“以钢代木”龙骨体系研究与应用

王伟

（中铁建设集团有限公司基础设施事业部，北京 100040）

1 概述

工程建设过程中，不仅需要考虑安全、质量和进度，更要考虑工程经济。工程经济不仅需要经营、物资和财务等相关人员全面考虑，更应引起项目全员的重视。其中措施筋和周转料控制是工程中需要重点考虑的经济问题。

模架体系计算过程中，龙骨体系经常出现问题，需要通过调整模架立杆的纵横间距来保证龙骨的安全和稳定，导致无法充分利用模架体系的力学性能。因此需要通过调整龙骨体系，最大限度发挥模架体系的力学性能，以达到节约支撑架等周转料用量的目的。

工程施工过程中，在保证安全、质量的前提下，通过对“以钢代木”龙骨体系进行研究分析，模板支撑体系采用方钢管取代传统方木作为主龙骨，同时结合盘扣式钢管脚手架形成模板支撑体系［1］，极大地减少了木材的投入和损耗，可周转应用到多个工程，在提高材料周转率的同时，增加了经济效益，降低了木材损耗，实现绿色环保、节能减排、低碳施工的目标［2］。

2 龙骨材料选择

以净空为3 m、立杆纵横间距均为1.2 m、水平杆步距为1.2 m的碗扣架为例，依据JGJ 166—2016《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》［3］计算得出，最大支撑楼板厚度为1.25 m。如采用方木龙骨体系则无法支撑这样的楼板厚度，用“以钢代木”龙骨体系将会改善这种情况。

2.1 现有龙骨材料分析

现有龙骨材料有方木、方钢、钢管、钢木龙骨等，每种龙骨又具体细分不同规格、体系等，对常用的4种进行分析。

2.1.1 方木

现有方木规格尺寸一般为50 mm×100 mm、100 mm×100 mm，而市面提供的50 mm×100 mm方木尺寸实际只有38 mm×88 mm；100 mm×100 mm 方木尺寸实际只有88 mm×88 mm，大大减少了材料的力学性能。以100 mm×100 mm 方木为例，截面抵抗矩W=113.58 cm3，截面惯性矩I=499.75 cm4，抗剪强度设计值1.3 N/mm2，抗弯强度设计值15 N/mm2，弹性模量9 000 N/mm2［4］。

2.1.2 方钢

成品方钢多在加工厂制作完成，由于方便施工的原因，方钢长度通常加工成3、2、1.5 m，其力学性能随方钢的几何尺寸及壁厚变化而变化，以50 mm×80 mm×2 000 mm 方钢为例，其截面抵抗矩W=11.27 cm3，截面惯性矩I=45.06 cm4，抗剪、抗弯强度设计值205 N/mm2，弹性模量206×103N/mm2［5］。

2.1.3 钢管

工程上所用钢管规格通常为φ48.3 mm×3.6 mm，一般进行模架计算时常以φ48.0 mm×3.0 mm 计算，其截面抵抗矩W=4.49 cm3，截面惯性矩I=10.78 cm4。

2.1.4 钢木龙骨

钢木龙骨为钢板加工成“几”字形龙骨，内填方木，并用螺栓使方木与“几”字形龙骨连接，其力学特性通常等于100 mm×100 mm 方木，计算时以足尺方木进行计算。

由上述分析可知材料性能及力学性能最好的是方钢，并可根据实际需求调整，其次是钢管，再次是钢木龙骨，最后是方木。

2.2 龙骨与面板及支撑体系相互组合分析

由于龙骨不能单独起到架撑整个模架的作用，必须配合面板及支撑体系相互作用，以完成整个模架支撑［6］。

2.2.1 方木

方木可操作性较高，能根据现场情况进行再加工，并且可用范围非常广泛，如墙面、平楼面、斜楼面、门窗洞口龙骨等，只有曲面楼板的次龙骨及曲面墙的主龙骨无法施工；与面板连接采用木工钉；缺点是现场加工会造成材料浪费。

2.2.2 方钢

方钢与木面板连接时紧密度欠佳，仅靠摩擦无法形成一个整体，当龙骨均采用方钢时，仅能用于平楼板，对于楼板与梁体的阴角模板和阳角模板连接部位，方钢均不能起到有效的固定作用。因此经常需搭配其他龙骨共同完成龙骨体系。

2.2.3 钢管

由于其圆形的滚动能力，作为次龙骨使用时会因钢筋施工、混凝土浇筑及振捣等影响，使钢管移动，造成龙骨大幅偏位，有一定安全隐患，由于可塑性较高，通常作为曲面墙的主龙骨。

2.2.4 钢木龙骨

钢木龙骨与木面板一般采用木工钉连接，该龙骨在楼板与梁体的阴角模板及梁体的阳角模板间同样无法起到有效固定作用，因此也需搭配其他龙骨共同完成龙骨支撑。

以普通房建工程为研究对象，在适用范围上，上述4种龙骨都有应用，但从力学性能及材料性能上以方钢为最优，因此选定方钢作为龙骨材料。

3 方钢作为主龙骨体系研究与应用

3.1 龙骨体系建立

由于仅使用方钢无法形成一个支撑梁板构件的龙骨体系，需采用方木协同配合。目前施工方法中有2种配合方式：一种是主次龙骨均选用方钢，在木面板拼接处及模板的阴阳角处采用方木固定（见图1）；另一种为主龙骨用方钢，次龙骨用方木（见图2）。

