朱梁洪

蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國(guó)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(yīng)用，但在扣件式鋼管腳手架高支模施工實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)不少問(wèn)題，主要可以歸結(jié)為設(shè)計(jì)問(wèn)題，扣件式鋼管腳手架高支模的設(shè)計(jì)是安全方案的核心，筆者在參與評(píng)審安全專家論證的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)建筑企業(yè)在編制高支模的安全方案時(shí)，模板設(shè)計(jì)中存在一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤，導(dǎo)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(jié)構(gòu)梁板的模板及其支撐系統(tǒng)構(gòu)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(guò)扣件連接，形成整體性模板支撐系統(tǒng)。

一般高支模是指，當(dāng)搭設(shè)高度4.5m及以上，搭設(shè)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(duì)獨(dú)立無(wú)聯(lián)系構(gòu)件的混凝土模板支撐工程。

當(dāng)搭設(shè)高度8m及以上；搭設(shè)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(rèn)為是高大支模。

根據(jù)2009年中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)的《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》的通知規(guī)定，當(dāng)模板搭設(shè)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(dǎo)致立桿存在失穩(wěn)的幾率增大，同時(shí)也對(duì)模板支架的基礎(chǔ)提出了更嚴(yán)格的要求。因此，架體的設(shè)計(jì)既要滿足力學(xué)計(jì)算的要求，同時(shí)也要符合規(guī)范的構(gòu)造要求。

2 高支模體系的計(jì)算程序

對(duì)高支模方案進(jìn)行計(jì)算時(shí)，通常采用鉸接計(jì)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(jì)算上采用了如下規(guī)定[1]：

1）面板可按簡(jiǎn)支跨計(jì)算，應(yīng)驗(yàn)算跨中和懸臂端的最不利抗彎強(qiáng)度和撓度；

2）支承楞梁計(jì)算時(shí)，次楞一般為兩跨以上連續(xù)楞梁；當(dāng)跨度不等時(shí)，應(yīng)按不等跨連續(xù)楞梁或懸臂楞梁設(shè)計(jì)；主楞可根據(jù)實(shí)際情況按連續(xù)梁、簡(jiǎn)支梁或懸臂梁設(shè)計(jì)；同時(shí)次、主楞梁均應(yīng)進(jìn)行最不利抗彎強(qiáng)度與撓度計(jì)算；

3） 對(duì)接扣件連接的鋼管立柱應(yīng)按單桿軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，考慮到扣件的半剛性，在長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算時(shí)予以調(diào)節(jié)；

通過(guò)這樣限定，模板安全計(jì)算可以依次按照面板→次楞→主楞→立柱的傳力次序進(jìn)行力學(xué)分析，從而避免出現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。安全計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)就是按照這個(gè)計(jì)算過(guò)程編制的。

3 模板設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題

近年來(lái)，在現(xiàn)澆混凝土樓板施工中，高支模支架失穩(wěn)倒塌事故時(shí)有發(fā)生，究其原因主要有：施工現(xiàn)場(chǎng)管理不到位、模板支架搭設(shè)不規(guī)范、支架主要受力材料（包括鋼管、方木、扣件等）質(zhì)量差無(wú)法滿足受力要求。除此之外，施工單位在高支模的模板設(shè)計(jì)時(shí)，缺乏技術(shù)能力，計(jì)算單純依靠軟件，對(duì)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果不做人工檢查，規(guī)范不熟，腳手架搭設(shè)不滿足構(gòu)造要求等錯(cuò)誤。筆者參加多次安全方案的專家論證，通過(guò)研究施工單位所編制的方案，認(rèn)為現(xiàn)在高支模方案編制，一般有以下問(wèn)題：

1）軟件誤用，對(duì)力學(xué)知識(shí)匱乏。當(dāng)今建筑企業(yè)成立的門(mén)檻非常低，有些資質(zhì)較低的建筑企業(yè)，缺乏技術(shù)人員，技術(shù)人員的往往是從職業(yè)學(xué)校畢業(yè)或是年紀(jì)較大的老施工員，對(duì)力學(xué)缺少應(yīng)有的概念，在使用軟件時(shí)，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(zhèn)蓬善路258號(hào)，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(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)彩鋼板屋面?？v向排架有三道連系梁，梁頂標(biāo)高分別為4.300m、7.000m、9.600m，達(dá)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(shè)計(jì)，是一位不太懂行的技術(shù)員負(fù)責(zé)，在方案中除了沒(méi)有考慮施工人員需要的施工平臺(tái)和拋撐失穩(wěn)以外，在對(duì)標(biāo)高9.600的進(jìn)行腳手架安全驗(yàn)算時(shí)，直接套用PKPM安全計(jì)算計(jì)算軟件。

但是施工方案中的腳手架搭設(shè)方案，和PKPM安全設(shè)計(jì)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(jì)算軟件只能考慮上部的一道梁板荷載，應(yīng)此計(jì)算完全錯(cuò)誤，該方案由于編制不合理，最終否決。

