我国钢管脚手架应用现状及新型结构形式探讨
发布时间：2020-03-18
摘要：作为一种临时设施，脚手架对工作人员的安全、施工进度质量、工程造价都具有非常大的影响。通过总结目前国内几种常用钢管脚手架的优势与不足，展开对比和分析，并提出了新型的结构形式，为我国钢管脚手架的应用提供参考。
关键词：建筑施工;钢管脚手架;应用现状;新型结构
1 背景介绍
脚手架是建筑施工、造船等行业中不可缺少的重要施工工具，主要用于施工人员上下作业、外围安全网围护及高空构件安装等。早期，我国脚手架以竹、木材料为主， 20世纪70年代后，我国引入了钢管脚手架，使脚手架技术的发展进入了一个新阶段。随着我国建筑业的全面发展，建筑施工中各种模板支撑架体得到普及，其中扣件式钢管脚手架、门式脚手架、盘扣式脚手架、碗扣式脚手架以及轮扣式脚手架的应用最为广泛[1-3] 。
2 钢管脚手架应用现状
2.1 扣件式钢管脚手架
扣件式钢管脚手架是采用螺栓紧固的扣接连接件将纵横向钢管拼接在一起的脚手架，被广泛应用于工业与民用建筑的施工中(图1);而目前国内常用的连接件多为铸钢扣件(图2)。
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20世纪60年代后，我国开始大量推广应用扣件式钢管脚手架，其具有加工简便、组装灵活、适用性强等优点，直到目前仍然是使用量最多、应用范围最普遍的一种钢管脚手架体系。扣件式钢管脚手架基本上能够满足工程建设的需要，但也存在诸多不足，如扣件易丢失、扣件节点连接质量受扣件自身质量和工人操作的影响显著、施工效率低等，尤其是在高层建筑和大跨建筑中，其使用会受到很大限制。另外，该类脚手架的安全性较低，有关扣件式钢管脚手架倒塌的事故频有发生。
2.2 门式钢管脚手架
门式钢管脚手架是以门架、交叉支撑、连接棒、挂扣式脚手板或水平架、锁臂等组成基本结构，再设置水平加固杆、剪刀撑、扫地杆、封口杆、托座与底座，并采用连墙件与建筑物主体结构相连的一种标准化钢管脚手架(图 3)。
我国从20世纪70年代以来，先后从日本、美国、英国等国家引进门式脚手架体系，在一些高层建筑工程施工中应用。门式脚手架具有结构合理、受力性能好、可充分利用钢材强度大、承载能力高等优势;但由于构架尺寸灵活性低、价格较贵、经济性不高等缺点，使其在市场上的应用不断减少。目前，门式钢管脚手架主要用于建筑室内装饰装修、船舶制造业以及临时看台搭设等。
2.3 盘扣式钢管脚手架
盘扣式钢管脚手架是采用法兰盘、横杆接头和插接板为连接件，以优质钢管、钢板和铸件为主要构件组合而成的一种钢管脚手架(图4)，在脚手架立杆外部设置有圆形法兰盘，而横杆以及斜向支撑杆一端则设置有一对与法兰盘套接的接头，接头上设置有与法兰盘上楔形槽对应的楔铁孔，将插接板插入楔形槽中即可将立杆与横杆和斜向支撑杆连接固定。
这种脚手架因具有搭建轻松快速、机动性强、可满足大范围作业要求等优势，被广泛应用于国内各工程领域。但目前实际工程中，该脚手架尚存在着类似大断面降板、结构边缘部位架体或高支模大截面梁底承重立杆搭设难题，现场支撑架体搭设碰到类似上述难题时很难确保符合相关规范要求，进而导致模板支撑体系出现不同程度的安全隐患，其构造措施还有待完善。
2.4 碗扣式钢管脚手架
碗扣式钢管脚手架是一种杆件轴心相接的承插锁固式连接脚手架，采用带有连接件的定型杆件，组装时将横杆两端的插头插入下碗扣，扣紧并旋转上碗，用限位销压紧上碗螺旋面即可(图5)。
碗扣钢管脚手架是英国SGB公司于1976年首先研制成功，具有拼拆迅速、省力，结构稳定可靠，配备完善，通用性强，承载力大，安全可靠，易于加工和运输，不易丢失，便于管理，应用广泛等特点;但其仍存在构架尺寸受限、U形连接销易丢、价格较贵等不足。
2.5 轮扣式钢管脚手架
轮扣式钢管脚手架是一种以斜楔为连接头，采用直插自锁方式进行连接的脚手架(图6)，在横杆两端设置有楔形插头，在立杆外部则设置与插头尺寸相对应的盘扣，将插头插入盘扣即可将立杆与横杆连接固定。
