覃荣展

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

如今，工程建设规模日益增大，越来越多的工程需要采用脚手架完成建设，尤其是扣件式钢管满堂脚手架。但作为施工的重要工具，其安全性与可靠性并未得到与工程建设同等的重视，将对工程建设与安全都有很大的影响。因此，应根据相关理论提出适宜的设计方法，并提出合理可行的安全控制技术，以从根本上保证支架安全与稳定。

1 节点与整体力学性能及相关理论计算方法

近几年，我国建设工程规模日益加大，对临时支架提出了更高要求。在不同常用临时支架中，扣件式钢管支架以其操作方便、使用灵活和成本相对较低等优势得到了相对广泛的应用。但在实际建设中，由于不同方面的原因导致支架倒塌，不仅严重影响施工，还可能造成无法挽回的人员伤亡。现有研究还未考虑支架重复使用与损伤累积等问题。扣件节点目前主要采用刚性连接或铰接两种形式，未考虑半刚性连接的特点，由于理论设计方法方面存在缺陷，破坏试验验证结果不到位，而是单纯凭借以往工程经验与国外相关技术规范，将其作为非承重式的支架。对此，分析支架自身力学性质，特别是满堂脚手架，能确定与实际受力特性相符的设计方法。

通过对扣件进行的转动刚度试验与节点抗滑试验，可以得出扣件节点自身半刚性特性与转动刚度，由此可确定扣件新旧程度及拧紧力矩可能对转动刚度造成的影响，进而得出各方面因素可能给扣件自身抗滑能力造成的影响（因素包括扭矩大小、扣件的数量、新旧程度、与水平杆及竖杆之间的连接方式等），明确抗滑和抗扭刚度以及扣件典型破坏方式，最终提出以曲线分区法为基础的扣件半刚性连接基本特性与临界值判断相关标准[1]。

基于现有的相关技术规范，对大横杆式支架进行极限承载力结构破坏试验，由此确定包含支架高度、步距与立杆之间的距离等在内的各项因素可能给支架极限承载力造成的影响，进而确定支架具体破坏模式与承载作用机理。综合考虑不同因素可能给支架自身极限承载力造成的影响，创建一个完善的计算理论，针对弯矩与轴向力的设计值及稳定性计算提出相应的计算公式。基于试验及数值模拟分析成果，并结合各项基本理论建立一个简化的支架模型，提出成套的设计及计算方法。支架自身临界荷载可采用以下公式计算得出：

式（1）中：Pcr为临界荷载；Ya为增跨增大系数；E为弹性模量；I为惯性矩；fv为非线性系数；K为有效长度系数；h为步距高度。

根据相关试验结果，可确定支架具体破坏模式，判断支架是否具备满足要求的承载能力，从本质上打破满堂式脚手架仅能用于施工脚手架这一偏见，为支架进一步拓展应用奠定良好基础，提供可靠的理论支持，同时还能为相关规范的进一步修订及完善提供可靠的参考依据[2]。

2 承重式钢管模板支架

以相关课题研究成果及技术规范为依据，研发出一套专门针对承重式钢管模板支架的成套设计软件，该软件的出现和应用从根本上改变了以往设计软件只能针对某个单一构件实施分析验算的现状。将结构断面作为一个单元对模板支架实施方案设计，此时用户只需将断面对应的CAD图与模板支架材料等信息导入到软件当中，就可以自动生成断面中不同构件之间的关系，包括墙、板和梁等，以此在保证安全的基础上，对总体方案进行更经济地优化，最终在提出方案的同时还能提供各节点的详图、计算图与断面图。整个设计流程中均引入向导式的引导，无论专业人士或非专业人士都能轻松使用，顺利完成整个设计过程，从根本上打破专业上的限制，提高操作便捷性。此外，利用在线平台为所有用户提供以云计算为基础的软件服务及在线解决方案，使无论身处何地的用户都能在Web的支持下实现软件应用[3]。