2）參數(shù)選取錯(cuò)誤

模板方案的計(jì)算過(guò)程中，主要有荷載信息、材料信息和腳手架設(shè)計(jì)信息等在軟件中需要輸入，技術(shù)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)，注重腳手架設(shè)計(jì)信息進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于荷載信息，材料信息，往往取默認(rèn)值。這導(dǎo)致設(shè)計(jì)和具體使用之間產(chǎn)生脫節(jié)，例如：新澆混凝土的側(cè)壓力計(jì)算，系統(tǒng)默認(rèn)值往往是：外加劑影響系數(shù)β1=1，不添加外加劑，塌落度影響修正系數(shù)β2=1。如圖2。

圖2

而實(shí)際工程實(shí)踐中，混凝土采用商品混凝土，必定參用外加劑，調(diào)整混凝土的初凝時(shí)間，為了能夠泵送混凝土，施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的塌落度往往達(dá)到150mm，這時(shí)外加劑影響系數(shù)實(shí)際應(yīng)取β1=1.2，塌落度影響修正系數(shù)實(shí)際應(yīng)取β2=1.15。如果按默認(rèn)取值，則會(huì)導(dǎo)致側(cè)模安全計(jì)算失效，帶來(lái)安全問(wèn)題。

3）程序設(shè)計(jì)的問(wèn)題

安全軟件的開(kāi)發(fā)，是基于國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，不同的開(kāi)發(fā)商對(duì)程序設(shè)計(jì)采用不同的思路。設(shè)計(jì)中往往有許多側(cè)重面，需要方案編制人員熟悉軟件使用條件，更要認(rèn)真依據(jù)規(guī)范要求，對(duì)計(jì)算書(shū)進(jìn)行仔細(xì)的檢查，才能避免軟件應(yīng)用中的失當(dāng)和錯(cuò)誤。

案例二：模板腳手架的高支模方案

工程位于昆山陸家鎮(zhèn)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(qū)的一個(gè)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(yīng)是采用可變荷載效應(yīng)控制組合，還是采用永久荷載效應(yīng)控制組合，這在高支模計(jì)算中是要首先確定的，規(guī)范規(guī)定[1]：

可變荷載效應(yīng)控制組合時(shí)，采用

永久荷載效應(yīng)控制組合時(shí)，采用：

一般情況下，可變荷載處于控制地位。因此有的軟件計(jì)算中沒(méi)有考慮厚板大梁，可能出現(xiàn)的永久荷載效應(yīng)控制組合大于可變荷載效應(yīng)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(jì)算的差異。

最終，盡管兩者方案計(jì)算都采用了相同的荷載分項(xiàng)系數(shù)，從中可以看出，當(dāng)混凝土板厚超過(guò)一定厚度值時(shí)，品茗安全計(jì)算軟件就會(huì)偏離規(guī)范要求，出現(xiàn)錯(cuò)誤。本例中可以看出，此時(shí)兩種控制的組合計(jì)算結(jié)果已經(jīng)非常接近，所以當(dāng)板厚超過(guò)500mm時(shí)，如果還是應(yīng)用品茗安全計(jì)算軟件，我們就需要檢查荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值了。

計(jì)算條件模板支架搭設(shè)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(qiáng)度1.4N/mm2，抗彎強(qiáng)度15.0N/mm2，彈性模量6 000.0N/mm2。木方45×90mm，間距300mm，剪切強(qiáng)度1.3N/mm2，抗彎強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)值80kN/m2，基礎(chǔ)底面擴(kuò)展面積0.160m2，地基承載力調(diào)整系數(shù)1.00。扣件計(jì)算折減系數(shù)取0.70。PKPM按照規(guī)范4.3.1條規(guī)定確定荷載組合分項(xiàng)系數(shù)如下：由可變荷載效應(yīng)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(yīng)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(yīng)控制的組合S最大，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.40缺少該項(xiàng)判斷,直接作如下計(jì)算：二、模板面板計(jì)算……1.荷載計(jì)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(shè)備荷載（kN/m）：q2 = 2.5×0.8= 2 kN/m；2.強(qiáng)度計(jì)算計(jì)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(wěn)定計(jì)算問(wèn)題

鋼管立桿的穩(wěn)定計(jì)算是一個(gè)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）沒(méi)有解決好的問(wèn)題。主要存在兩個(gè)方面問(wèn)題：

第一，《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）中長(zhǎng)細(xì)比調(diào)整為150，與腳手架規(guī)范中長(zhǎng)細(xì)比要求差別很大；

第二，計(jì)算長(zhǎng)度采用立桿步距，不合理。

在實(shí)際的軟件中，大多數(shù)都沒(méi)有采用立桿步距作為計(jì)算長(zhǎng)度，主要采用源于《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）中的公式：