这种脚手架无需任何锁紧零件及活动零件，具有安装便捷，承载力大，整体受力性能及整体稳定性好，便于打包、装卸与运输，方便现场施工管理等优势，可广泛应用于各类房建工程支撑及外防护架上，同时，也可在机电安装、船舶制造工程及各种临时看台中进行应用。但在实际工程中，其仍存在些许不足，如横杆拆卸不便、无法加设斜撑、搭设高度有限等。
3 新型钢管脚手架结构形式的探讨
3.1 无扣件式钢管脚手架
目前，我国钢管脚手架结构形式种类繁多，但依然存在一个较为普遍的问题：即稳定性好、承载力高的脚手架存在灵活性差、装拆速度慢等缺陷;而灵活性好、装拆速度快的脚手架却又存在活动零件多、稳定性较差、承载力较低等不足。而这个问题则反映了目前脚手架连接构造上的不足。
针对上述问题，通过结合盘扣式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架以及轮扣式钢管脚手架各自的特点，提出无扣件式钢管脚手架(图7)，包括上、下立杆和横杆，而无需其他扣件，且具有自锁功能。除此之外，相比于轮扣式钢管脚手架，其拆卸更为便捷，且不会出现楔形插头对立杆的磨损，具有更好的耐久性。
图7中标号1为下立杆(图8，图9)，在与横杆连接处外壁上设有一圆形盘扣，盘扣上设有4个方向相互垂直的圆形插孔;而4个圆形插孔处均设有弧形凹槽，且凹槽弧度与横杆外径相契合，以便于节点拼接时横杆的放置，防止横杆出现侧向滑落。
图7中标号2为上立杆(图10、图11)，在与横杆连接处外壁上设有一圆形盘扣，该盘扣尺寸与下立杆盘扣尺寸相同，且盘扣上设有4根圆柱形插杆，插杆的位置与尺寸均与下立杆处盘扣的插孔相对应、相契合;且插杆下半段设有螺纹，可在连接时利用螺母进行固定，以避免因构件制造工艺不足或构件使用时间较长而出现的松动现象。对于圆形盘扣，同样在4个圆柱形插杆处均设有弧形凹槽，且凹槽弧度与横杆外径相契合，以便于更好地固定横杆。
图7中标号3为横杆，其特征在于横杆两端均设有圆形插孔，孔径大小与下立杆盘扣插孔孔径大小相同。
该脚手架节点连接牢固，安全性高，装拆便捷，无需多余扣件，仅通过立杆自身重力作用便可实现与横杆的连接。
3.2 构件尺寸可调的钢管脚手架
脚手架作为一种辅助建筑施工的工具，其搭设构件的尺寸需与建筑实际尺寸相匹配，而目前国内所生产的脚手架构件均为固定尺寸，难以满足建筑尺寸多样化的需求，进而根据建筑尺寸模数的要求，提出了构件尺寸可根据不同实际工程进行调整的钢管脚手架(图12)，包括尺寸可调的立杆以及尺寸可调的横杆。
其中尺寸可调的立杆采用同一种纵向单元杆通过插接的方式拼接而成，单元杆总长度为600 mm，分为上、下2 段，上半段为被插入段，下半段为插入段，被插入段钢管内径与插入段钢管外径相同，上、下2段长度相同，脚手架立杆总长度可根据单元杆的插接不断增加，且每插入一根 单元杆，立杆总长度增加300 mm，符合建筑高度方向的模数要求。同时，单元杆上半段两端设有2个尺寸相同的圆形盘扣，圆形盘扣上分别预留有4个圆形插孔，可用于与横杆及斜撑进行连接;圆形插孔中间设有“C”形插孔，可根据实际工程的不同调整横杆与立杆的连接角度。
尺寸可调的横杆(图13)由2根端部杆和横向连接单元杆3部分拼接而成，横向单元杆总长度为600 mm，分为左右2段，左右2段长度相同，一段为插入段，一段为被插入段，同样，被插入段钢管内径与插入段钢管外径相同，且插入段钢管外壁与被插入段钢管内壁均设有螺纹。对于端部杆，其中一根杆长为300 mm，为被插入段，另外一根杆长为600 mm，为插入段，构造形式与连接单元杆相同，且 2根端部杆的管径与螺纹均与连接单元杆相匹配。横杆的长度可根据增减连接单元杆的数量进行调节，每增加一根单元杆，横杆总长度增加300 mm。
该脚手架的优势在于，其构件均采用标准化的单元杆件拼接而成，单元杆件的尺寸较小，但均满足建筑模数的要求，构件的尺寸可根据单元杆的增加而进行调节，进而构架的尺寸也得以调节，大大提高了脚手架的适用性;同时，由于单元杆件的尺寸较小，质量较轻，工人在进行脚手架组装时也会更加方便快捷，在保证组装效率的同时也大大减少了相应的人工费。
4 结语
针对目前国内常用的几种钢管脚手架应用进行了阐述，总结了各类脚手架的优势与不足;并在现有脚手架所存在不足的基础上提出2种新型结构形式，但对于其可靠性以及可实施性仍需进行进一步的研究与探讨。
