榫卯式鋼管腳手架

(后勤工程學(xué)院土木工程系 重慶 401331)

榫卯式鋼管腳手架

李洋洋

(后勤工程學(xué)院土木工程系重慶401331)

榫卯連接是木結(jié)構(gòu)中常用的一種連接方式，將其應(yīng)用于腳手架則形成一種新型的榫卯式鋼管腳手架。本文對(duì)榫卯式鋼管腳手架的結(jié)構(gòu)、基本構(gòu)造和其他鋼管腳手架的對(duì)比進(jìn)行了簡單介紹，得出結(jié)論榫卯式鋼管腳手架具有一定的應(yīng)用價(jià)值和前景，可以進(jìn)行深入研究和推廣。

隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和土地資源的日益緊缺，高層建筑越來越受到人們的青睞，鋼管支撐架憑借著良好的性能稱為高層建筑施工中重要的支撐體系。但是近年來各類鋼管支撐架坍塌事故的發(fā)生，引起了人們對(duì)新型鋼管支撐架結(jié)構(gòu)研究的重視。

腳手架作為重要的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，在我國建筑領(lǐng)域具有廣大應(yīng)用市場。自20世紀(jì)60年代以來我國首次使用腳手架以來，各式各樣的腳手架被研究和開發(fā)出來。目前國內(nèi)常見的腳手架一般為鋼管式腳手架，按節(jié)點(diǎn)特性劃分可以分為扣件式腳手架和承插式腳手架?？奂侥_手架由于其制作簡單和通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在我國建筑施工領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，約占腳手架使用總量的一半以上。但是扣件式腳手架結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，安全性較差，對(duì)于高層建筑施工適用性不強(qiáng)。榫卯是一種木結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的連接方式，將榫卯結(jié)構(gòu)應(yīng)用到鋼管腳手架，得到一種新型的施工支撐架體系-榫卯式鋼管腳手架,目前對(duì)于榫卯式鋼管腳手架的研究較少。

榫卯式;鋼管腳

一、榫卯結(jié)構(gòu)

榫卯為榫頭卯眼的簡稱，是一種傳統(tǒng)木工中接合兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件的方式[1]。其中構(gòu)件中的凸出部分稱為榫(榫頭，也稱作筍頭)，凹入部分則稱為卯(卯眼，也稱作卯口、榫眼等)。各個(gè)構(gòu)件之間的結(jié)點(diǎn)以榫卯相吻合，構(gòu)成富有彈性的框架。榫卯是極為精巧的發(fā)明，這種構(gòu)件連接方式，使得中國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)成為超越了當(dāng)代建筑排架、框架或者剛架的特殊柔性結(jié)構(gòu)體，不但可以承受較大的荷載，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過變形抵消一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。榫卯結(jié)構(gòu)廣泛用于建筑，同時(shí)也廣泛用于家具，體現(xiàn)出家具與建筑的密切關(guān)系[2]。榫卯結(jié)構(gòu)應(yīng)用于房屋建筑后，雖然每個(gè)構(gòu)件都比較單薄，但是它整體上卻能承受巨大的壓力。這種結(jié)構(gòu)不在于個(gè)體的強(qiáng)大，而是互相結(jié)合，互相支撐，這種結(jié)構(gòu)成了后代建筑和中式家具的基本模式。973年，距離寧波市區(qū)約20公里的余姚市河姆渡鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了距今六、七千年的新石器文化遺址，人們稱之河姆渡遺址，在遺址人們發(fā)現(xiàn)了大量榫卯結(jié)構(gòu)的木質(zhì)構(gòu)件。

這些榫卯結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在河姆渡干欄式的房屋的建造上，有凸型方榫、圓榫、雙層凸榫、燕尾榫以及企口榫等。

榫卯結(jié)構(gòu)按構(gòu)合作用來歸類，大致可分為三大類型[3]：一類主要是作面與面的接合，也可以是兩條邊的拼合，還可以是面與邊的交接構(gòu)合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿帶榫”、“扎榫”等。另一類是作為“點(diǎn)”的結(jié)構(gòu)方法。主要用于作橫豎材丁字結(jié)合，成角結(jié)合，交叉結(jié)合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“雙榫”、“雙夾榫”、“勾掛榫”、“鍥釘榫”、“半榫”、“通榫”等等。還有一類是將三個(gè)構(gòu)件組合一起并相互連結(jié)的構(gòu)造方法，這種方法除運(yùn)用以上的一些榫卯聯(lián)合結(jié)構(gòu)外，都是一些更為復(fù)雜和特殊的做法。如常見的有“托角榫”、“長短榫”、“抱肩榫”、“粽角榫”等。

穿斗式，漢時(shí)成熟，中國南方各省多用。沿進(jìn)深方向布柱，柱比較密，而柱徑略小，不用梁，用“穿”貫于柱間，上可立短柱，柱頂直接承檁。優(yōu)點(diǎn)是用料較小，山面抗風(fēng)性能好；缺點(diǎn)是室內(nèi)柱密而空間不夠開闊。

