腳手架與支撐架

腳手架與支撐架劉

輝

（天津恒工模板有限企業(yè)300384）【摘要】我國不停發(fā)生的惡性建筑支架垮塌事故，導致了大量的建筑工人的傷亡。不一樣的垮塌事故盡管有多種各樣的原因，業(yè)內專家和生產施工單位共同的模糊認識，混淆了腳手架和支撐架這兩種完全不一樣的應用系統(tǒng)，卻是重要原因之一。模糊的認識，導致國家的安全技術規(guī)范，都把腳手架產品的應用，引導向當支撐架使用，這是一種完全錯誤的方向。本文試圖厘清這些混淆的概念，以期在行業(yè)里建立共識，催生出真正符合支撐應用，符合我國國情的既安全，又符合低成本理念的優(yōu)秀產品來。

【關鍵詞】建筑腳手架荷載坍塌事故支撐架模板

1）我國建筑施工中對腳手架和支撐架的模糊概念腳手架與支撐架因其應用范圍和應用荷載的不一樣，在產品設計和施工設計中，也有著巨大的不一樣，因此在實踐中形成兩類完全不一樣的產品體系。以發(fā)達國家的經驗來看，腳手架的生產施工企業(yè)和支撐架的生產施工企業(yè)，一般是完全不一樣的兩類。設計生產支撐架的企業(yè)，多數也設計生產模板，這和支撐架的應用與模板的結合非常緊密有關。而腳手架的設計生產企業(yè)，一般不波及支撐架，也和腳手架企業(yè)一般不波及模板和高荷載的施工應用領域有關。我國由于歷史的原因，大量地應用原始設計為腳手架的碗扣架在荷載相對較大的橋梁等建筑施工中，這是個錯誤的應用。其成果是導致產品的安全性和效率都得不到有效地發(fā)揮，導致用鋼量比專業(yè)支撐體系多出一倍以上，安全性也大打折扣。不停發(fā)生的橋梁支架坍塌事故，與這種錯誤的產品應用，有著某種親密的關系。也有某些企業(yè)，推廣使用一般門式腳手架在橋梁施工中作為滿堂架使用，也不是對的的選擇。這樣的應用，雖然是負責任的企業(yè)，做了有關的荷載試驗，獲得了產品原則荷載數據并采用了對的的搭建設計，從而保證了安全性，其工時效率和用鋼量卻一定不是最佳的選擇。目前的橋梁施工中甚至還在大量地使用扣件鋼管式腳手架作為支撐體系使用，則是極為錯誤的應用?？奂戒摴苣_手架設計自身的內在原因，決定了其安全性和效率都不適合作為支撐體系應用于橋梁等高荷載和搭建高度較高的地方。有關的三個國家安全技術規(guī)范《JGJ166-建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》，《JGJ128-建筑施工門式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》和《JGJ130-建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》中，也均有使用碗扣式腳手架、門式架和扣件式鋼管腳手架作為滿堂支撐應用的指導性提議，乃至構造計算措施。這些都是對產品應用的錯誤導向。要點是混淆了腳手架和支撐架兩個應用體系的不一樣應用特點，和因此相適應的產品設計重點。近年來，施工中大量建筑支架坍塌事故頻繁發(fā)生，從而導致大批建筑工人傷亡，已經引起社會各界的廣泛關注。某些有社會責任感的企業(yè)，與科研和大專院所結合，出資對不一樣類型的腳手架產品做了多種各樣的承載測試。在編制《JGJ166-建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》過程中，編制單位與有關的贊助企業(yè)合作，在清華大學做了碗扣式腳手架的荷載試驗，為理論計算提供了許多試驗驗證支持。有生產門式腳手架的企業(yè)，也和科研機構合作，做了門式架的荷載試驗。近來筆者又見證了有碗扣式腳手架的租賃企業(yè)，在我國橋梁施工中大量應用的遠低于《JGJ166-建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》規(guī)定的碗扣式腳手架中抽樣，在清華大學做荷載試驗，以獲得設計搭建方案的第一手試驗數據，保證既有系統(tǒng)應用的安全性。這些工作無疑都是建設性的和有益的，但以國外發(fā)達國家的應用經驗來看，這些有益工作的指向，卻恰恰引導整個建筑支架行業(yè)走向了一種集體的盲區(qū)，一種錯誤的方向。其要點還是在腳手架和支撐架兩個不一樣應用體系的產品分類上，存在模糊認識。本文意在詳細地分析兩種建筑支架的不一樣應用特點和設計特點，以期拋磚引玉，凝聚行業(yè)共識，為設計、生產、推廣、應用對的的腳手架和支撐架產品，指明方向。同步，也為處理我國頻繁發(fā)生的建筑支架垮塌而引起的建筑工人傷亡事故問題，提供指南性的參照。2）腳手架的應用特點和設計特點腳手架的應用特點重要有兩點：第一、其總工作荷載相對較小，第二、荷載重要不是垂直作用于立桿，而是作用于腳手板，由腳手板傳導給橫桿，再由橫桿傳導給立桿。因其工作荷載相對較小的應用特點，在設計腳手架時，一般選用直徑較小的鋼管作為腳手架的立桿。國外框架式腳手架的最小立桿直徑是1.5”,也就是38mm，常見的框架式腳手架的直徑是1.625”和1.69”，換算成公制就是41mm和43mm兩種規(guī)格。系統(tǒng)腳手架的立桿，一般選用48mm直徑的鋼管。由于荷載力作用于腳手架橫桿上，然后再傳至立桿的應用特點，在產品設計時，無論是框架式腳手架還是系統(tǒng)腳手架，均在節(jié)點的連接方式和橫桿的承重問題上，做了細致的考慮。例如，框架式腳手架的節(jié)點，均采用鋼管直接切弧焊接的鋼性節(jié)點設計。碗扣式、盤扣式以及所有由此衍生出來的不一樣節(jié)點連接方式的桿件式腳手架系統(tǒng)，均統(tǒng)稱為系統(tǒng)腳手架。扣件式鋼管腳手架也一般被歸入系統(tǒng)腳手架的范圍，但在國外發(fā)達國家已經很少把這種腳手架作為一種單獨系統(tǒng)使用，而僅應用于框架式和其他系統(tǒng)腳手架自身或系統(tǒng)之間的輔佐連接中。系統(tǒng)腳手架由于其桿件式的設計，帶來了運送物流效率高，應用搭建方式靈活多樣等諸多長處，但也導致其結點連接方式無法象框架式腳手架那樣，采用焊接而做到鋼性節(jié)點的缺陷。常見的碗扣式和盤扣式腳手架，其節(jié)點連接方式，無論在工藝設計上怎樣下功夫，也無法到達鋼性節(jié)點。無論是框架式腳手架，還是系統(tǒng)腳手架的橫桿，均根據其承重的需求，在設計上也予以了足夠的關注。