3 安全控制

立杆垂直度与扣件扭矩都会给支架自身承载力造成较大影响。就目前来看，相关规范提出了扣件扭力矩应达到40～65N·m的要求，但实际操作过程中为了方便，很多时候扭力矩无法达到相关规范提出的要求，使支架部分位置的承载力大幅下降，无法达到基本的施工要求；对于立杆的垂直度，相关规范提出采用垂线和钢尺进行测量检验的要求，但采用该方法时，相关操作人员要爬到架体的上方，操作较为复杂和困难，还存在很大的安全隐患，容易受到外界各方面因素的影响和干扰，且最终的检测结果也难以保证，容易产生很大的偏差[4]。

针对以上安全方面的问题，研发出以图像处理技术为基础的检测软件，专门对立杆实际垂直度进行检测，使用智能手机即可安装与使用。利用智能手机与平板电脑上加装的三轴陀螺仪，采用拍照的方式确定设备的实际姿态，然后完成图像处理与人机交互，以快速且准确地得出立杆实际垂直度，在保证检测效率与检测结果准确度的同时，消除采用传统方法进行检测时存在的安全隐患，且能实现随搭随检，保证支架整体搭设质量。该检测方法不仅成本低廉，还有很强的适应性，且检测结果真实、准确[5]。

由于支架施工中常用的简易扳手的力臂较短，将扣件拧紧到标准要求的力矩往往需要很长的时间，工人也需要消耗较多的体力，导致扣件力矩经常无法达到要求。通过借助测力扳手进行现场取样与检测，大多数情况下扣件的扭矩只能达到30～35N·m，与标准要求的扭矩相差约20%。目前市场上常见的扭矩扳手为了避免扭矩过大导致螺母被破坏，对上限扭力矩进行控制，即当上限扭力矩超出限度后，扳手将失效。但脚手架扣件的质量控制关键点并非扭力矩上限，而是下限，对此，需要专门研发出一种特殊扳手，即在达到标准要求的扭矩之前不松脱，采用这一扳手进行作业，不仅操作十分方便，还能对扣件拧紧质量予以有效控制，避免采用传统扳手作业时扭矩产生离散。

脚手架拆除也是一个安全控制关键环节，在脚手架拆除过程中，应做好以下几项安全控制工作：正式拆除脚手架之前应先做好以下各项准备工作：对脚手架进行全面检查，尤其是扣件之间的连接固定和支撑体系能否达到安全要求，然后以检查结果为依据，并结合现场实际情况制定完善的拆除方案，并交付相关部门予以审批，批准后做好技术交底，根据拆除施工现场实际情况，设置好临时护栏及各类警戒标志，同时安排专人负责看守；脚手架拆除作业区内不允许任何无关人员进入，以免发生危险；脚手架拆除前，应得到现场相关负责人的批准，开始拆除后，安排专人进行指挥，保证上下呼应，协调一致；脚手架的拆除顺序为：后搭设的先拆，先搭设的后拆，禁止通过推倒或拉倒来拆除；脚手架的固定件需要和脚手架同步逐层拆除，拆除最后一个立杆后，先通过搭设临时支撑来可靠加固，然后再对固定件和支撑件进行拆除；拆除下来的部分应尽快运输到地面，不可直接从空中向下抛掷；钢管架的拆除要按照与搭设完全相反的顺序进行，拆除下来扣件与杆件需采用安全的方式吊下并运走，不可直接向下抛掷，以免发生意外将人员砸伤。当发现异常或发生危险情况时，必须立即通知架上工作人员快速撤离，以免支架倒塌造成伤亡；拆除时，所有已经松动的杆配件都要立即拆除并运走，防止误扶或误靠导致坠落。在施工现场应切实做好人员协调配合，禁止单人对重量较大的杆件进行拆除，以免发生危险。

4 结语

综上所述，本文基于现有技术规范，将确保支架安全作为根本目标，通过扣件试验与理论分析，从相关试验研究及理论创新等不同角度入手建立了专门的设计软件，并提出支架安全控制要点和方法，以此为支架在工程建设中广泛应用提供可靠支撑，同时为相关技术规范的编制及完善提供参考依据。目前，上述理论及方法已经在实际的工程建设过程中得到应用，并取得了良好的成果，使工程自身综合效益得以显著提升。