脚手架与支撑架

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1、脚手架与支撑架刘辉（天津恒工模板有限公司 300384）【摘要】我国不断发生的恶性建筑支架垮塌事故，造成了大量的建筑工人的伤亡。不同的垮塌事故 尽管有各种各样的原因，业内专家和生产施工单位共同的模糊认识，混淆了脚手架和支撑架这两种完全不 同的应用系统，却是主要原因之一。模糊的认识，导致国家的安全技术规范，都把脚手架产品的应用，引 导向当支撑架使用，这是一个完全错误的方向。本文试图厘清这些混淆的概念，以期在行业里建立共识， 催生出真正符合支撑应用，符合我国国情的既安全，又符合低成本理念的优秀产品来。【关键词】建筑 脚手架 荷载 坍塌事故 支撑架模板1）我国建筑施工中对脚手架和支撑架的模糊概念脚手

2、架与支撑架因其应用范围和应用荷载的不同，在产品设计和施工设计中，也有着 巨大的不同，因此在实践中形成两类完全不同的产品体系。以发达国家的经验来看，脚手架 的生产施工企业和支撑架的生产施工企业，通常是完全不同的两类。设计生产支撑架的企业， 多数也设计生产模板，这和支撑架的应用与模板的结合非常紧密有关。而脚手架的设计生产 企业，通常不涉及支撑架，也和脚手架公司通常不涉及模板和高荷载的施工应用领域有关。 我国由于历史的原因，大量地应用原始设计为脚手架的碗扣架在荷载相对较大的桥梁等建筑 施工中，这是个错误的应用。其结果是造成产品的安全性和效率都得不到有效地发挥，造成 用钢量比专业支撑体系多出一倍以上，

3、安全性也大打折扣。不断发生的桥梁支架坍塌事故， 与这种错误的产品应用，有着某种密切的关系。也有一些企业，推广使用普通门式脚手架在 桥梁施工中作为满堂架使用，也不是正确的选择。这样的应用，即使是负责任的企业，做了 相关的荷载试验，取得了产品标准荷载数据并采用了正确的搭建设计，从而保证了安全性， 其工时效率和用钢量却一定不是最佳的选择。现在的桥梁施工中甚至还在大量地使用扣件钢 管式脚手架作为支撑体系使用,则是极为错误的应用。扣件式钢管脚手架设计本身的内在原 因，决定了其安全性和效率都不适合作为支撑体系应用于桥梁等高荷载和搭建高度较高的地 方。相关的三个国家安全技术规范JGJ 166-2008建筑施

4、工碗扣式脚手架安全技术规范，JGJ 128-2000建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范和JGJ 130-2001建筑施工扣件式 钢管脚手架安全技术规范中，也都有使用碗扣式脚手架、门式架和扣件式钢管脚手架作为 满堂支撑应用的指导性建议，乃至结构计算方法。这些都是对产品应用的错误导向。关键点 是混淆了脚手架和支撑架两个应用体系的不同应用特点，和因此相适应的产品设计重点。近 年来，施工中大量建筑支架坍塌事故频繁发生，从而导致大批建筑工人伤亡，已经引起社会 各界的广泛关注。一些有社会责任感的企业，与科研和大专院所结合，出资对不同类型的脚 手架产品做了各种各样的承载测试。在编制JGJ 166-2008建

5、筑施工碗扣式脚手架安全技 术规范过程中，编制单位与相关的赞助企业合作，在清华大学做了碗扣式脚手架的荷载试 验，为理论计算提供了许多试验验证支持。有生产门式脚手架的企业，也和科研机构合作， 做了门式架的荷载试验。最近笔者又见证了有碗扣式脚手架的租赁企业，在我国桥梁施工中 大量应用的远低于JGJ 166-2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范规定的碗扣式脚 手架中抽样，在清华大学做荷载试验，以取得设计搭建方案的第一手试验数据，保证现有系 统应用的安全性。这些工作无疑都是建设性的和有益的，但以国外发达国家的应用经验来看， 这些有益工作的指向，却恰恰引导整个建筑支架行业走向了一个集体的盲区，一个错误

