于海祥，劉源

（1 重慶建工集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)研究院，重慶 400080；2 云南大力神金屬構(gòu)件有限公司，云南昆明 650032）

1 我國(guó)使用高強(qiáng)工具式腳手架的現(xiàn)狀

目前，從全世界建筑施工腳手架的應(yīng)用情況來(lái)看，高強(qiáng)度鋼材立桿、模數(shù)化桿件、配套化、工具式構(gòu)配件是腳手架發(fā)展的必然選擇，這既是建筑施工安全的要求，也是減少施工臨時(shí)設(shè)施用材、提高現(xiàn)場(chǎng)文明化程度的不二選擇。從目前我國(guó)使用碗扣、盤扣、輪扣、蟹扣式（安德固）、鍵槽式、插扣式等類型的工具式腳手架的情況來(lái)看，主要存在如下問(wèn)題：大部分腳手架除了架體必要的立桿、水平桿、底座、可調(diào)頂托外，幾乎再無(wú)其他專用的配件，甚至連必要的專用斜桿都不再配備（盤扣式、大力神DURALOK、安德固蟹扣式配備有專用斜桿，其余類型架體很少配備斜桿）；或者現(xiàn)場(chǎng)過(guò)多依賴普通鋼管扣件進(jìn)行輔助組架，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)隨意，架體傳力不明確，結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)，這就造成了新型架體的高承載力不能充分發(fā)揮。很多企業(yè)無(wú)專用的工具式主楞，簡(jiǎn)單以工字鋼代替，或者采用雙鋼管，使得只能采用較小的立桿間距。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了高強(qiáng)度、工具式、模塊化腳手架的推廣和使用。本文在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)高強(qiáng)工具式腳手架立桿多功能頂托（底座）與螺桿、支架頂部工具式主楞、桿件等強(qiáng)連接頭、多功能斜桿等配套構(gòu)配件的研發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

2 多功能頂托（底座）與螺桿

在各類鋼管支撐體系中，作業(yè)層荷載如何從上部軸心傳至立桿是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，通常的做法是在立桿頂部設(shè)置帶絲牙及調(diào)節(jié)螺母的可調(diào)U形頂托，同樣，在立桿底部設(shè)置底座將立桿軸力可靠傳遞至地基也是架體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。但實(shí)際支模操作中會(huì)存在如下特殊情況：（1）由于頂部或底部高差或坡度的存在，使得局部桿件端部的自由懸臂長(zhǎng)度過(guò)大；（2）上部荷載有大有小，單一的大U形托或單一的小U形頂托不能適用不同尺寸的分配主楞；（3）地面坡度較大時(shí)，水平固定底座板與傾斜地面匹配度差；（4）梁板結(jié)構(gòu)聯(lián)合支模時(shí)，梁側(cè)的板荷載向梁下立桿傳力困難，過(guò)多依賴二次小支架或雙橫梁托梁（盤扣架）。上述情況使得普通可調(diào)螺桿頂托（底座）無(wú)法適應(yīng)具體工程實(shí)際。支模架多功能頂托（底座）與螺桿在這種條件下應(yīng)運(yùn)而生，國(guó)際及國(guó)內(nèi)各地都有一些創(chuàng)新研發(fā)，其中最具有代表性的是Scafom-rux Yunnan Hercules Steel Company（荷蘭Scafomrux公司下屬云南大力神金屬構(gòu)件有限公司）針對(duì)高強(qiáng)CUPLOK碗扣式鋼管支架進(jìn)行的下述幾種頂、底托產(chǎn)品研發(fā)和工程實(shí)踐。

