1概述

最近浙江省連續(xù)發(fā)生了三起重大模板倒塌事故，引起了建設(shè)部甚至國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的重視。國務(wù)院并為此發(fā)出了內(nèi)部明電，整頓鋼管及扣件質(zhì)量。但是追究起來腳手架及模板的安全使用問題除了材料質(zhì)量問題之外，架體的結(jié)構(gòu)組合問題也是其出現(xiàn)事故的重要原因。由于架體構(gòu)成的任意性，架體結(jié)構(gòu)的承載能力將受到其幾何構(gòu)成的極大影響，而這一點(diǎn)沒有反映在規(guī)范中。這方面存在的重大隱患沒有被工程師意識到，其原因是沒有以結(jié)構(gòu)理論作指導(dǎo)。腳手架（包括模板支撐架，以下統(tǒng)稱腳手架）的承載能力首先依靠于其結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，可以說，現(xiàn)在的任何建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算都不能免除這一環(huán)節(jié)。在繪制計(jì)算簡圖時(shí)，對桿件體系的連接點(diǎn)（腳手架中即是扣件連接點(diǎn)）視為“鉸結(jié)”還是“剛結(jié)”。在計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上，首先要解決其“幾何構(gòu)成”問題。其中最重要的是必須保持其靜定或超靜定，凡不能靜定的，成為機(jī)構(gòu)而不能承載。這些結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理可以說是指導(dǎo)腳手架技術(shù)的重中之重。在這些問題解決之后，才能進(jìn)行桿件強(qiáng)度計(jì)算。而在桿件強(qiáng)度計(jì)算中，立桿作為受壓桿件，其計(jì)算長度又成為問題的關(guān)鍵。由于腳手架桿件的截面是固定的，因而其長細(xì)比λ（l0/i）就決定于l0。此外長細(xì)比應(yīng)當(dāng)說有一個(gè)限值，也就是在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中，穩(wěn)定系數(shù)Ф表中所列出的最大值250，凡長細(xì)比λ大于250應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是超過限值而不能使用。在以上理論基礎(chǔ)指導(dǎo)下，構(gòu)成的腳手架才能夠進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算，對扣件抗滑移強(qiáng)度及桿件承載力合格，才可安全使用。當(dāng)然在腳手架搭設(shè)方法中，還要規(guī)定其扣件與桿件扣結(jié)地方必須與計(jì)算簡圖一致，否則也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算與實(shí)際情況不符。

2鋼管腳手架的鉸結(jié)計(jì)算

2.1雙排外腳手架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖及其幾何構(gòu)成分析

腳手架將“結(jié)點(diǎn)”視為“鉸”，通過試驗(yàn)證明是比較符合實(shí)際的[1]，因而依照鉸結(jié)繪制結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖是顯而易見的（見圖1）。多立桿腳手架結(jié)構(gòu)形成了不同于常見的桁架體系猶如多層桁架相重疊的形式，可稱之為網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)體系[2]。雖然水平及垂直荷載是均布荷載，但卻可化成結(jié)點(diǎn)荷載，只要在桿件強(qiáng)度計(jì)算時(shí)疊加上均布荷載產(chǎn)生的彎矩即可滿足要求。由于節(jié)點(diǎn)間跨度較小，彎曲應(yīng)力一般是次要的。

圖1 雙排外腳手結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖

對網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何構(gòu)成分析時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)由十字蓋形成的斜桿對于其達(dá)到靜定而不是機(jī)構(gòu)是多么重要了。對結(jié)構(gòu)自下而上的分析可以看出，在兩道大橫桿間方格間只要有一根斜桿即可使其達(dá)到靜定。這是腳手架能夠承載的基本條件。此時(shí)立桿的計(jì)算長度似乎可等于步距，但此時(shí)要對其側(cè)面進(jìn)行分析。從側(cè)面看由于兩排立桿間無斜桿存在。因而其立桿的計(jì)算長度應(yīng)等于連墻件間的距離，如圖1 所示：下段為h，中段為2h；上段可視為下端固結(jié)，上端懸臂，故l0 =2h。在一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的首層都高于3m，尤其是框架結(jié)構(gòu)，有時(shí)高達(dá)4 ～ 6m，于是其連墻桿高度使得底端立桿的長細(xì)比λ 大于250，完全喪失承載能力。

2. 2 雙排外腳手的無連墻件立桿

由于不能每根立桿都設(shè)連墻件，應(yīng)當(dāng)注意到，會(huì)產(chǎn)生無連墻件立桿，如圖2 所示，在兩個(gè)連墻件之間的立桿，由于沒有連墻件與建筑拉結(jié)，而形成了自上而下側(cè)邊無支撐的結(jié)果，顯然是不能承載的。此問題目前尚無法得到理論上的解決，只能從實(shí)踐的角度知道，在連墻件橫向連接的大橫桿起到了支撐點(diǎn)的作用。因而連墻件的水平距離不宜過大，并應(yīng)在結(jié)構(gòu)中視為薄弱環(huán)節(jié)。

圖2 雙排外腳手的無連墻件立桿

2. 3 結(jié)構(gòu)組成不同而影響承載力的情況

圖3 為鋼管架規(guī)范中門洞的兩個(gè)結(jié)構(gòu)，按照鉸結(jié)假設(shè)繪制的計(jì)算簡圖。從該圖就可以看出，按照結(jié)構(gòu)簡圖左右兩圖立桿的計(jì)算長度是不同的，左圖中計(jì)算長度等于步距，而右圖則為2 倍步距。

