中国建筑第八工程局有限公司（北京） 李兆祥 张庆昱 宋耿友 杨香福 朱迪
[摘 要] 利用 “卯榫”原理设计承插型键槽式支撑体系的关键连接节点，顶部设置带承插头的可调顶托，通过纵向水平杆及横向加强横杆连为一体，在节省传统支撑体系的木方主龙骨的同时，解决了自由端过高带来的架体安全隐患。本文以中国移动信息港工程为例，阐述了承插型键槽式支撑体系的特点及应用情况。
目前我国建筑行业水平结构普遍采用钢管扣件式脚手架、碗扣式脚手架等传统模板支撑体系，钢管投用年限普遍较长，构件截面尺寸难以保证，同时需投入大量木方作为龙骨，造成木材的大量损耗，有悖于目前绿色施工、节能环保的大环境要求。
中国移动国际信息港研发创新中心、网管支撑中心、业务支撑中心工程，总建筑面积147954.36㎡，建成后将成为中国移动集团北方数据处理中心及业务支撑中心。工程结构形式为框架剪力墙结构，地下两层连为一体，地上分为三栋单体，最高9层。层高分别为5.1m、4.5m、4.2m，顶板厚度120、150、220、250、300、350、400、600、1200mm不等。
工程水平结构支撑体系全部采用承插型键槽式脚手架+C型钢组合支撑体系，相比传统碗扣式或扣件式脚手架支撑体系，该体系具有搭设速度快，节省钢材、木材，安全可靠等特点，在降本增效方面取得良好效果。
承插型键槽式支撑体系由立杆、水平杆、竖向斜杆和水平斜杆、防崩脱扣件、可调顶杆等配件组成，见图2-1。
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图2-1承插型键槽式支撑体系组成
支撑体系主要构件规格尺寸见表2-1，主要构件3D模型见图2-2。
表2-1 承插型键槽式支撑体系主要构件规格尺寸
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构件名称 |
规 格 |
材 质 |
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水平杆 |
￠48*3.0*600mm ￠48*3.0*900mm ￠48*3.0*1200mm ￠48*3.0*1500mm |
Q235钢管、Q345钢管 |
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立杆 |
￠48*3.0*3100mm ￠48*3.0*2600mm ￠48*3.0*2100mm ￠48*3.0*1600mm ￠48*3.0*1100mm |
Q235钢管 |
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可调顶托 |
750mm 850mm （M37通丝螺杆） |
Q235圆钢 |
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C型钢龙骨 |
50*100*4000mm |
Q235镀锌钢板 |
图2-2 主要构件3D模型
1）采用中心传力的结构形式，相比传统钢管扣件偏心受力的结构形式更加安全，承载力更高。2）运用管件合一的连接方式，支模体系中取消紧固扣件的环节，可极大提高施工便捷性及施工效率。3）支模体系顶部采用立杆铸件与横杆键槽插接的形式，使整个架体顶部形成一个牢固的结构整体，降低了架体顶部自由度，较大提升了安全性。4）立杆跨距大于传统钢管扣件式或碗扣式脚手架，节省钢管。5）顶部采用加强横杆取代传统支撑体系的木方主龙骨，节省木材。6）采用C型钢木龙骨代替传统木方，可重复周转使用50次以上，节省木材。
中建八局承建的中国移动信息港工程水平结构全部采用承插型键槽式支撑体系，支撑体系配置按地下室两层共48500㎡满配，同时满足到地上结构周转使用的要求。
本工程300mm及以下厚度的顶板，承插型键槽式支撑体系立杆间距1200*1200mm；350、400mm厚顶板支撑立杆间距900*1200mm；600mm厚顶板支撑立杆间距600*900；1200mm厚顶板支撑立杆间距600*600mm。其中600、1200mm厚顶板（共1104㎡）顶部主龙骨采用100*100木方，其它主龙骨采用承插型键槽式支撑体系顶部横杆。
针对不同板厚的荷载情况，项目对支撑体系进行了有限元的模拟计算，模拟计算结果显示支撑立杆强度及稳定性均满足要求，顶部横杆采用单横杆承载力不满足要求。
顶部横杆采用加强横杆（见图3-1），加强横杆材质为Q345钢材，有限元复核计算满足受力要求（见图3-2、3-3）
图3-1加强横杆3D图片
图3-2 400mm厚顶板900mm加强横杆的应力及应变分布示意图
图3-3 300mm厚顶板1200mm加强横杆的应力及应变分布示意图
因承插型键槽式支撑体系目前无现行国家或行业标准、规范，项目针对施工方案组织了专家论证。论证会上针对高支模、1200mm厚板进行了细致的推导及分析，并在混凝土浇筑、季节性施工等环节进行了重点布置。
1、支撑体系及模板组合方法
不同板厚对应的支撑体系及模板组合方法，见图3-4。
图3-4 楼板模板支撑体系做法
2、支撑体系搭设流程
