扣件式钢管脚手架模板支架整体稳定性探讨
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摘要:《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）关于扣件式钢管脚手架支架立杆稳定性计算的规定在很多方面与目前施工工况不符，本文对《模板规范》公式进行讨论，并在扣件式钢管脚手架模板支架整体稳定性计算方面做一些探讨，供大家参考。
关键词：扣件式钢管脚手架、整体稳定性
1.《模板规范》对扣件式钢管脚手架支架立杆稳定性计算的规定
1) 用对接扣件连接的钢管立杆应按单杆轴心受压构件计算，其计算基本规范公式为：
≤f （1）
式中N―轴心压力设计值；
―轴心受压稳定系数；按规范附录D表D选用；
A― 轴心受压杆件毛截面积；
f ―钢材抗压强度设计值。
公式中计算长度采用纵横向水平拉杆的最大步距，最大步距不得大于1.8m，步距相同时应采用底层步距；
2) 室外露天支模组合风荷载时，立杆计算应符合下式要求：
≤f（2）
Nw=0.9×（1.2 ）（3）
Mw=（4）
式中 ―各恒载标准值对立杆产生的轴向力之和；
―各活荷载标准值对立杆产生的轴向力之和；
Wk―风载标准值；
h ―纵横水平拉杆的计算步距；
la―立杆迎风面间距；
lb―与迎风面垂直方向的立杆间距。
2.关于《模板规范》中扣件式钢管脚手架支架计算公式的讨论
《模板规范》对扣件式钢管脚手架支架立杆的计算是基于以下四个条件：
1） 把整体稳定计算简化为对立杆的稳定计算
规范把扣件式钢管脚手架模板支架整体稳定计算简化为对立杆的稳定计算，把支架立杆节点看做铰接点，立杆计算长度为水平杆的最大步距即l0=h。对整体稳定性作了规定，《模板规范》第5.1.7条第3款规定，当露天支架立杆为群柱架时，高宽比不应大于5；当高宽比大于5时，必须设置抛撑杆或缆风绳，保证宽度方向的稳定。
关于扣件式钢管脚手架的节点，很多学者认为按半刚性节点考虑是比较符合其受力特点，规范把支架立杆节点看做铰接点来计算是偏于安全的，但规范对支架整体稳定性的规定过于简单。钢管脚手架由于其杆件为细长形，加上其节点连接的半刚性，其承受水平荷载和偏心荷载的能力很差，简单地规定当高宽比大于5时采取设置抛撑杆或缆风绳的方法加固难以保证支架的整体稳定性。
2） 把支架立杆视为轴心受压杆件而忽略立杆竖向荷载偏心作用和水平力作用
《模板规范》第5.1.7条第2款规定，承重的支架柱，其荷载应直接作用于立杆的轴线上，严禁承受偏心荷载，并应按单立杆轴心受压计算，钢管的初始弯曲率不得大于1/1000，其壁厚应按实际检查结果计算。
实际施工中，严禁立杆受偏心荷载情况是很少的，目前大部分模板支撑体系中，模板以上荷载是由楞条或肋板传给顶层水平杆再由顶层水平杆传给立杆的。当不考虑立杆初始弯曲和搭设垂直度偏差，采用直角扣件连接时立杆受力的初偏心距e=53mm，采用活动扣件连接时立杆受力的初偏心e=63mm，只有采用顶托承重时支架立杆才会理论上轴心受压。在实际施工中，由于混凝土浇筑有一个持续过程，模板支架受荷的不均匀性也会对立杆产生偏心荷载。
3） 无水平荷载作用
《模板规范》对活荷载的计算只对施工人员及设备产生的荷载、振动产生的荷载、倾倒混凝土产生的荷载、风荷载作了规定，而对施工中产生的水平荷载如泵送混凝土产生的水平荷载未做规定。水平荷载对支架的稳定性影响是致命的，所以在计算时不能忽略。
4）对立杆的稳定性计算是基于支架整体是稳定的
《模板规范》对支架立杆的稳定性计算是基于支架整体是稳定的，如果支架整体失稳，对立杆的稳定性计算也就失去了意义。
3.关于扣件式钢管脚手架模板支架整体稳定性计算的探讨
关于扣件式钢管脚手架模板支架整体的稳定性，目前国内尚无相关的计算方面的规范，只是在钢管脚手架支架搭设构造上如水平杆、剪刀撑等方面作了规定，但只做构造设置，对于水平力特别大、高宽比特大、高度特别大、竖向荷载特别大、结构形式极不稳定的支架仍然是不安全的。因此，扣件式钢管脚手架模板支架在设计时不仅仅需要计算其立杆的稳定性，还应对其整体稳定性进行计算。
对扣件式钢管脚手架模板支架整体稳定性计算，本人提出以下建议：
1） 当有较大水平力时，应对架体进行整体稳定性计算
如图所示，架体受水平力P的作用，把架体看做一个整体，根据力矩平衡条件有：PH=0.5QL，可以考虑架体需要一个安全稳定系数2，则4QH≤TL。
2）计算立杆稳定性时考虑水平力作用
设架体在受水平力P作用时，立杆单杆所受轴力N1往P的作用方向呈线性变化，则N1的最大值出现在离P作用点最远的边立杆上。
N1max=4PHlalb/L2B(5)
式中：N1max―水平力作用单杆最大轴力；
P―水平力；
H―水平力离地面高度；
La―立杆横距；
Lb―立杆纵距；
L―架体长度；
B―架体宽度。
3）计算立杆稳定性时考虑考虑立杆偏心荷载
按实际施工中扣件式钢管脚手架支架普遍的传力形式，取立杆受力的初偏心距e=53mm，忽略初始曲率，则立杆所受弯矩为Ne。
4） 将水平力、偏心荷载与轴压力组合后计算立杆的稳定性
根据钢结构设计规范GB50017中压弯构件稳定性计算公式5.2.2.2-1，当不组合风载时，扣件式钢管脚手架支架立杆稳定性计算公式为：
式中 ―各恒载标准值对立杆产生的轴向力之和；
―各活荷载标准值对立杆产生的轴向力之和（包括N1max）；
W―钢管抵抗距；
λ―长细比；
A ―钢管截面积；
N1max―水平力对立杆作用的单杆最大轴力，按公式（5）计算。
4.结束语
扣件式钢管脚手架模板支架坍塌事故时有发生，设计计算是扣件式钢管脚手架安全控制的基础，《模板规范》中关于立杆稳定性计算的规定在很多方面还不符合目前施工工况的要求，尚待进一步的研究和规范。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。