6、的方 向。其关键点还是在脚手架和支撑架两个不同应用体系的产品分类上，存在模糊认识。本文 旨在详细地分析两种建筑支架的不同应用特点和设计特点，以期抛砖引玉，凝聚行业共识， 为设计、生产、推广、应用正确的脚手架和支撑架产品，指明方向。同时，也为解决我国频 繁发生的建筑支架垮塌而引起的建筑工人伤亡事故问题，提供指南性的参考。2）脚手架的应用特点和设计特点脚手架的应用特点主要有两点：第一、其总工作荷载相对较小，第二、荷载主要不是 垂直作用于立杆，而是作用于脚手板，由脚手板传导给横杆，再由横杆传导给立杆。因其工 作荷载相对较小的应用特点，在设计脚手架时，通常选用直径较小的钢管作为脚手架的立杆。国外框架式

7、脚手架的最小立杆直径是1.5”，也就是38mm,常见的框架式脚手架的直径是 1.625”和1.69”，换算成公制就是41mm和43mm两种规格。系统脚手架的立杆，通常选用 48mm直径的钢管。因为荷载力作用于脚手架横杆上，然后再传至立杆的应用特点，在产品 设计时，无论是框架式脚手架还是系统脚手架，均在节点的连接方式和横杆的承重问题上， 做了细致的考虑。比如，框架式脚手架的节点，均采用钢管直接切弧焊接的钢性节点设计。 碗扣式、盘扣式以及所有由此衍生出来的不同节点连接方式的杆件式脚手架系统，均统称为 系统脚手架。扣件式钢管脚手架也通常被归入系统脚手架的范畴，但在国外发达国家已经很 少把这种脚手架作

8、为一个单独系统使用，而仅应用于框架式和其他系统脚手架本身或系统之 间的辅佐连接中。系统脚手架由于其杆件式的设计，带来了运输物流效率高，应用搭建方式 灵活多样等诸多优点，但也造成其结点连接方式无法象框架式脚手架那样，采用焊接而做到 钢性节点的缺点。常见的碗扣式和盘扣式脚手架，其节点连接方式，无论在工艺设计上如何 下功夫，也无法达到钢性节点。无论是框架式脚手架，还是系统脚手架的横杆，均根据其承 重的需求，在设计上也给予了足够的关注。3）常见的脚手架介绍最早由美国Bil-Jax公司发明制造的门式脚手架，其顶部横梁均采用了双横管加强设计， 再加上其钢性节点的连接方式，使这类产品的安全性和效率，得到了极

9、大的发挥。再加上其 搭建方式简单易行，小规模的施工无需专业的搭建设计计算。因而在室内装修、房屋外延装 修和非高大建筑等施工中，得到了极大的应用。此后不久，又迅速流传到世界各地。这类产 品的设计特点，造成了立杆的最大直径采用43mm的管径，因而单肢承载力较小，在相对 荷载较高的工业应用中，较少使用。把框架式脚手架中的门式架作为荷载较高的高大桥梁的 支撑使用，则其施工效率和用钢量更不划算，肯定不是最佳的选择。另外，由于其结构设计 的原因造成占用空间较大，给物流带来一些困难，并造成运输成本增高。由德国Layher公司最早发明设计的盘扣式脚手架系统，是继框架式脚手架之后，一款 非常优秀的杆件式脚手架系

10、统。其杆件式结构，轻易解决了框架式脚手架浪费仓储和运输空 间，物流成本大的弱点。其立杆采用了 48mm直径的钢管，也大大提高了单肢荷载能力。其节点的圆盘上面设计有八个方向的插孔，一个节点可以同时插接四个方向的横杆，另外四 个孔可同时用来插接水平斜杆和纵向斜杆。这就为结构设计中，大量应用斜杆而搭建稳定结 构系统提供了极为方便的手段，因而被广泛应用于高大脚手架系统。经适当的工艺和结构设 计，可搭建高达150米的脚手架系统。另外，其结点的盘扣式设计，为安装带了极大的方便， 施工时只需一把榔头，而搭建方式却极为灵活多样。因此，该产品还被广泛应用于临时大型 舞台系统。此种产品的结点连接方式可基本认为是铰

11、结。圆盘和销子通常为冲压件，横杆和 斜杆的接头，则通常采用铸钢件。也正是由于这款产品结点的设计和工艺特点，造成其横杆 在结点处的承受荷载力低于碗扣式脚手架，所以通常不用在荷载较大的脚手架工程中。在极 为低温的环境里，金属材料的物理性能会发生极大变化，产品结点的承载能力会大大降低。 为了克服这个弱点，圆盘和插销均需采用特殊的热处理工艺。在荷载相对较大的应用中，甚 至选用锻钢制成的圆盘来替代冲压圆盘。我公司曾采用这些特殊的设计和工艺，为加拿大极 北地区，摄氏零下50 的应用环境大量出口此类盘扣式脚手架。由英国 SGB 公司最早发明推出的碗扣式脚手架，是另一款优秀的杆件式脚手架系统。 其独特的结点设

