论某工程满堂脚手架稳定性设计计算及坍塌预防措施

楼卫杰

(浙江东阳建工集团有限公司,浙江 东阳322100)

1、工程概况

某工程主体为东西走向,东西长约77米,南北约56米；平面较为规则,为矩形组合体；北侧为厨房后勤,南侧为餐厅,以7.8X7.8米位基本柱网,餐厅部分柱网为15.6×7.8米；建筑结构安全等级为二级;设计使用年限为50年；采用钢筋混凝土双向框架结构。食堂部分南面跨度较大处(柱距为15.6)拟采用有粘结预应力大梁,减小梁的挠度；楼屋盖体系：采用现浇钢筋混凝土肋梁板结构。其施工方法简便，钢管可与外手架统用，可降低成本，只要经过设计计算并合理搭设，其安全性是有保障的。

2、满堂模板脚手架整体稳定性计算

2.1 脚手架钢管材质问题

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ-130）规定：钢管应采用国标《直缝电焊钢管》（GB/T13793）或《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3092）中规定的3号普通钢管，其质量应符合国标《碳素结构钢》（GB/T700）中Q235-A级钢，外径为为48mm的钢管，壁厚为3.5mm。

当前市场上供应的一些脚手架管材，不仅材质上存在不少少问题，就拿管格规格上，漏洞也很大。设计要求的规格Φ48×3.5mm，规范允放管壁厚度误差为-0.5mm，生产厂家就钻这误差的空子，直接生产Φ48×3.0mm的管子，因为市场上买脚手管材以业为单位进行计价，壁厚减薄0.5mm，原每吨管材260m，现在每吨为300m，无形之中，他就多赢利15.4%，可轴向抗压强度却下降了12%。

当Φ48×3.5mm变为Φ48×2.5mm时，管材长度增加到每吨357m，约增加37%，但强度却下降24%。

如旧有管材，锈蚀很严重，达1mm，则管材从Φ48×3.5mm变为Φ46×2.5mm，其强度下降达33.7%。

规范规定，管子直径允许偏差0.5mm，壁厚允许差距-0.5mm，如二者同时存在，则Φ48×3.5mm变为Φ47.5×3.0mm，管材长度从260m/t变为304m/t，长度约增加17%，强度约降低14.8%。

几点建议：

（1）管子壁厚标准值3.5mm，规范规定允许偏差为-0.5mm，截面减少13.3%，轴向抗压强度减少12%，降低值太大，允许偏差建议改为-0，+0.5mm，否则设计计算时，截面积按标准值乘以0.85的折减系数，以策安全。（2）脚手架管材的销售应以重量每吨计价，废除以每米长度计价。

2.2 扣件的质量问题

扣件的质量好坏直接关系到脚手架和满堂模架的安全。规范要求扣件应用可锻铸铁制作，材质应符合国标《钢管脚手架扣件》（GB-158313）的规定。

据有关部门多年抽样检查发现市场上供应的扣件质量合格率较低，一些小厂生间的扣件合格率甚至达0%。这是一个很大的安全隐患。另外，一个扣件能否达到要求的设计值，还有一些不定因素，例如：

（1）扣件螺栓拧紧力矩是否能满足≥40Nm，≤65Nm，以避免对松、过紧问题。（2）重复使用的扣件，如有裂缝、变形、滑丝、砂眼等现象，应废弃。（3）表面未经清理或清理不干净，存在锈迹，水泥浆和泥土等、影响扣件与钢管的握裹力。

例如该工程（按GN50204-92取荷载）：

当模板是通过楞木搁置在水平钢管上，水平钢管通过直角扣件把力传给立柱，则厚度为12cm的钢筋混凝土楼板传给水平钢管的施工荷载：

混凝土重 0.12×24×1.2=3.456KN/M2钢筋重 1.1×1.2=1.32 KN/M2模板 0.3×1.2=0.36 KN/M2施工人员与设备重 1.5×1.4=2.10 KN/M2合计 Q=7.236 KN/M2

当立柱纵、横双向间距均为1m时，则一个扣件承受外力为7.236KN＜8KN，但余度不大；如考虑水平钢管接三跨连梁计算，则一个扣件反力为7.236×1.1=7.96KN，余度基本上没有。当立柱纵、横双向间距均为1.2m时，则一个扣件所承受外力1.2×1.2×7.236×1.1=11.46KN，大于允许值8KN的43.2%；当立柱间距为1m×1.2m时，则一个扣件承受外力为9.55KN，也大于允许值19.4%。因而，一般楼板下模架其立柱间距最大只能是1m×1m,而且扣件质量必须保证。

2.3 梁下模架立柱布置

2.3.1 布置方案

上面论述，在楼板下模架立柱间距最大为1m×1m，梁下模架立柱间距必须缩小，才能满足要求。对一般楼面结构的钢筋混凝土梁，在横向宜用二根立柱抬一根梁，纵、横向间距则根据计算需要以予以加密。