2.1 帶管頂托（底座）

為解決局部高差部位立桿頂部自由外伸長(zhǎng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)上限或掃地桿離地間距過(guò)大問(wèn)題，在普通絲桿頂托或底座靠近托板處設(shè)置φ48.3mm的短鋼管，短鋼管與頂托或底座焊接成整體，可整體拆卸，通過(guò)銷釘固定于螺桿絲桿上。由此，可利用扣件在此段鋼管上靈活設(shè)置縱橫向附加水平桿，形成頂部或底部附加步距，以減小頂、底部立桿自由長(zhǎng)度，同時(shí)可拆卸的頂?shù)鬃逄嵘硕喙δ芙z桿的通用性（圖1）。在該創(chuàng)新改造中，可調(diào)托撐和可調(diào)底座統(tǒng)一采用相同規(guī)格的20#無(wú)縫鋼管可調(diào)螺桿，外徑φ38mm，一端不帶有絲牙，該端無(wú)論作為頂托還是底座，始終插入鋼管，長(zhǎng)度不小于150mm（實(shí)際使用方式?jīng)Q定了該端部一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)無(wú)需設(shè)置絲牙）。

圖1 多功能可拆卸式可調(diào)螺桿

2.2 帶節(jié)點(diǎn)頂托

同上述加強(qiáng)原理，以高強(qiáng)碗扣架為例，立桿頂部可調(diào)托撐還可設(shè)置帶上下碗扣的專用頂托，用于立桿頂部自由外伸長(zhǎng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)上限要求時(shí)，通過(guò)設(shè)置附加水平桿對(duì)螺桿頂部進(jìn)行加強(qiáng)處理（圖2），對(duì)可調(diào)底座也可采用同樣的加強(qiáng)構(gòu)造措施。應(yīng)用中需注意，當(dāng)通過(guò)該帶管（或節(jié)點(diǎn)）絲桿設(shè)置附加水平桿時(shí)，架體的專用斜桿需延伸至該附加步距。對(duì)其他類型腳手架也可采取同樣的頂托絲桿附加活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的處理方法，如圖2d所示的鍵槽式腳手架的帶可調(diào)節(jié)點(diǎn)頂托絲桿。

2.3 雙向頂托

如圖1b、圖2b所示，在普通單一方向頂托的基礎(chǔ)上，將托座板兩個(gè)方向均設(shè)置為U形承托。其中一個(gè)方向凈空較大，適合大荷載或大立桿間距情況下較大主楞梁擱置；另一個(gè)方向凈空較小，適合小荷載或小立桿間距下較小主楞梁的擱置，實(shí)現(xiàn)“一托兩用”。

圖2 帶加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的專用可調(diào)托（座）及附加水平桿設(shè)置

2.4 旋轉(zhuǎn)底座（地托）

在地面坡度較大時(shí)，可在可調(diào)底座的螺桿與墊座板之間通過(guò)銷釘設(shè)置可旋轉(zhuǎn)地托，能有效適用各種坡度情況下的立桿布置，并確保立桿垂直度不受影響（圖3）。

圖3 旋轉(zhuǎn)地托

2.5 帶肩托多功能可調(diào)頂托

通過(guò)在立桿頂部設(shè)置下部插入立桿接長(zhǎng)、上部插入小可調(diào)絲桿的過(guò)渡立桿的方式，可形成一種新型傳力頂托。此段立桿帶絲桿、帶節(jié)點(diǎn)（通過(guò)定型水平桿可與周圍立桿連接，保證架體整體性和穩(wěn)定性），在絲桿上設(shè)置可調(diào)位置的承托裝置（肩托），由此梁板結(jié)構(gòu)中主次梁的支模主楞便可以擱置在肩托上，從而將荷載軸心傳遞至立桿（圖4a）。此種做法可有效實(shí)現(xiàn)梁板共用立桿支模，有效避免了在梁模板的主楞上再次另起立桿設(shè)置小支架的弊端；同時(shí)由于肩托位置可調(diào)，因此擱置在肩托上的主楞可直接作為梁模板的主楞，主楞上直接設(shè)置次楞及模板，避免了在傳統(tǒng)雙槽托梁上再次設(shè)置可調(diào)托撐、主楞、次楞的復(fù)雜支模方式；最重要的是，該方法能夠解決不等高主次梁交接部位立桿的主楞設(shè)置，主次梁高差設(shè)定為次楞截面高度即可（圖4b、4c），當(dāng)交叉主次梁截面高度相差較大時(shí)，可設(shè)置上下兩個(gè)可調(diào)肩托，其高差設(shè)置為主次梁截面高差即可（圖4a）。