3）常見的腳手架簡介最早由美國Bil-Jax企業(yè)發(fā)明制造的門式腳手架，其頂部橫梁均采用了雙橫管加強設計，再加上其鋼性節(jié)點的連接方式，使此類產品的安全性和效率，得到了極大的發(fā)揮。再加上其搭建方式簡樸易行，小規(guī)模的施工無需專業(yè)的搭建設計計算。因而在室內裝修、房屋外延裝修和非高大建筑等施工中，得到了極大的應用。此后很快，又迅速流傳到世界各地。此類產品的設計特點，導致了立桿的最大直徑采用43mm的管徑，因而單肢承載力較小，在相對荷載較高的工業(yè)應用中，較少使用。把框架式腳手架中的門式架作為荷載較高的高大橋梁的支撐使用，則其施工效率和用鋼量更不劃算，肯定不是最佳的選擇。此外，由于其構造設計的原因導致占用空間較大，給物流帶來某些困難，并導致運送成本增高。由德國Layher企業(yè)最早發(fā)明設計的盤扣式腳手架系統(tǒng)，是繼框架式腳手架之后，一款非常優(yōu)秀的桿件式腳手架系統(tǒng)。其桿件式構造，輕易處理了框架式腳手架揮霍倉儲和運送空間，物流成本大的弱點。其立桿采用了48mm直徑的鋼管，也大大提高了單肢荷載能力。其節(jié)點的圓盤上面設計有八個方向的插孔，一種節(jié)點可以同步插接四個方向的橫桿，此外四個孔可同步用來插接水平斜桿和縱向斜桿。這就為構造設計中，大量應用斜桿而搭建穩(wěn)定構造系統(tǒng)提供了極為以便的手段，因而被廣泛應用于高大腳手架系統(tǒng)。經合適的工藝和構造設計，可搭建高達150米的腳手架系統(tǒng)。此外，其結點的盤扣式設計，為安裝帶了極大的以便，施工時只需一把榔頭，而搭建方式卻極為靈活多樣。因此，該產品還被廣泛應用于臨時大型舞臺系統(tǒng)。此種產品的結點連接方式可基本認為是鉸結。圓盤和銷子一般為沖壓件，橫桿和斜桿的接頭，則一般采用鑄鋼件。也正是由于這款產品結點的設計和工藝特點，導致其橫桿在結點處的承受荷載力低于碗扣式腳手架，因此一般不用在荷載較大的腳手架工程中。在極為低溫的環(huán)境里，金屬材料的物理性能會發(fā)生極大變化，產品結點的承載能力會大大減少。為了克服這個弱點，圓盤和插銷均需采用特殊的熱處理工藝。在荷載相對較大的應用中，甚至選用鍛鋼制成的圓盤來替代沖壓圓盤。我企業(yè)曾采用這些特殊的設計和工藝，為加拿大極北地區(qū)，攝氏零下50的應用環(huán)境大量出口此類盤扣式腳手架。由英國SGB企業(yè)最早發(fā)明推出的碗扣式腳手架，是另一款優(yōu)秀的桿件式腳手架系統(tǒng)。其獨特的結點設計，雖仍應歸為鉸結結點，但卻可以承受相對更大的荷載，再加上其立桿上的上碗和橫桿上的插片均為鍛鋼的工藝，使這款腳手架系統(tǒng)，被廣泛地應用于化工廠、煉油廠、油田以及大型船艦維修等荷載相對較高的領域。雖然發(fā)達國家的框架式腳手架、盤扣式腳手架和碗扣式腳手架均采用了Q345以上的高強度鋼管，由于碗扣式腳手架的應用特點，碗扣架所采用鋼管的壁厚更厚，強度更高。碗扣式腳手架的原始設計雖然也有鎖片式斜桿，但由于其獨特的結點設計帶來的局限，假如四個方向均安裝了橫桿，就沒有位置再安裝垂直斜桿，更沒有位置安裝水平斜桿了，與盤扣式腳手架相比，這恰恰形成了相反的性能特性?？紤]到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安裝斜桿是必須的。為了補足這個弱項，該系統(tǒng)特意設計了此外一類斜桿，在斜桿的兩頭，均用高強度螺栓，各固定半個旋轉扣件。這樣，盡管斜桿無法直接在碗扣的結點扣接，但可以用扣件扣接在橫桿或立桿的合適位置上，也大大地改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且，為了配合碗扣式腳手架多數應用于荷載較高的情形，扣件也選用了鍛鋼的工藝，甚至扣件用的螺栓，亦選用了高強度的系列。我國在引進碗扣式腳手架系統(tǒng)的時候，乃至去年剛剛頒布的《JGJ166-建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》中，在工藝和構造上，均對該款產品做了錯誤的修改。例如：第一、取消了原設計中鎖片式斜桿和扣件式斜桿，導致系統(tǒng)在應用時，許多時候主線沒有斜撐。大量的腳手架倒塌事故，均與缺乏斜桿而導致架體整體失穩(wěn)有關。雖然有些施工企業(yè)認識到了斜撐的重要性，由于系統(tǒng)缺乏規(guī)范的斜桿規(guī)格，導致施工單位在施工時隨意地使用鋼管和扣件，隨意地架設斜桿，從而導致過程不可控，構造搭設隨意性大，無法從系統(tǒng)構造上做量化設計計算。第二、工藝上，把原設計中采用鍛鋼的上碗和橫桿鎖片改成鑄鋼，甚至有諸多產品采用球鐵或瑪鋼件，這就大大減少了結點的強度，徹底顛覆了原設計的整體思緒。第三、原設計的鋼管，均采用Q395以上的強度，壁厚也在3.5mm以上。而《JGJ166-建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》中，規(guī)定使用Q235的材質，大大減少了產品的荷載承受能力。實際應用中的產品，壁厚多為3.0mm甚至更薄，性能更為減少。假如真是這樣的話，到不如采用盤扣式腳手架，還多了斜桿的應用以便。我國修改后的碗扣式腳手架系統(tǒng)，是個極為失敗的系統(tǒng)，在沒有體會原設計思緒的前提下，對其許多優(yōu)秀的設計細節(jié)，輕易地做了錯誤地修改。諸多諸多的細節(jié)，筆者將此外撰文詳細地列出來?！禞GJ166-》中，方向性的錯誤，還是將此類腳手架作為滿堂支撐架來推薦使用。