放线→放置纵向扫地杆→自角部起依次向两边竖立底立杆，底端与纵向扫地杆扣接固定后，装设横向扫地杆也与立杆固定，每边竖起3～4根立杆后，随即装设第一步纵向平杆和横向平杆,校正立杆垂直和平杆水平使其符合要求后，敲紧梯形凹槽，形成构架的起始段→按上述要求依次向前搭设，直至第一步支撑架交圈完成→第二步纵向水平杆→第二步横向水平杆，并随搭设进行剪刀撑设置。
1)放线：承插型键槽式脚手架支撑体系要求排布准确，脚手架搭设前由项目部绘制详细的脚手架布置图，现场按照排布图放线。
2）立第一道立杆：根据模架放线位置放置垫木（采用50*100通长木方），在垫木上安放第一道立杆，第一道立杆安放四根，随后在第一道立杆最底端键槽扣部位安装底部纵向扫地杆，形成初始格构。随后按此格构延伸形成第一道立杆及连接横杆体系。
3）第二道及以上立杆：根据支撑高度确定第二道及以上立杆长度，将第二道及以上立杆扩大头插入下层立杆顶部，随即按立第一道立杆的程序完成第二道及以上立杆及其连接横杆的体系。
4）安装支撑头：在顶部立杆安装锥托顶杆，按照支撑标高要求，通过调整顶杆丝杠调节螺扣调整锥托顶杆的高度，完成支撑头安装。
5）安装顶部横杆及加强横杆：将加强横杆按照排列图安装到锥托顶杆的键槽接头凹槽内，安装时注意次龙骨垂直的部位采用加强横杆，顺次龙骨方向采用普通横杆。
6）调平：按照起拱高度要求，从起拱部位中间微调锥托顶杆调节螺扣，进行顶部横杆的起拱及调平。
7）模板体系安装：沿垂直于加强横杆方向，根据模板设计参数放置50*100C型钢次龙骨，随后铺设并固定多层板。
支撑体系整体流程示意图见图3-5。
图3-5 支撑体系搭设流程
3、支撑体系搭设质量控制
运用QC方法，对承插型键槽式脚手架的搭设质量进行全方位管控。针对第一个施工流水段架体搭设进行了问题统计，并绘制了排列图，如图3-6：
图3-6 键槽式支撑体系质量问题排列图
从排列图可以看出，若承插型键槽式支撑体系施工质量的两个主要问题“楔形键槽未完全承插到位”和“可调顶杆顶端整体平整度”得以解决，则质量合格率可以达到95%以上。围绕以上两点主要问题展开键槽式脚手架搭设质量控制：
1）从加工厂源头抓起，对进场支撑体系构件进行严格验收，钢管壁厚必须满足3.0mm正偏差，键槽连接插头与钢管连接焊缝必须饱满，楔形插槽偏差严格控制在允许范围内。
2）对操作工人进行有针对性的施工技术交底。
3）对楼板混凝土采取二次收光的措施，确保平面标高误差不超过5mm（4m水平尺测量）。
4）支撑体系搭设过程中严格控制立杆及横杆接头安装精度，确保每个连接插头尤其是顶部插头必须严密咬合。
5）顶板起拱保证从中间向两边均匀连续，起拱完成后拉通线进行顶部横杆整体调平。
4、支撑体系验收
制定专项验收表格，每一施工流水段搭设完成后由项目技术负责人组织工长、质检及安全部门进行专项验收，重点验收立杆间距、水平杆步距、插头连接紧密度、连墙件设置等，验收完成后在专项验收表格中签字报监理进行下步验收。
承插型支撑体系样板 过程验收
通过在中国移动信息港项目147954.36㎡的应用，承插型键槽式支撑体系搭设便捷、安全可靠、节省木材等优点得到了充分体现，在科技创新助推降本增效方面取得了良好效果。项目针对该体系与常规碗扣式脚手架支撑体系做了经济效益对比分析：
按地下室两层满配到地上周转使用，若采用碗扣架共投入100*100木方694 m3，损耗量108m3，木方采购价格2080元/ m3，回收价格430元/ m3，木方共投入资金122.39万元。
若采用碗扣架需投入钢管482921m，采用承插型脚手架投入钢管305128m，按日平均租金0.02元/m，平均租用8个月计算，采用承插型脚手架节约租金85.34万元。
对比碗扣脚手架，本工程采用承插型键槽式脚手架累计节约成本：122.39+85.34=207.73万元。
推广应用键槽式脚手架在节约成本的同时，通过节约木材体现了绿色施工的理念，在相同条件下，立杆间距大，总用钢量相对减少，符合节能、节材要求。
相比传统建筑用碗扣式及钢管扣件式脚手架，在施工面积相同的情况下，采用承插型键槽式脚手架能够实现30%的钢材节约、28%的木材节约和50%的人力成本节约。
据住建部2013年全年建筑业28起较大及以上安全事故统计，模板支撑体系坍塌事故共发生13起，占事故总起数的46.43%，死亡人数56人，占死亡总人数的49.56%。模板支撑体系坍塌已成为施工现场最大的危险源。目前市场上普遍存在的碗扣式及钢管扣件式脚手架使用周期已普遍较长，壁厚多数已严重不足，且搭设过程中随时存在自由段高度过高、纵横杆件连接不牢固等问题，安全隐患突出。采用承插型键槽式脚手架可以从构件原材料及节点特性上规避以上问题。
联合国粮食和农业组织《世界森林状况报告》指出，近五年，世界森林面积以每年730万公顷的速度在减少，相当于两个巴黎的面积。采用承插型键槽式脚手架+C型钢组合支撑体系可大量节约木材，从根本上实现节材的目的。
参考文献
1、刘长胜 《新型插盘式脚手架的试验和数值模型研究》 《土木工程学报》2008年 第07期
2、余宗明 《新型脚手架的结构原理及安全应用》 中国铁道出版社，2001。
3、丁志坤 《建筑脚手架专利的技术创新规律研究》 广州大学学报, 2011, 10(6):84-88
4、佘宗明 《脚手架结构计算及安全技术》 中国建筑工业出版社, 2007.1-161
5、糜嘉平 《建筑模板与脚手架》 中国建筑工业出版社, 2001. 1-261
6、湖南铁院土木工程检测有限公司 《承插型键槽式钢管支架节点承载力》