圖4 帶肩托多功能可調(diào)頂托

3 工具式主楞

高強(qiáng)度腳手架單立桿承載力較大，一般單桿承載力設(shè)計(jì)值可以達(dá)到35~70kN，由此帶來(lái)的問(wèn)題是：較普通腳手架立桿間距明顯增大（鋼管扣件腳手架常用跨度為900mm，而φ48.3盤扣、高強(qiáng)碗扣架常用立桿間距是1.2~1.8m），這就使得支架頂托上的主楞計(jì)算跨度大大增加；采用普通的以木方或型鋼為主的主楞會(huì)遇到三個(gè)問(wèn)題，其一是木方承載力不足，其二是型鋼自重過(guò)大，操作不便，第三是主楞連續(xù)接長(zhǎng)不易實(shí)現(xiàn)。為此，應(yīng)用高強(qiáng)支撐架需采用高承載力、輕質(zhì)、易拼接式的工具式主楞，一般采用承載力較大的工字木梁（圖5）、專用鋁梁（圖6）、鋁木組合截面梁（圖7）、腹板開(kāi)孔雙U型鋼梁（圖8）等。其中，腹板開(kāi)孔雙U型鋼托梁采用螺栓連接接長(zhǎng)，能有效適應(yīng)被支撐混凝土構(gòu)件底部折線（圖9）或曲線（圖10）造型，且腹板的開(kāi)孔增多了主楞對(duì)接拼接時(shí)的可調(diào)拼接長(zhǎng)度范圍。按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[1]（JGJ 166—2016）的規(guī)定，不論采用哪種工具式主楞，在單件主楞的端部均宜設(shè)置可調(diào)長(zhǎng)度接頭，以實(shí)現(xiàn)主楞的連續(xù)接長(zhǎng)，如無(wú)法設(shè)置接頭，則應(yīng)注意主楞的長(zhǎng)度與腳手架桿件的模數(shù)化相協(xié)調(diào)，確保接頭位于頂托之上。

圖5 工字木梁

圖6 鋁梁

圖7 鋁木組合截面梁

圖8 雙U型鋼梁

圖9 雙U型鋼梁用于折線支模

圖10 雙U型鋼梁用于曲線支模

4 桿件等強(qiáng)接頭

隨著近年來(lái)工具式模數(shù)化腳手架的大量應(yīng)用，定尺的桿件類型較多，國(guó)際上一些大型腳手架企業(yè)發(fā)明了一種可實(shí)現(xiàn)短桿件通過(guò)專用接頭接長(zhǎng)為長(zhǎng)桿件的接頭，如兩個(gè)0.6m的水平桿接長(zhǎng)為一根1.2m長(zhǎng)的水平桿。其中又分為兩種方式：一種是碗扣架的水平桿通過(guò)碗扣式專用接頭將水平桿接長(zhǎng)（圖11），鍛造水平桿插片可以實(shí)現(xiàn)水平桿間的等強(qiáng)度（抗剪、抗彎、抗拉）擴(kuò)展連接，可以將短水平桿連接成長(zhǎng)水平桿，大大提高了模數(shù)化定長(zhǎng)桿件的利用率；另一種是英國(guó)Harsco INFRASTRUCTURE公司推出的等強(qiáng)接頭Tube-Lock扣件式鋼管腳手架體系所采用的承插旋緊式等強(qiáng)、等截面接頭（圖12）。Tube-Lock是一種新型的富有生命力的扣件式鋼管腳手架系統(tǒng)，不僅通過(guò)等截面、等強(qiáng)接頭提高了架體的應(yīng)用范圍與搭設(shè)靈活性，更重要的是在傳統(tǒng)扣件的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了插扣式楔緊型扣件（圖13），大大提高了扣件節(jié)點(diǎn)的鎖緊程度，提升了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)抗滑承載力，同時(shí)其也是各類模塊化支架的必要補(bǔ)充，幾乎很難找到不用鋼管扣件的項(xiàng)目，應(yīng)該得到重視。