4）支撐架的應用特點和設計特點支撐架的應用特點與腳手架不一樣：第一、其總工作荷載相對較大。第二、荷載重要是垂直作用于立桿，橫桿只起傳導力的作用，所受的壓力和剪切力與腳手架相比，反而小得多。一般應用于荷載較大的施工中，例如高大橋梁的混凝土澆筑，因而，對支撐架立桿的單肢承載荷載的需求比腳手架要高得多。第三、由于支撐架無法象腳手架那樣，伴隨高度的增長，用連墻件與建筑主體相連，在系統(tǒng)設計和工藝上保證構造穩(wěn)定性的需求更大。由于其工作荷載相對較大的應用特點，在設計支撐架時，一般選用直徑較大的鋼管作為支撐架的立桿。試驗與理論計算均證明，同樣的用鋼量，增長壁厚帶來的承載力增長值，遠遠不如增大直徑有效，因而，發(fā)達國家使用的支撐系統(tǒng)，其立桿直徑都遠遠不小于常用的腳手架直徑。由于支撐架的橫桿受力非常有限，在產品的工藝設計時，其橫桿和結點的連接件，均可做出合適的讓步。為了保證支撐系統(tǒng)的構造穩(wěn)定，尤其是在長細比較高的應用中，大量以便地使用水平斜桿和縱向斜桿，成為產品系統(tǒng)設計的關注點之一。拋開碗扣式腳手架的立桿直徑太細，不符合設計支撐系統(tǒng)的原則不說，單從系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度來看，碗扣式腳手架也不是橋梁支撐的最佳選擇。碗扣式腳手架許多優(yōu)秀的設計，用做支撐系統(tǒng)主線用不到，但其結點缺乏斜桿安裝位置的弱點，卻恰恰是此外一種致命的弱點。

