1概述
最近浙江省连续发生了三起重大模板倒塌事故，引起了建设部甚至国务院领导的重视。国务院并为此发出了内部明电，整顿钢管及扣件质量。但是追究起来脚手架及模板的安全使用问题除了材料质量问题之外，架体的结构组合问题也是其出现事故的重要原因。由于架体构成的任意性，架体结构的承载能力将受到其几何构成的极大影响，而这一点没有反映在规范中。这方面存在的重大隐患没有被工程师意识到，其原因是没有以结构理论作指导。脚手架（包括模板支撑架，以下统称脚手架）的承载能力首先依靠于其结构计算简图，可以说，现在的任何建筑结构计算都不能免除这一环节。在绘制计算简图时，对杆件体系的连接点（脚手架中即是扣件连接点）视为“铰结”还是“刚结”。在计算简图基础上，首先要解决其“几何构成”问题。其中最重要的是必须保持其静定或超静定，凡不能静定的，成为机构而不能承载。这些结构力学的基本原理可以说是指导脚手架技术的重中之重。在这些问题解决之后，才能进行杆件强度计算。而在杆件强度计算中，立杆作为受压杆件，其计算长度又成为问题的关键。由于脚手架杆件的截面是固定的，因而其长细比λ（l0/i）就决定于l0。此外长细比应当说有一个限值，也就是在钢结构规范中，稳定系数Ф表中所列出的最大值250，凡长细比λ大于250应当认为是超过限值而不能使用。在以上理论基础指导下，构成的脚手架才能够进行计算。通过计算，对扣件抗滑移强度及杆件承载力合格，才可安全使用。当然在脚手架搭设方法中，还要规定其扣件与杆件扣结地方必须与计算简图一致，否则也会导致计算与实际情况不符。
2钢管脚手架的铰结计算
2.1双排外脚手架结构计算简图及其几何构成分析
脚手架将“结点”视为“铰”，通过试验证明是比较符合实际的[1]，因而依照铰结绘制结构计算简图是显而易见的（见图1）。多立杆脚手架结构形成了不同于常见的桁架体系犹如多层桁架相重叠的形式，可称之为网格式结构体系[2]。虽然水平及垂直荷载是均布荷载，但却可化成结点荷载，只要在杆件强度计算时叠加上均布荷载产生的弯矩即可满足要求。由于节点间跨度较小，弯曲应力一般是次要的。
图1 双排外脚手结构计算简图
对网格式结构进行几何构成分析时会发现由十字盖形成的斜杆对于其达到静定而不是机构是多么重要了。对结构自下而上的分析可以看出，在两道大横杆间方格间只要有一根斜杆即可使其达到静定。这是脚手架能够承载的基本条件。此时立杆的计算长度似乎可等于步距，但此时要对其侧面进行分析。从侧面看由于两排立杆间无斜杆存在。因而其立杆的计算长度应等于连墙件间的距离，如图1 所示：下段为h，中段为2h；上段可视为下端固结，上端悬臂，故l0 =2h。在一般情况下，建筑结构的首层都高于3m，尤其是框架结构，有时高达4 ～ 6m，于是其连墙杆高度使得底端立杆的长细比λ 大于250，完全丧失承载能力。
2. 2 双排外脚手的无连墙件立杆
由于不能每根立杆都设连墙件，应当注意到，会产生无连墙件立杆，如图2 所示，在两个连墙件之间的立杆，由于没有连墙件与建筑拉结，而形成了自上而下侧边无支撑的结果，显然是不能承载的。此问题目前尚无法得到理论上的解决，只能从实践的角度知道，在连墙件横向连接的大横杆起到了支撑点的作用。因而连墙件的水平距离不宜过大，并应在结构中视为薄弱环节。
图2 双排外脚手的无连墙件立杆
2. 3 结构组成不同而影响承载力的情况
图3 为钢管架规范中门洞的两个结构，按照铰结假设绘制的计算简图。从该图就可以看出，按照结构简图左右两图立杆的计算长度是不同的，左图中计算长度等于步距，而右图则为2 倍步距。
图3 跨越式结构计算简图
2. 4 三角形挑架斜杆的长细比问题