2.3.2 支承钢管连接扣件计算

直接支承混凝土梁的水平短钢管所承受外荷载：

钢筋混凝土梁自重 0.4×1.2×25.5×1.2=14.688 KN/m梁底模和侧模重 [0.4+2×（1.2-0.12）]×0.3×1.2=0.922 KN/m混凝土振捣荷载 2×1.4×0.4=1.12 KN/m梁下水平钢管的支座反力为：混凝土自重 R1=14.688×0.5/2=3.672 KN模板重 R2=0.922×0.5/2=0.231 KN振捣荷载 R3=1.12×0.5/2=0.28 KN合计 R=4.183KN＜8KN，即一个扣件承载力，安全

如果纵向立柱间距不是500mm,而是1000mm，则反力

R=14.688/2+0.146+0.56=8.365KN，大于8KN，故纵向间距必须缩小。

2.3.3 水平钢管强度计算

当立柱横间距为1m，纵向为0.5m时，按简支梁计，跨中弯距M=4.183×0.3=1.255KN.m，弯曲应力f=1.255×106/（5.08×103）=247.1N/mm2，＞205N/mm2不允许。

横向间距改为800mm，M=4.183×0.2=0.8366KN.m，F=0.8366×106/（5.08×103）=164.7N/nm2，＜205N/mm2可以。

2.3.4 计算结果

当板厚为12cm时，板下模架立柱间距应不大于1m×1m；混凝土梁400×1200下模架立柱纵、横向间距为500×800mm，才满足一个扣件抗滑承载力的要求。

2.4 模架立柱强度计算

2.4.1 立柱所承受荷载

上述计算中均未计及满堂及脚手板的荷载，计算立柱强度小能漏算。假定模架高1 5m，步距为1．8m，共9步。

脚手架重：

立柱：l5×0．0384×1．2=0．691 KN

纵横水平杆：[（9+1）×2+3×3]×0．0384×1．2=1．336 KN

剪刀撑：（1．8×1．4 l×4+1×1．4 1×5×2）×0．0384×1．2=1．1 l 8 KN

扣件：[10×2+1 5／4+1 5×1．4 l×2×2／（5×4）+1 5×1．41×2／（5×2．5）]×0．0 l 46×1．2=0．549 KN

脚手板（3层）：1×l×3×0．1×1．2=0．36 KN

施工活载（一层）：l×l×2×1．4=2.80 KN

脚手架荷载：6.854 KN

板传来荷载：0.8×l×7．236=5.79 KN

梁传来荷载：4.183 KN

共计：梁侧面一根立柱底部最人轴向压力N=6．854+5．79+4.1 83=16.827 KN

2.4.2 立柱稳定性性计算

（1）立柱步距1．8m，其计算长度L0，参照脚手架立柱取用：

L0=1.1 55×1.5×180=311.85；入=3l1.85／1.58=197.4；Φ=0.185。总的允许轴向承载压力设计值[N]1=0．185×205×489=18.55KN，大于实有轴向力N=16．827KN，可以。

（2）如按JGJ130规定，计算长度L0=h+2a，h为步距取1.8m，a为立杆伸出顶层横向水平杆中心到模板支撑点的长度，取0．2m，则

L0=1.8+2×0.2=2.2；入=220/1.58=139.2

Φ=0.352；则总的允许轴向承载压力设计值[N]：[N]2=0．352×205×489=35.29KN，比按脚手架立柱计算得的[N]1=18.55KN大了90%，故按此法计算安全度偏低。

2.4.3 立柱计算中的几个问题

（1）立柱计算中，切记不能忽视满堂脚手杆的自重（包括脚手板及施工荷载），从上面计算看，它占总荷载16.827KN的6.854/16.827=40.7%。

（2）满堂模板支架的高矮只是影响架体的白重，即高度增加几米或减少几米，不会直接导致其结构体系的变化。但满堂架搭设时，其立杆纵横向的间距、垂直方向的步距以及纵横水平杆和剪刀撑的搭设必须严格按设计要求施工。

（3）步距大小直接影响立柱的稳定性，如上述计算中，当步距为1.8m时，其轴向承载力允许值[N]为18.55KN；当步距为2.0m时，L0=1.1 55×1.5×200=346.5cm，入=219.3，Φ=0.1 52，则轴向承载力允许值N降为15.24KN（降低17.8%）；当步距变为2．5m时，L0=250×1.15×1.5=433.13cm，入=274.1，Φ=0.0974，则轴向承载力允许值降至9.76KN（降低47.4%）