12、计，虽仍应归为铰结结点，但却能够承受相对更大的荷载，再加上其立杆上 的上碗和横杆上的插片均为锻钢的工艺，使这款脚手架系统，被广泛地应用于化工厂、炼油 厂、油田以及大型船舰维修等荷载相对较高的领域。虽然发达国家的框架式脚手架、盘扣式 脚手架和碗扣式脚手架均采用了 Q345 以上的高强度钢管，由于碗扣式脚手架的应用特点， 碗扣架所采用钢管的壁厚更厚，强度更高。碗扣式脚手架的原始设计虽然也有锁片式斜杆， 但由于其独特的结点设计带来的局限，如果四个方向均安装了横杆，就没有位置再安装垂直 斜杆，更没有位置安装水平斜杆了，与盘扣式脚手架相比，这恰恰形成了相反的性能特征。 考虑到系统的稳定性，安装斜杆是必须

13、的。为了补足这个弱项，该系统特意设计了另外一类 斜杆，在斜杆的两头，均用高强度螺栓，各固定半个旋转扣件。这样，尽管斜杆无法直接在 碗扣的结点扣接，但可以用扣件扣接在横杆或立杆的适当位置上，也大大地改善了系统的稳 定性。而且，为了配合碗扣式脚手架多数应用于荷载较高的情形，扣件也选用了锻钢的工艺， 甚至扣件用的螺栓，亦选用了高强度的系列。我国在引进碗扣式脚手架系统的时候，乃至去 年刚刚颁布的JGJ 166-2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范中，在工艺和结构上， 均对该款产品做了错误的修改。例如：第一、取消了原设计中锁片式斜杆和扣件式斜杆，造 成系统在应用时，许多时候根本没有斜撑。大量的脚手架

14、倒塌事故，均与缺乏斜杆而导致架 体整体失稳有关。即使有些施工企业认识到了斜撑的重要性，由于系统缺乏规范的斜杆规格， 造成施工单位在施工时随意地使用钢管和扣件，随意地架设斜杆，从而造成过程不可控，结 构搭设随意性大，无法从系统结构上做量化设计计算。第二、工艺上，把原设计中采用锻钢 的上碗和横杆锁片改成铸钢，甚至有很多产品采用球铁或玛钢件，这就大大降低了结点的强 度，彻底颠覆了原设计的整体思路。第三、原设计的钢管，均采用Q395以上的强度，壁厚 也在3.5mm以上。而JGJ 166-2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范中，规定使用 Q235的材质，大大降低了产品的荷载承受能力。实际应用中的产品

15、，壁厚多为3.0mm甚至 更薄，性能更为降低。如果真是这样的话，到不如采用盘扣式脚手架，还多了斜杆的应用方 便。我国修改后的碗扣式脚手架系统，是个极为失败的系统，在没有体会原设计思路的前提 下，对其许多优秀的设计细节，轻易地做了错误地修改。很多很多的细节，笔者将另外撰文 详细地列出来JGJ 166-2008中，方向性的错误，还是将此类脚手架作为满堂支撑架来 推荐使用。4）支撑架的应用特点和设计特点支撑架的应用特点与脚手架不同：第一、其总工作荷载相对较大。第二、荷载主要是 垂直作用于立杆，横杆只起传导力的作用，所受的压力和剪切力与脚手架相比，反而小得多。 通常应用于荷载较大的施工中，例如高大桥梁

16、的混凝土浇筑，因而，对支撑架立杆的单肢承 载荷载的需求比脚手架要高得多。第三、由于支撑架无法象脚手架那样，随着高度的增加 用连墙件与建筑主体相连，在系统设计和工艺上保证结构稳定性的需求更大。因为其工作荷 载相对较大的应用特点，在设计支撑架时，通常选用直径较大的钢管作为支撑架的立杆。实 验与理论计算均证明，同样的用钢量，增加壁厚带来的承载力增加值，远远不如增大直径有 效，因而，发达国家使用的支撑系统，其立杆直径都远远大于常用的脚手架直径。由于支撑 架的横杆受力非常有限，在产品的工艺设计时，其横杆和结点的连接件，均可做出适当的让 步。为了保证支撑系统的结构稳定，尤其是在长细比较高的应用中，大量方便