圖11 碗扣式水平桿連接頭

圖12 Tube-Lock承插旋緊式等強(qiáng)等截面桿件接頭

圖13 插扣式楔緊型扣件

5 專用斜桿

斜桿是保證各類腳手架（包括作業(yè)腳手架和支撐腳手架）空間整體穩(wěn)定性、提高其承載力的重要構(gòu)造措施，但長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)形成了使用交叉大剪刀撐（俗稱“十字蓋”）的方法，交叉大剪刀撐的長(zhǎng)桿件不能通過(guò)架體的節(jié)點(diǎn)（或靠近節(jié)點(diǎn)），有限元屈曲分析表明，同樣的斜向桿件用量條件下，過(guò)節(jié)點(diǎn)的短斜桿（無(wú)論是專用工具式斜桿還是普通鋼管扣件短斜桿），相比于大剪刀撐，其承載力高出15%~50%（架體越高，差別越明顯）。支撐架應(yīng)用方面，對(duì)于輪扣、碗扣等類型僅有4個(gè)孔眼的節(jié)點(diǎn)，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)有4個(gè)桿件接頭連接，受節(jié)點(diǎn)桿件占位影響，無(wú)法直接采用插入立桿節(jié)點(diǎn)的斜桿，因此國(guó)內(nèi)外目前有3種處理思路：（1）采用活動(dòng)半扣件定尺短桿件作為斜桿，對(duì)于碗扣、輪扣這類定尺架體，斜桿可采用在鋼管兩端設(shè)置旋轉(zhuǎn)半扣件的方式制作，其幾何構(gòu)造及組架方式如圖14所示，半扣件與斜桿端部壓扁鋼管一體化設(shè)計(jì)，不可分離，使用時(shí)通過(guò)半扣件將斜桿設(shè)置于靠近節(jié)點(diǎn)的立桿上；（2）采用Scafom-rux公司發(fā)明的鉤式鎖頭[2]，斜桿仍為定長(zhǎng)桿件，可通過(guò)敲擊專用鎖緊楔子固定于靠近節(jié)點(diǎn)的水平桿上（與主節(jié)點(diǎn)的距離不應(yīng)超過(guò)100mm），為實(shí)現(xiàn)斜桿的多功能使用目的，可在桿件中設(shè)置可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度裝置，實(shí)現(xiàn)不同的架體框格對(duì)角線長(zhǎng)度需求（圖15）。此種設(shè)置方法基于DURALOK架體的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度不小于80kN·m/rad；（3）直接采用普通鋼管扣件短斜桿，設(shè)置于靠近節(jié)點(diǎn)的立桿或水平桿上，設(shè)置于水平桿上時(shí)需保證架體節(jié)點(diǎn)具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度（圖16）。

圖14 活動(dòng)半扣件定尺短斜桿

圖15 卡扣式接頭專用內(nèi)斜桿幾何構(gòu)造

圖16 鋼管扣件過(guò)節(jié)點(diǎn)的短斜桿

還有一種方法是近些年針對(duì)高強(qiáng)、重型架體發(fā)展起來(lái)的一種連接形式，一般針對(duì)立桿間距較大的情況，此時(shí)不再設(shè)置斜桿，而是采取柱間平聯(lián)（豎向平面桁架形式），從而有效提高架體的整體性和穩(wěn)定性（圖17）。

圖17 柱間平聯(lián)