（4）扫地杆不仅是把满堂架组成整体，从计算上看，它还是缩短第一步立柱计算长度的必要保证，如果立柱下部不设扫地杆，则该段立柱相当于“悬臂”，’其计算长度L0=1.1 55×2×200=462cm，入=292.4，Φ=0.0856，轴向承载力允许值为8.58KN（强度降低53.7%），因此，扫地杆必须设置，万万不可忽视。

（5）规范JGJ130对满堂模板支架设计荷载如施工荷载等的要求不够具体；脚手板的铺设也无要求。本文从安全出发，考虑活载取一层2 KN／m2，脚手板按上、中、下三层计，仅供分析用。

2.5 立柱基础设计

满堂模板支架立柱的基础往往不引起重视，如果基础出现较大的不均匀沉降，则直接危及整个支架的稳定以致倒塌。

从上计算可知：梁下一根立柱最大垂直力N=16.827KN，板下一根立柱最大垂直力N=7.236KN，一般情况，立柱都置于经分层夯实的回填土上，本地区回填土的地基承载力标准值取80 KN／m2（即8t／m2），按JGJ 1 30规范计算，地基承载力调整系数取0.4。梁下立柱基础底面积A=16．82 7/（0．4×80）=0．5 285 m，相当于0.73m×0.73m。板下立柱基础底面积A=7．2 36／（0．4×80）=0．226 1 m2，相 当 于0.48m×0.48m。 因而，按常规在立柱下垫木板或槽钢的做法是远远满足不了设计要求。本文认为最佳办法是在分层夯实的回填土上浇筑一层厚10—20cm的C20砼地面。必要时视填土质量及上部荷载大小，适当配8-10@150-200构造钢筋。同时在立柱下，再垫以木板，以保证良好接触及力的传递。

2.6 超高、超重钢筋砼大梁模板支架设计

2.6.1 原则要求

华师南湖学生食堂大梁截面尺寸为500×3000m，梁顶标高28.0m，在采用扣件式钢筋脚手架组装成满堂架时，关键是要保证大梁传给立柱的集中力的作用点要设法直接设在立柱之中心，避免靠扣件经偏心传给立柱，其有效措施可采用门式钢管脚手架的可调托座将大梁底模楞木（或小型槽钢）托住。

2.6.2 荷载汁算：

梁自重：0.5×3.0×25.5×1.2=45.9KN／m（标准值38.5 KN/m）。侧模、底模重：（3×2+0.5）×0.3×1.2=2.34 KN／m（标准值1.95KN/m）。振捣荷载：2×1.4×0.5=1.4 KN／m。合计：q=49．64 KN／m（标准值40．2 KN／m）

2.6.3 梁底模设计

梁底模用18mm厚九层胶合板，楞木50×l00mm，间距200mm。模板弯矩：M=0.107×19.64×0.2×0.2=0.2 t 25 KN.M。模板弯曲应力：f=0.2 125×106×6／（500×182）=7.87N／mm2。模板挠度：ω=0.677×40.2×2004×12／（100 ×9000 ×0.85 ×500 ×183）=0.234mm<200／400=0.50mm，符合要求。

2.6.4 楞木计算

跨中弯矩：M=0.125×（49.64×0.2）×0.52=0.3 1 03 KN.m。弯曲应力：f=0.3 103×1 06×6／（50×1002）=3.72 N／mm2

2.7 满堂模板支架的支撑设置规定

（1）满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置；（2）高于4m的模板支架，其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。（3）每道剪刀撑跨越立杆的根数，不应小于4跨，且不小于6m，跨越立杆最多根数，当斜杆交角为45°时，不多于7根；当为50°时，不多于6根；当为60°时，不多于5根。（4）剪刀撑斜杆的接长，采用搭接，搭接长不小于1rm，应采用不小于2个旋转扣件固接。

3、结束语。本文认为工程如能完全按规范要求实施，就能保证整个支架体系符合设计要求，使荷载做到垂直传递，不产生偏心、歪斜；确保立柱计算长度的取值等，但不能理解为有了这些支撑，整体模架就稳定小会倒塌。但影响满堂模架的整体稳定的因素是多方面的。上面只是从设计计算各方面进行了分析，从中可以看到任一环节的不到位，不符合设计要求，都会是致命的安全问题。

同时，如果虽有了一一个完善的设计与施工方案，现场没有认真的技术交底，施工人员不按设计要求去实施，随心所欲的按自己的老“经验”、老“习惯"去施工，许多事故都是这样产生的。满堂模架在架设过程、使用过程、拆卸过程都必须指定专人加强安全监督检查，要确保每一一环节都通过验收，尤其是混凝土浇筑过程对模架进行监视，一旦有异象，立即报警并进行处理，必要时进行疏散。

[1]陈为正.多层外墙毛竹脚手架设计计算及应用.滁州职业技术学院学报，2006年3期.