5）常見的支撐架簡介美國常見的通用型支撐系統(tǒng)，是10K框架式支撐架。這是一款梯形架，立桿采用60mm直徑的高強度鋼管。產品的名稱里加了個10K，是強調其立柱安全使用的荷載為10,000磅，換算成公制是4,536公斤。安全系數為2.5:1，也就是說其極限承載力是11,340公斤。配合支撐架與腳手架不一樣的應用特點，簡化了門式腳手架頂端雙橫桿的加強設計，而取梯形架。框架式支撐架結點的鋼性連接和獨特的交叉斜撐的連接方式，以及簡樸易行的搭建和拆卸方式，使這款支撐架象框架式腳手架同樣，被廣泛地應用在許多需要支撐的工地上。對于荷載較高的應用，也常常使用25K的重型框架式支撐架，其極限承載力達28,350公斤。框架式支撐架在帶給人們巨大的便利、安全性與效率的同步，也存在與框架式腳手架類似的弱點，就是占用空間較大，導致運送成本增高。用此款產品來對照碗扣式腳手架的立桿承載能力，以我企業(yè)為美國Brand企業(yè)定制的碗扣式腳手架為例，其立桿采用48mm直徑，壁厚為3.5mm的Q395高強管子，其安全使用荷載為2,041公斤，4：1的安全系數，極限標稱荷載為8,164公斤，遠不如最一般的10K支撐架。可見雖然使用工藝品質良好的碗扣式腳手架做支撐架用，雖然保證了系統(tǒng)安全性，其資源和人工運用率也不是最佳的選擇。近期清華大學土木構造試驗室用我國橋梁施工中常用的碗扣式腳手架做的構造試驗表明，立桿在不到4,000公斤受力下，已經開始出現嚴重變形。要保證此類系統(tǒng)的安全性，必然走上加大立桿密度的惡性循環(huán)。而施工中的應用條件要遠比這次的試驗條件惡劣得多，不均布荷載與缺乏斜撐會使系統(tǒng)極易失穩(wěn)，而由于產品銹蝕形成產品失效帶來的不確定性，更是極為危險。雖然增長立桿密度從而增長了用鋼量，提高了成本，而安全性仍然無法從主線上得到保障。國外支撐施工應用中的此外一種趨勢，是采用鋁合金制成支撐系統(tǒng)。工業(yè)構造用鋁合金型材技術的普及，使此類系統(tǒng)的