图1 主次龙骨均采用方钢模架

图2 仅主龙骨采用方钢模架

为选定龙骨体系做如下计算。由于一般房建楼板截面厚度设定在300 mm 以内，因此假定楼板厚度300 mm，模板采用12 mm 厚覆膜多层板，架体立杆纵横间距均为1.2 m，为保证模板挠度不会过大，人员在模板上行走没有起伏感，次龙骨间距假定为300 mm。

经PKPM 软件计算，采用40 mm×50 mm×2 000 mm方钢次龙骨及50 mm×80 mm×2 000 mm 方钢主龙骨体系及50 mm×100 mm方木次龙骨及50 mm×80 mm×2 000 mm方钢主龙骨体系均能满足假定工程环境需求。

现场实践发现，在木面板短向拼接处采用方木固定时，木模板经过几次周转后经常发生变形，在木面板短向拼接处采用方木固定并不能解决面板变形问题，在木模板长向拼接处采用方木固定可解决变形问题。木模板尺寸为1 220 mm×2 440 mm，方钢次龙骨间距为300 mm，每隔4根方钢龙骨就需增加1根方木龙骨，会造成大量浪费。且梁底次龙骨如采用方钢、梁侧模板与梁底模板采用摩擦连接，与梁底次龙骨采用方木、梁侧模板与梁底模板使用木工钉连接的支设稳固性相比差很多。

如次龙骨采用50 mm×100 mm方木，即可解决木面板周转后变形问题，通过现场施工控制，可保证50 mm×100 mm 方木尽可能不切割，增加周转次数，通过方木及木楔子共同作用，方木次龙骨及方钢主龙骨体系也适用于斜楼板。

因此方钢作为主龙骨时，选择方木作为次龙骨是最佳选择。

3.2 方钢主龙骨应用要点

（1）由于可调托撑的影响，当方钢最小截面宽度大于50 mm 时，1 个可调托撑无法支撑2 个并排方钢，若使用方钢龙骨，并依据现场结构实际尺寸进行切割必然会造成材料浪费，因此选用的方钢最小截面宽度不得大于50 mm，使其可在可调托撑上进行水平搭接。

（2）方钢需要竖立使用才能承受更多剪力。

（3）方钢长宽比需进行控制，不可过大。长宽比过大在施工及混凝土浇筑及振捣下易造成倒塌。

（4）方钢龙骨在支撑体系上不能悬臂受力，悬臂时方钢龙骨受剪能力大幅下降，需在可调托撑上进行水平搭接。

（5）斜楼面配置方钢主龙骨时，主龙骨需沿斜脊方向布置（见图3），否则会造成主龙骨支设不稳（见图4），斜脊应采用双排主龙骨，以保证两侧次龙骨在斜脊处与主龙骨搭接不会过窄，造成支设不稳。

图3 主龙骨沿斜脊方向模架剖面图

图4 主龙骨垂直斜脊方向模架剖面图

3.3 方钢主龙骨优点

通过选用不同规格的方钢，截面抵抗矩及截面惯性矩可以远远大于方木，因此主龙骨采用方钢的立杆纵横间距要大于方木，可以大大节省立杆及水平杆用量，可调托撑数量也相应减少。立杆与水平杆连接节点变少，施工质量更加容易控制。

由于主龙骨需依据现场情况切割再进行支设，材料浪费无法避免，采用方钢主龙骨则可通过方钢的水平搭接解决切割问题，保证方钢完整性，增加方钢的周转次数。

最后，采用方钢主龙骨可以大大节省原木用量，节能环保。

4 发展前景

目前“以钢代木”龙骨体系使很多施工单位受益，通过“以钢代木”龙骨体系，可以大大减少支撑体系立杆及水平杆用量，并且减少了由于现场随意切方木造成的材料浪费，减少了工程对原木的需求量。

从项目部自行购买方钢加工成龙骨到很多租赁站都提供方钢龙骨租赁，从钢包龙骨到龙骨的多样化，龙骨体系也经历了多次变革。

现今龙骨的使用更多是由施工方去选择材料搭配，组成自己的龙骨体系，目前尚未有厂家提供整个龙骨体系全方位的服务，而且模板的阴阳角处、模板拼接处固定仍大量采用方木，研发出不采用方木的龙骨体系则更具创新性。

5 结束语

“以钢代木”龙骨体系的出现，使施工现场不再需求大量方木，因此就会减少伐木量，为保护环境作出一定贡献。“以钢代木”龙骨截面抵抗矩及截面惯性矩可根据需求配置，并且在经济合理范围内，最大限度减少模架支撑体系周转材料用量。

目前钢木龙骨品种多样，没有固定尺寸及规范要求，同样力学性能的钢木龙骨有很多种加工方式，如最基本的“C”形及“几”字形龙骨。而方钢龙骨更多依据工程情况进行模架设计及计算得来，因此造成工程上所使用的龙骨仅适合该工程，而与其他工程实际需求不相符合，造成龙骨在其他工地周转使用困难。因此需规范“以钢代木”的龙骨体系，使其更好地为工程服务。