17、地使用水平斜 杆和纵向斜杆，成为产品系统设计的关注点之一。抛开碗扣式脚手架的立杆直径太细，不符 合设计支撑系统的原则不说，单从系统稳定性的角度来看，碗扣式脚手架也不是桥梁支撑的 最佳选择。碗扣式脚手架许多优秀的设计，用做支撑系统根本用不到，但其结点缺乏斜杆安 装位置的弱点，却恰恰是另外一个致命的弱点。5）常见的支撑架介绍美国常见的通用型支撑系统，是10K框架式支撑架。这是一款梯形架，立杆采用60mm 直径的高强度钢管。产品的名称里加了个10K，是强调其立柱安全使用的荷载为10,000磅， 换算成公制是4,536公斤。安全系数为2.5:1，也就是说其极限承载力是11,340公斤。配合 支撑架与脚

18、手架不同的应用特点，简化了门式脚手架顶端双横杆的加强设计，而取梯形架。 框架式支撑架结点的钢性连接和独特的交叉斜撑的连接方式，以及简单易行的搭建和拆卸方 式，使这款支撑架象框架式脚手架一样，被广泛地应用在许多需要支撑的工地上。对于荷载 较高的应用，也常常使用25K的重型框架式支撑架，其极限承载力达28,350公斤。框架式 支撑架在带给人们巨大的便利、安全性与效率的同时，也存在与框架式脚手架类似的弱点， 就是占用空间较大，造成运输成本增高。用此款产品来对照碗扣式脚手架的立杆承载能力， 以我公司为美国Brand公司定制的碗扣式脚手架为例，其立杆采用48mm直径,壁厚为3.5mm 的Q395高强管子

19、，其安全使用荷载为2,041公斤，4： 1的安全系数，极限标称荷载为&164 公斤，远不如最普通的10K支撑架。可见即使使用工艺品质良好的碗扣式脚手架做支撑架 用，即使保证了系统安全性，其资源和人工利用率也不是最佳的选择。近期清华大学土木结 构实验室用我国桥梁施工中常用的碗扣式脚手架做的结构试验表明，立杆在不到4,000公斤 受力下，已经开始出现严重变形。要保证此类系统的安全性，必然走上加大立杆密度的恶性 循环。而施工中的应用条件要远比这次的试验条件恶劣得多，不均布荷载与缺乏斜撑会使系 统极易失稳，而由于产品锈蚀形成产品失效带来的不确定性，更是极为危险。即使增加立杆 密度从而增加了用钢量，提高

20、了成本，而安全性依然无法从根本上得到保障。国外支撑施工应用中的另外一个趋势，是采用铝合金制成支撑系统。工业结构用铝合 金型材技术的普及，使这类系统的强度，已经很容易满足许多情况下的支撑应用。铝合金型 材外型设计的多样性，给产品的工艺和结构设计，带来了极大的方便。铝合金重量轻，也给 施工中的人工搬运、搭建和拆除等作业带来了方便。铝合金的使用残值高，回收率高，在人 工成本占极高比重的国外建筑市场，市场份额迅速提高。以目前国内的市场现实，这些优秀 的系统如果在国内推广，恐怕会有极大的难度。事实上，国外的许多优秀系统，如果直接拿 过来使用，都难于被我国市场接受消化。我公司综合多年来为国外一流模板脚手架

21、企业加工出口各种产品的经验，体察国内施 工应用中的许多习惯和细节，设计出一款适合桥梁施工的高大模板支撑系统。在施工方式和 工艺设计等许多细节上均有创新，在产品的安全性和应用效率上，都有良好的表现。其立杆 的极限承载，可高达20 吨，这就为系统在保证安全性的前提下，节约用钢量，降低工程总 造价提供了有效的产品保证。产品将在今年六月份推出，笔者还会再撰文详细介绍该支撑系 统。6）厘清脚手架与支撑架两个不同的概念我国不断发生的恶性建筑支架垮塌事故，造成了大量的建筑工人的伤亡。不同的垮塌 事故尽管有各种各样的原因，业内专家和生产施工单位共同的模糊认识，混淆了脚手架和支 撑架这两种完全不同的应用系统，却是主要原因之一。模糊的认识，导致国家的安全技术规 范，都把脚手架产品的应用，引导向当支撑架使用，这是一个完全错误的方向。只有彻底厘 清这些混淆的概念，才能在行业里建立共识，催生出真正符合支撑应用，符合我国国情的优 秀产品来。