材料的周轉次數，所有鋼材均按租賃形式。地上主樓配置3 套支架體系，每層平均面積按400m2計算；地下室支撐架按周轉三次計算，即按1/3 面積計算鋼材使用量；地上主樓租賃時間按18 個月計算，地下室按6 個月計算。

進行單位工程量計算時，為確保誤差在合理范圍內，選擇的計算模型長寬必須是三種方案立桿間距的公倍數，否則計算整個項目材料使用量時會成倍放大誤差。

根據上述計算原則，取立桿間距0.6、0.9、1.2、1.5m 的公倍數36m×36m 為單位工程量計算模型；主樓區域層高2.9m，立桿組合為1.0m 立桿+1.5m 立桿+0.6m 可調頂托計算；地下室層高4.2m，立桿組合為1.0m 立桿+1.5m 立桿+1.5m 立桿+0.6m可調頂托計算；斜撐均采用“隔三布一”。立桿組合模型如圖1 所示。

圖1 立桿組合模型圖

2.3.2 單位面積人工效益分析

人工效益如采用現場統計法計算，受人為因素影響較大，參考意義不大，故本次分析采用材料使用量類比得出人工節省率。根據表7 可知使用鋼管作為主龍骨時，盤扣鋼材使用量最大，故以鋼管作為主龍骨時對應的盤扣使用量為基數，計算出主龍骨使用方鋼、槽鋼的人工節省率。盤扣支撐體系主龍骨抗彎承載力越大，支架立桿性能發揮越充分，相對人工節省率就越高。由數據分析可知，主龍骨采用方鋼相對于采用鋼管能節約人工15%以上；主龍骨采用槽鋼相對于采用鋼管能節約人工40%以上。

表7 各方案材料使用總量及費用合計

2.3.3 項目實施方案材料租賃費分析

由本項目概況及方案計算依據可計算出各方案實際施工面積如下：

主樓（板厚≤150mm）搭設面積：

27m×3×400m ＝32 400m2；

地下室（板厚≤250mm）搭設面積：

316 170m×0.22m×1/3 ＝23 185.8m2；

地下室（板厚≤350mm）搭設面積：

316 170m×0.08m×1/3 ＝8 431.2m2。

由單位面積各方案鋼材使用量，再根據每種方案實際施工面積計算出材料總量，最后由材料租賃單價求出總材料費用，采用盤扣支撐體系主龍骨采用槽鋼經濟最優，相比主龍骨采用鋼管能節約40%的材料費用，相比采用方鋼能節約28%的材料費用。經濟效益如表7 所示。

3 結論

傳統鋼管、方鋼作為盤扣支撐體系的主龍骨，其抗彎承載力與盤扣立桿的承載力不匹配，雖然能通過減少立桿間距來保證安全、質量性能，但是僅發揮20%～40%的盤扣立桿性能，整體經濟效益低。采用抗彎承載力高的槽鋼，通過計算優化盤扣立桿間距，能發揮60%～80%的盤扣立桿性能，達到節約成本的目的。

通過本文對三種主龍骨材料分析，希望能給后續項目盤扣支模架實施方案提供參考價值，另外對于盤扣支模架的搭設得出以下結論：

（1）槽鋼作為主龍骨選擇6.5 號比較合適，8 號槽鋼每延米重達8.045kg，采用人工大量搬運，將急劇消耗工人體力，導致施工效率低下。并且盤扣支撐架體的搭設面臨高處作業風險，質量過大的主龍骨不利于安全管控。

（2）盤扣支撐架體采用雙槽鋼作為主龍骨，按照最優的方案進行立桿排布，比采用方鋼節約28%的費用，比采用鋼管節約40%的費用。并且隨著板厚度增大，采用槽鋼作為主龍骨帶來經濟效益更顯著。

（3）在橋梁或超重結構較密集的地下工程中，采用更高標號的槽鋼或工字鋼作為盤扣支架體系的主龍骨，在減少施工費用的同時優化立桿空間排布，給施工帶來便利。