圖3 跨越式結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖

2. 4 三角形挑架斜桿的長細(xì)比問題

施工中在兩個(gè)樓層外搭設(shè)三角架，形成挑架支撐上部腳手架是最常用的手法（見圖4）。當(dāng)樓層高度H = 3m 時(shí)，長細(xì)比λ300 / 1. 58%190，穩(wěn)定折減系數(shù)Ф%0. 204。當(dāng)H 達(dá)到3. 8m 時(shí)，λ> 250，超過限值，此時(shí)是特別值得注意的。以上對鋼管腳手架進(jìn)行的理論分析，但目前現(xiàn)場的實(shí)際操作并未在上述理論指導(dǎo)下。主要出現(xiàn)的問題是斜桿不足，例如樓板梁支撐體系多無斜桿支撐。再如腳手架的十字蓋并非每個(gè)結(jié)點(diǎn)都與主桿扣接，造成立桿的和斜桿的計(jì)算長度成倍增加，等等。所以腳手架的倒塌屢見不鮮即在于此。歸納起來有如下三種情況：幾何構(gòu)成不能達(dá)到靜定；長細(xì)比超過限值；受壓桿長細(xì)比過大導(dǎo)致承載力不夠。因而形成失穩(wěn)破壞或倒塌。因此建議應(yīng)在“規(guī)范”中補(bǔ)充腳手架的幾何構(gòu)成與計(jì)算簡圖有關(guān)內(nèi)容，以確保搭設(shè)的腳手架使用安全。

圖4 三角架斜桿的壓桿穩(wěn)定

3 分析三種多立桿腳手架的安全性能

我國自20 世紀(jì)70 年代引入扣件式鋼管架，發(fā)展到今天已有三種主要的多立桿腳手架體系：一是扣件式鋼管架；二是門型腳手架；三是碗扣型腳手架。到目前為止，只有扣件式鋼管架應(yīng)用最為廣泛；門型架已處于淘汰狀態(tài)的邊緣；而碗扣型腳手架也遭受質(zhì)量下降和違背原設(shè)計(jì)（拋棄了斜桿）的應(yīng)用狀態(tài)。造成這種狀況的原因是很多的，但從安全角度分析這種結(jié)果是極不合理的，其原因在于：

（1）扣件式鋼管架由于其組架的任意性，使其安全度大大降低。從1983 年北京社科院鋼管架倒塌事故以來可謂事故頻繁。前面已分析了事故的原因。其結(jié)構(gòu)基本缺陷在于：橫桿、立桿與斜桿不在一個(gè)平面里，難以形成可靠結(jié)點(diǎn)。

（2）門型腳手架由于構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，單元組成具有“自穩(wěn)”的特性，而發(fā)生的事故最少。門型架在門型平面內(nèi)是一次超靜定的門型剛架#3$，接高之后仍組成超靜定結(jié)構(gòu)，而在縱向全部由剪刀撐覆蓋，也是完全可以保證靜定的，這就是它的安全所在。

（3）碗扣型腳手架在推廣之初，其構(gòu)成要求也是在大面上滿覆斜桿，經(jīng)過理論分析知道，每步有一根斜桿就可以保持靜定，逐將滿覆斜桿改為四角設(shè)斜桿。但是在其隨后的推廣進(jìn)程中，卻將斜桿全部取消。到今天在現(xiàn)場已看不到斜桿，租賃公司也無斜桿出租，使得其原有的安全性能有所下降，但是其碗扣承載能力較強(qiáng)，剛度大，使其仍優(yōu)于扣件式腳手架，因而應(yīng)在恢復(fù)斜桿應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加以推廣，這仍然是改善腳手架安全的一條途徑。

4 結(jié)論

4. 1 腳手架安全事故頻發(fā)，除了鋼管及扣件的質(zhì)量問題外，架體的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)計(jì)算缺乏理論指導(dǎo)應(yīng)當(dāng)是問題的另一個(gè)關(guān)鍵。因此腳手架的理論研究就成為當(dāng)務(wù)之急。只有在一定的理論指導(dǎo)下處理腳手架的結(jié)構(gòu)問題，才能得到指導(dǎo)實(shí)踐的結(jié)果。從已有的試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，采用“鉸結(jié)算”是比較符合實(shí)際的。

4. 2 在“鉸結(jié)”假設(shè)的基礎(chǔ)上繪制架體的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，

然后對其進(jìn)行幾何構(gòu)成分析，是腳手架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本條件，以結(jié)構(gòu)簡圖確定桿件計(jì)算長度對腳手架進(jìn)行計(jì)算成為保證結(jié)構(gòu)安全使用不可或缺的方法。

4. 3 在結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上對各構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度核算也

應(yīng)當(dāng)是腳手架安全使用的必要內(nèi)容。尤其是受壓桿件和扣件的抗滑移力，對于高大或荷載較大的腳手架尤其不能忽視。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖必須在施工中得以實(shí)現(xiàn)，不能將結(jié)構(gòu)計(jì)算與實(shí)際操作相脫離。計(jì)算簡圖中的要求必須在施工措施中加以保證。

【參考文獻(xiàn)】

[1 ] 余宗明。碗扣型腳手架的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)�！督ㄖ�技術(shù)開發(fā)》，1991（5）。

[2 ] 余宗明。鋼管腳手架鉸結(jié)計(jì)算法�！督ㄖ�技術(shù)開發(fā)》，1997（3）。

[3 ] 余宗明。門形腳手架的結(jié)構(gòu)計(jì)算�！督ㄖ�施工》，2002（1）。

[4 ] 余宗明。新型腳手架的結(jié)構(gòu)原理及安全應(yīng)用。北京：中國鐵道出版社，2001。