此外，越來(lái)越多代替專用斜桿的做法采用交叉拉條，圖18為采用交叉拉條的碗扣式腳手架。對(duì)于各種類型的外腳手架，由于節(jié)點(diǎn)有空閑空位，因此可以突破節(jié)點(diǎn)水平桿接頭數(shù)量的限制，采取放入立桿節(jié)點(diǎn)的插頭式專用斜桿，各類腳手架的專用斜桿插頭做法不盡相同，圖19為碗扣式架體的標(biāo)準(zhǔn)專用斜桿。

圖18 交叉拉條設(shè)置

圖19 碗扣架專用外斜桿

6 結(jié)論

各類專用構(gòu)配件是高強(qiáng)度、工具式腳手架充分發(fā)揮其高承載力、有效擴(kuò)大應(yīng)用范圍、提升施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工程度的重要依托，本文在對(duì)高強(qiáng)工具式腳手架立桿多功能托座、工具式主楞、桿件等強(qiáng)連接頭、多功能斜桿等配套構(gòu)配件的研發(fā)和應(yīng)用情況調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，得到如下結(jié)論：

（1）可調(diào)托撐與底座在與絲牙螺桿間設(shè)置無(wú)絲鋼管段，可方便設(shè)置附加封頂桿或掃地桿，有效解決立桿端部自由外伸長(zhǎng)度過(guò)大問(wèn)題，充分適應(yīng)立桿頂部或立桿基礎(chǔ)高差變化時(shí)的支模需求；

（2）通過(guò)在可調(diào)托撐靠近托座板位置或可調(diào)底座靠近墊座板處設(shè)置節(jié)點(diǎn)，形成帶節(jié)點(diǎn)螺桿，可方便附設(shè)附加縱橫水平桿，有效解決立桿端部自由外伸長(zhǎng)度過(guò)大問(wèn)題；

（3）對(duì)可調(diào)托承的托板形狀進(jìn)行改進(jìn)，可適應(yīng)兩個(gè)方向不同截面型號(hào)主楞的擱置，擴(kuò)大可調(diào)托撐應(yīng)用范圍；

（4）旋轉(zhuǎn)地托能有效適應(yīng)立桿地基斜度較大的支架搭設(shè)情況，地面坡度較大時(shí)應(yīng)用效果好；

（5）通過(guò)對(duì)長(zhǎng)螺桿進(jìn)行改造，設(shè)置可調(diào)位置的肩托形成多功能可調(diào)頂托，能夠?qū)崿F(xiàn)梁板共用立桿支模，有效避免了在梁模板的主楞上再次另起立桿設(shè)置小支架的缺陷，并能實(shí)現(xiàn)主次梁共用支架的支模需求；

（6）高強(qiáng)、輕質(zhì)、便于接長(zhǎng)的主楞對(duì)于確保作業(yè)層荷載向立桿傳遞、提高架體安全性具有重用作用，但應(yīng)重視其接長(zhǎng)方式；

（7）立桿及水平桿等強(qiáng)接頭能大大提高模數(shù)化定長(zhǎng)桿件的利用率，提升架體安全性能，采用此方式效果顯著；

（8）在大力推廣高強(qiáng)度、模塊化腳手架的今天，扣件式腳手架仍有較大的生命力，是各類工具式腳手架的重要補(bǔ)充，插扣式楔緊型扣件由于其免螺栓、緊固性高，是今后扣件發(fā)展的主流；

（9）需重視腳手架斜桿的設(shè)置方式，設(shè)置過(guò)主節(jié)點(diǎn)的工具式短斜桿或鋼管扣件式短斜桿是確保高強(qiáng)架體承載力的重要構(gòu)造措施，應(yīng)盡量避免大剪刀撐的使用，各類連接方式的定長(zhǎng)、可調(diào)長(zhǎng)度斜桿的研發(fā)是今后工具式腳手架領(lǐng)域研發(fā)的主要方向之一。