高大模板扣件式钢管支承架立杆稳定计算长度取

王力健1、王旭峰2
（1．深圳建筑业协会，广东深圳 518034；2.深圳市第一建筑工程有限公司，广东深圳 518029）
《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）（以下简称JGJ162）于2008年12月1日起正式实施，规范编制工作历时20年，是我国第一本关于建筑施工模板方面的技术规范。但规范出台后引起的争议亦不少，与原有的一些标准，如《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2001）（以下简称JGJ 130）等采用的计算与构造方法也有不一致的地方，这给施工现场专项安全方案的编制与审查以及高支架的具体搭设构造实施带来了困惑，甚至造成现场的不安全因素。下面根据国内外有关模板支架的资料，就规范中支架立杆稳定性验算（尤其是立杆计算长度），以及相关的构造要求进行探讨。
1 JGJ162中关于立杆计算长度的规定不完善
JGJ162中5.2.5条第3款中提出“计算长度采用纵横水平拉杆的最大步距，最大步距不得大于1.8m，步距相同时应采用底层步距”，该条款缺少具体的条文说明，整本规范也未对扣件式钢管支架立杆计算长度作进一步展开阐述与构造规定。国内常用的且有较大影响力的施工手册中也作同样的规定，如文献[1]第8-6-3节“模板结构设计实例”中的例4中指出“钢管立柱稳定性验算中的长细比为λ=L/i，其中L为横杆步矩，多道设置时取大值”。
该计算方法的立杆计算长度直接取支架最大步距，而不考虑立杆伸出顶、底层水平杆的长度、支架的整体搭设高度及与周边拉结等构造措施，如一个30m高支架与1个3m高支架步距一样，则立杆稳定性验算结果基本相同，这不符合支架立杆稳定与支架整体稳定的基本力学理论。典型实例即是北京“西西”工程4号地项目[2]，该项目21.8m高支模架整体坍塌事故造成8死21伤，其扣件式钢管高支撑架立杆间距1.2m，步距1.5m，立杆顶端伸出长度1.2～1.5m，扫地杆距地300～500。经东南大学陈安英[2]等采用有限元计算表明，因立杆顶端伸出长度大，立杆轴力远大于其稳定极限承载力，模板支架由于立杆顶端局部侧移过大导致支架呈现整体失稳破坏形式，是导致整体坍塌的主要原因。
2 JGJ 130中关于支架立杆计算长度的规定及其修正
JGJ 130的5.6.2条第2款在缺少相应试验和使用统计资料的情况下，借鉴并采用了英标《脚手架实施规范》的规定，提出模板支架立杆的计算长度l0=h+2a（a为模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度）。但该公式从力学概念上讲也仅与 h 和a有关，只要两个参数取值相同，支架无论多高、构造如何，立杆稳定性验算结果基本一样，不符合压杆稳定与结构整体稳定性基本的力学理论[3]。
英标[4]第6.7.2条中关于支架立杆稳定性验算的计算长度取L+2mL，其mL为立杆顶端或底端伸出长度，该公式的适用条件是立杆仅承受轴向力作用而不考虑水平荷载的情况下（否则计算长度应按其附录作调整）且支架应满足该标准相应条件[4]：即几近“几何不可变杆系结构”的构架要求(斜杆设置占构架框格的一半)，采用容许应力设计法（取K=2）和采用搭设高度降低系数。
3 支架立杆采用JGJ 130中关于外架立杆计算长度
浙江省建筑设计研究院益德清教授提出高、跨度大的模板支架立杆计算长度目前宜按JGJ 130第5.3.3条中的公式：l0=kμh进行计算（而不宜采用l0 =h+2a），且使用该公式时其水平向拉结应满足JGJ 130第6.4节关于连墙杆设置的要求，否则计算结果不可靠[6]。浙江省标准[7]采纳了其观点，其5.3条规定：“立杆稳定性验算的计算公式中考虑了高度调整系数KH对立杆的稳定承载力进行了调降。
4、支架立杆伸出顶层水平杆的悬臂长度
JGJ162在立杆计算长度中未考虑a值（顶部立杆悬臂长度）而直接取最大步距（尽管JGJ162第5.1.6强条中规定立杆长细比不应大于150看似严格，但高大模板支架的立杆计算长度如只套用最大步距，其长细比是不可能超出此值的），而JGJ130在立杆计算长度中考虑了a值的影响，但又未对其作具体明确的限值规定。
目前关于a的限值也说法不一，但普遍认为应在200～400之间。如文献[5，10，11，12]认为不宜大于0.4m，北京市地方标准[13]7.3.5条规定“扣件式模板支架顶部支撑点与支架顶层横杆的距离不应大于400mm”。浙江省标准[7]6.1.3条规定：“当采用在梁底设置立杆的支撑方式时，宜采用可调托座直接传力，可调托座与钢管交接处应设置横向水平杆，托座顶距离水平杆的高度不应大于300mm”。西安建筑大学胡长明等[14，15]通过有限元模拟认为随立杆伸出顶层水平杆长度a值的增大，高支模稳定承载力减小，建议a值不宜大于0.2m。