抬梁式，春秋時(shí)成熟，中國北方各省多用。沿進(jìn)深方向布置石礎(chǔ)，礎(chǔ)上立柱，柱上架梁，梁上立瓜柱，架短梁，最上是脊瓜柱，構(gòu)成一屋架；在屋架之間用橫向的枋聯(lián)系柱頂，梁頭與瓜柱頂做橫向的檁，檁上承受椽子和屋面，使屋架完全連成一個(gè)整體優(yōu)點(diǎn)是室內(nèi)少柱或無柱，可獲得較大的空間；缺點(diǎn)是梁柱等用材較大，消耗木材較多。

井干式，將圓木或半圓木兩端開凹榫，組合成矩形的木框，層層相疊作為墻壁——實(shí)際是木承重結(jié)構(gòu)墻。它耗材量大，建筑面闊和進(jìn)深受木材長度限制，外觀厚重，應(yīng)用不廣。

二、榫卯式鋼管腳手架的基本構(gòu)造

榫卯結(jié)構(gòu)通常指在兩構(gòu)件上采用一種凹凸處理的結(jié)合方式，凸出部分叫榫(或榫頭);凹進(jìn)部分稱卯(或卯眼、卯槽)。榫卯式連接快拆腳手架的原理是利用橫桿端頭的卯槽(上小下大，外窄里寬)，直接卡在立桿上的榫頭(上小下大，外寬里窄)上，安裝時(shí)必須將橫桿從上往下裝，拆除時(shí)必須將橫桿從下往上頂，榫卯結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 榫卯結(jié)構(gòu)圖

榫卯式連接快拆腳手架具有快裝快拆早拆、操作安全方便、簡易的特點(diǎn)，榫卯式連接快拆腳手架與普通腳手架相比，具有節(jié)約周轉(zhuǎn)材料投入成本、勞動(dòng)力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等優(yōu)勢。

三、榫卯式鋼管腳手架和其他鋼管腳手架的比較

在我國目前的工程實(shí)際應(yīng)用中，扣件式模板支架的使用依然處于主流，上節(jié)中，闡述了榫卯式鋼管腳手架的基本構(gòu)造，與扣件式模板支架的構(gòu)造除了節(jié)點(diǎn)處的連接之外，基本一致。顧名思義，扣件式模板支架的節(jié)點(diǎn)的連接采用的是扣件連接。采用螺栓緊固的扣接連接件，用來連接鋼管?？奂址譃槿N，直角扣件，用于垂直交叉桿件間連接的扣件；旋轉(zhuǎn)扣件，用于平行或斜交桿件間連接的扣件；對(duì)接扣件，用于桿件對(duì)接連接的扣件。然而，一個(gè)很明顯的趨勢是扣件式模板支架的相對(duì)市場份額正在呈減少的趨勢。鋼管模板支架類型的使用呈現(xiàn)多樣化，多元化。越來越多的工程特別是高架橋梁、地下工程、高層建筑傾向于使用碗扣式鋼管模板支架。究其原因是隨著扣件式模板支架在使用于各種工程特別是高層結(jié)構(gòu)，高架橋等大型工程的過程中，有三個(gè)缺點(diǎn)越來越明顯。第一，扣件連接所引起的偏心問題，考慮大了浪費(fèi)，而考慮小了則偏于不安全。第二，材料的管理，由于扣件的丟失給工程所造成的損失成為各種工程預(yù)算中不能不考慮的一部分。第三，扣件式模板支架的節(jié)點(diǎn)性能不穩(wěn)定，它的節(jié)點(diǎn)剛度與螺栓擰緊的扭矩有關(guān)。而榫卯式鋼管腳手架則成功的解決了這三個(gè)問題。從上節(jié)中榫卯式鋼管腳手架連接構(gòu)造中可知，榫卯式鋼管腳手架快裝快拆早拆、操作安全方便、簡易，具有節(jié)約周轉(zhuǎn)材料投入成本、勞動(dòng)力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等優(yōu)勢。

四、結(jié)論與展望

榫卯式鋼管腳手架是一種新型腳手架結(jié)構(gòu)，具有快裝快拆早拆、操作安全方便、簡易，具有節(jié)約周轉(zhuǎn)材料投入成本、勞動(dòng)力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等優(yōu)勢?？梢赃M(jìn)行深入研究和推廣，通過編寫榫卯式鋼管腳手架規(guī)范，使榫卯式鋼管腳手架得設(shè)計(jì)有據(jù)可依。

[1]王天.古代大木作靜力初探[M].北京:文物出版社

[2]劉妍.傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)靜力分析力學(xué)模型的發(fā)展與分析[C].第四屆中國建筑史學(xué)田際研討會(huì)論文集

[3]俞茂宏,張學(xué)彬,方東平.西安古城墻研究—建筑結(jié)構(gòu)和抗震[M].西安:西安交通大學(xué)出版社

李洋洋，碩士研究生在讀，解放軍后勤工程學(xué)院。