施工中在两个楼层外搭设三角架，形成挑架支撑上部脚手架是最常用的手法（见图4）。当楼层高度H = 3m 时，长细比λ300 / 1. 58%190，稳定折减系数Ф%0. 204。当H 达到3. 8m 时，λ> 250，超过限值，此时是特别值得注意的。以上对钢管脚手架进行的理论分析，但目前现场的实际操作并未在上述理论指导下。主要出现的问题是斜杆不足，例如楼板梁支撑体系多无斜杆支撑。再如脚手架的十字盖并非每个结点都与主杆扣接，造成立杆的和斜杆的计算长度成倍增加，等等。所以脚手架的倒塌屡见不鲜即在于此。归纳起来有如下三种情况：几何构成不能达到静定；长细比超过限值；受压杆长细比过大导致承载力不够。因而形成失稳破坏或倒塌。因此建议应在“规范”中补充脚手架的几何构成与计算简图有关内容，以确保搭设的脚手架使用安全。
图4 三角架斜杆的压杆稳定
3 分析三种多立杆脚手架的安全性能
我国自20 世纪70 年代引入扣件式钢管架，发展到今天已有三种主要的多立杆脚手架体系：一是扣件式钢管架；二是门型脚手架；三是碗扣型脚手架。到目前为止，只有扣件式钢管架应用最为广泛；门型架已处于淘汰状态的边缘；而碗扣型脚手架也遭受质量下降和违背原设计（抛弃了斜杆）的应用状态。造成这种状况的原因是很多的，但从安全角度分析这种结果是极不合理的，其原因在于：
（1）扣件式钢管架由于其组架的任意性，使其安全度大大降低。从1983 年北京社科院钢管架倒塌事故以来可谓事故频繁。前面已分析了事故的原因。其结构基本缺陷在于：横杆、立杆与斜杆不在一个平面里，难以形成可靠结点。
（2）门型脚手架由于构件的标准化，单元组成具有“自稳”的特性，而发生的事故最少。门型架在门型平面内是一次超静定的门型刚架#3$，接高之后仍组成超静定结构，而在纵向全部由剪刀撑覆盖，也是完全可以保证静定的，这就是它的安全所在。
（3）碗扣型脚手架在推广之初，其构成要求也是在大面上满覆斜杆，经过理论分析知道，每步有一根斜杆就可以保持静定，逐将满覆斜杆改为四角设斜杆。但是在其随后的推广进程中，却将斜杆全部取消。到今天在现场已看不到斜杆，租赁公司也无斜杆出租，使得其原有的安全性能有所下降，但是其碗扣承载能力较强，刚度大，使其仍优于扣件式脚手架，因而应在恢复斜杆应用的基础上，加以推广，这仍然是改善脚手架安全的一条途径。
4 结论
4. 1 脚手架安全事故频发，除了钢管及扣件的质量问题外，架体的构成与结构计算缺乏理论指导应当是问题的另一个关键。因此脚手架的理论研究就成为当务之急。只有在一定的理论指导下处理脚手架的结构问题，才能得到指导实践的结果。从已有的试验结果和实践经验分析，采用“铰结算”是比较符合实际的。
4. 2 在“铰结”假设的基础上绘制架体的结构计算简图，
然后对其进行几何构成分析，是脚手架结构设计的基本条件，以结构简图确定杆件计算长度对脚手架进行计算成为保证结构安全使用不可或缺的方法。
4. 3 在结构计算简图的基础上对各构件进行强度核算也
应当是脚手架安全使用的必要内容。尤其是受压杆件和扣件的抗滑移力，对于高大或荷载较大的脚手架尤其不能忽视。所设计的结构计算简图必须在施工中得以实现，不能将结构计算与实际操作相脱离。计算简图中的要求必须在施工措施中加以保证。
【参考文献】
[1 ] 余宗明。碗扣型脚手架的结构试验。《建筑技术开发》，1991（5）。
[2 ] 余宗明。钢管脚手架铰结计算法。《建筑技术开发》，1997（3）。
[3 ] 余宗明。门形脚手架的结构计算。《建筑施工》，2002（1）。
[4 ] 余宗明。新型脚手架的结构原理及安全应用。北京：中国铁道出版社，2001。
