扣件式钢管模板支撑体系构造措施的学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于《钢结构》期刊，作者刘莉、储诚明、武一分别来自沈阳建筑大学、安徽省城乡规划设计研究院和中建八局天津公司，受辽宁省自然科学基金和辽宁省高等学校创新团队项目资助。研究围绕扣件式钢管模板支撑体系的构造措施展开，通过单根加载试验与有限元分析相结合的方法，系统考察了剪刀撑布置方式和顶层水平拉杆设置对支撑体系整体稳定性的影响。

扣件式钢管模板支撑体系是我国建筑工程中应用最为广泛的模板支撑形式，其经济性好、搭设灵活、周转率高，但稳定性问题一直是工程安全的关键薄弱环节。近年来，因模板支撑体系失稳导致的坍塌事故时有发生，造成了重大人员伤亡和经济损失。因此，深入研究支撑体系的构造措施，特别是剪刀撑和水平拉杆的合理设置，对保障施工安全具有重要的现实意义。

有限元建模与试验验证

研究根据单根加载试验情况建立了扣件式钢管模板支撑体系的有限元模型，试验结果与有限元分析结果吻合较好，验证了模型的正确性。这一"试验-模型-分析"的研究路线是结构稳定性研究的标准范式。在有限元建模中，扣件节点的力学行为是建模的关键难点。扣件式钢管支撑体系中，钢管与扣件之间的连接并非刚性连接，而是具有半刚性特征的节点，其力学性能受扣件类型（直角扣件、旋转扣件、对接扣件）、扣件拧紧力矩、钢管壁厚等因素影响。合理的节点模拟方法（如采用弹簧单元或罚函数法）对分析结果的准确性至关重要。

从工程实践角度，有限元模型的正确性验证是分析结果可信度的基础。建议在实际工程分析中，除单根加载试验外，还应开展整体架体的稳定性试验，以验证模型在复杂边界条件下的适用性。

剪刀撑布置方式的对比分析

竖向剪刀撑与水平剪刀撑的效果差异

研究结果表明，加入竖向剪刀撑比加入水平剪刀撑，支撑体系的屈曲荷载提高了78.7%；同时加入竖向剪刀撑和水平剪刀撑比只加入竖向剪刀撑，屈曲荷载仅提高了0.93%。这一数据对比非常鲜明，揭示了竖向剪刀撑在提高支撑体系稳定性方面的主导作用。

从力学机理分析，竖向剪刀撑在支撑体系的立面内形成三角形稳定单元，有效约束了架体在平面外的侧向位移，防止了整体失稳。而水平剪刀撑主要约束架体在水平面内的变形，对整体屈曲模式的影响相对有限。0.93%的增量说明水平剪刀撑在已有竖向剪刀撑的基础上，其附加贡献微乎其微。

工程应用建议

基于上述结论，在扣件式钢管模板支撑体系的构造设计中，应优先设置竖向剪刀撑，且间距不宜过大。根据现行规范（如JGJ 130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》），剪刀撑的设置间距和角度均有明确要求，但实际施工中常存在漏设、间距过大等问题。建议在施工方案审查中，将竖向剪刀撑的设置作为关键控制项，并在施工过程中进行专项检查。

顶层水平拉杆的作用机理

研究还发现，在顶层步距两水平拉杆中间增设一道水平拉杆，支撑体系的屈曲荷载可得到有效提高。这一结论看似简单，但背后的力学机理值得深入理解。

顶层是支撑体系中最不稳定的部位，其约束条件最薄弱。在模板施工中，顶层往往直接承受混凝土浇筑荷载，且缺乏上部结构的约束，容易发生整体侧移或局部屈曲。在顶层步距内增设水平拉杆，相当于减小了顶层立杆的计算长度，提高了立杆的临界屈曲荷载。根据欧拉公式，临界荷载与计算长度的平方成反比，因此即使小幅减小计算长度，也能显著提高稳定性。

工程实践中的常见问题与对策

在实际工程中，扣件式钢管模板支撑体系的失稳事故往往源于以下问题：一是剪刀撑漏设或设置不规范，二是水平拉杆间距过大，三是立杆基础不均匀沉降导致架体倾斜，四是混凝土浇筑过程中偏载引起局部失稳。针对这些问题，建议采取以下对策：

1. 施工方案中明确剪刀撑的设置间距和角度，并纳入关键工序验收清单。
2. 立杆基础应设置垫板或通长木方，确保基础承载力均匀。
3. 混凝土浇筑过程中应分层、对称浇筑，避免偏载。
4. 对高支模工程，应进行专项稳定性验算，并设置监测预警系统。

该研究通过系统的试验和有限元分析，为扣件式钢管模板支撑体系的构造设计提供了定量化的数据支撑，对提高施工安全性具有重要的工程指导价值。