（1）JGJ130-2001中模板支架計(jì)算中的計(jì)算長(zhǎng)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(diǎn)的長(zhǎng)度。

（2）JGJ130-2001中腳手架立桿中的計(jì)算長(zhǎng)度公式

式中：k為計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)其值取1.155；

μ為考慮腳手架整體穩(wěn)定因素的單桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)；

h為立桿步距。

兩種計(jì)算法相比之下，第二種方法優(yōu)于第一種。第二種方法考慮的腳手架的整體穩(wěn)定因素和扣件節(jié)點(diǎn)對(duì)計(jì)算長(zhǎng)度的影響。從即將執(zhí)行的《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2011），也可以看出這一點(diǎn)。新規(guī)范中，對(duì)滿堂腳手架立桿計(jì)算長(zhǎng)度，已經(jīng)采用更明確的計(jì)算公式：將第一個(gè)公式刪除，變更為更合理的計(jì)算方式：

式中：k為滿堂支撐架計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù)；

h為步距；

α為立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度；

μ1、μ2為考慮滿堂支撐架整體穩(wěn)定因素的單桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

然而當(dāng)采用公式（1）、公式（2）計(jì)算時(shí)，就面臨著一個(gè)矛盾：由于《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）中長(zhǎng)細(xì)比允許值調(diào)整到150，采用公式（1）計(jì)算獲得的長(zhǎng)細(xì)比基本還能滿足，后一個(gè)合理的公式則絕大多數(shù)時(shí)候，難以滿足長(zhǎng)細(xì)比要求。

施工單位在這方面，不熟悉相關(guān)規(guī)范，只是單純使用軟件，不進(jìn)行人工校對(duì)，所以軟件采用什么方式，施工單位就認(rèn)可什么方式。實(shí)際上品茗采用的是公式（2），而忽視長(zhǎng)細(xì)比的不超過(guò)150的規(guī)范要求。

筆者認(rèn)為，就現(xiàn)階段有效的規(guī)范而言，應(yīng)當(dāng)同時(shí)采用兩個(gè)公式，公式（1）要求滿足長(zhǎng)細(xì)比的同時(shí)滿足穩(wěn)定性計(jì)算，公式（2）要滿足穩(wěn)定性的計(jì)算。

5）模板搭設(shè)無(wú)法滿足構(gòu)造要求

高支模的安全設(shè)計(jì)，除了需要進(jìn)行定量的力學(xué)計(jì)算外，還需要滿足定性的構(gòu)造要求，它是保證混凝土施工安全的重要前提，筆者在評(píng)審過(guò)的方案中主要發(fā)現(xiàn)有以下問(wèn)題：

（1）缺少腳手架搭設(shè)施工圖以及剪刀撐的布置不符合構(gòu)造要求。施工單位的安全論證方案往往沒(méi)有腳手架搭設(shè)施工圖，當(dāng)問(wèn)及具體剪刀撐的布置位置時(shí)，往往不符合規(guī)范要求。另外剪刀撐的往往是隨意繪在布置圖上，導(dǎo)致傾角超出規(guī)范要求（規(guī)范要求：傾角在45°～60°之間）；

（2）水平桿步距選擇往往選用規(guī)范最大值。 《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162-2008）中規(guī)定，水平桿最大步距不得大于1.8m，施工單位在計(jì)算得到滿足的情況下，往往就選擇1.8m。實(shí)際上考慮到鋼管的長(zhǎng)期周轉(zhuǎn)使用而導(dǎo)致變形銹蝕等因素，步距應(yīng)當(dāng)采用1.5m比較合適；

（3）鋼管沒(méi)有按照規(guī)范要求選用。《規(guī)范》規(guī)定鋼管立柱的掃地桿、水平拉桿、剪刀撐應(yīng)采用Ф48mm×3.5mm鋼管，用扣件與鋼管立柱扣牢。但是由于市場(chǎng)中，此類鋼管相對(duì)于建筑行業(yè)的需求供應(yīng)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(jié)論

建筑施工單位在編制高支模的設(shè)計(jì)時(shí)，鑒于計(jì)算能力和表達(dá)能力的欠缺，形成了計(jì)算上依靠軟件，方案中以規(guī)范條文代替模板支架搭設(shè)施工圖的現(xiàn)象，為此建議：

第一，要熟悉安全設(shè)計(jì)軟件的使用條件，最好采用不同的安全計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算和比較，同時(shí)對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行人工檢查；

第二，腳手架步距不要超過(guò)1.5m，由于市場(chǎng)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(shí)際情況相符的模板及支架的搭設(shè)施工圖，便于施工和監(jiān)督；

第四，立桿的穩(wěn)定性計(jì)算，應(yīng)采用兩種計(jì)算方法。采用時(shí)，滿足穩(wěn)定計(jì)算要求外，還要滿足長(zhǎng)細(xì)比要求，采用要滿足穩(wěn)定計(jì)算。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范（JGJ 162-2008）.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2001）.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2011）.