榫卯式钢管脚手架

(后勤工程学院土木工程系 重庆 401331)

榫卯式钢管脚手架

李洋洋

(后勤工程学院土木工程系重庆401331)

榫卯连接是木结构中常用的一种连接方式，将其应用于脚手架则形成一种新型的榫卯式钢管脚手架。本文对榫卯式钢管脚手架的结构、基本构造和其他钢管脚手架的对比进行了简单介绍，得出结论榫卯式钢管脚手架具有一定的应用价值和前景，可以进行深入研究和推广。

随着国家经济的高速发展和土地资源的日益紧缺，高层建筑越来越受到人们的青睐，钢管支撑架凭借着良好的性能称为高层建筑施工中重要的支撑体系。但是近年来各类钢管支撑架坍塌事故的发生，引起了人们对新型钢管支撑架结构研究的重视。

脚手架作为重要的临时支撑结构，在我国建筑领域具有广大应用市场。自20世纪60年代以来我国首次使用脚手架以来，各式各样的脚手架被研究和开发出来。目前国内常见的脚手架一般为钢管式脚手架，按节点特性划分可以分为扣件式脚手架和承插式脚手架。扣件式脚手架由于其制作简单和通用性强的特点，在我国建筑施工领域应用十分广泛，约占脚手架使用总量的一半以上。但是扣件式脚手架结构不稳定，安全性较差，对于高层建筑施工适用性不强。榫卯是一种木结构中广泛应用的连接方式，将榫卯结构应用到钢管脚手架，得到一种新型的施工支撑架体系-榫卯式钢管脚手架,目前对于榫卯式钢管脚手架的研究较少。

榫卯式;钢管脚

一、榫卯结构

榫卯为榫头卯眼的简称，是一种传统木工中接合两个或多个构件的方式[1]。其中构件中的凸出部分称为榫(榫头，也称作笋头)，凹入部分则称为卯(卯眼，也称作卯口、榫眼等)。各个构件之间的结点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。榫卯是极为精巧的发明，这种构件连接方式，使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形抵消一定的地震能量，减小结构的地震响应。榫卯结构广泛用于建筑，同时也广泛用于家具，体现出家具与建筑的密切关系[2]。榫卯结构应用于房屋建筑后，虽然每个构件都比较单薄，但是它整体上却能承受巨大的压力。这种结构不在于个体的强大，而是互相结合，互相支撑，这种结构成了后代建筑和中式家具的基本模式。973年，距离宁波市区约20公里的余姚市河姆渡镇发现了距今六、七千年的新石器文化遗址，人们称之河姆渡遗址，在遗址人们发现了大量榫卯结构的木质构件。

这些榫卯结构主要应用在河姆渡干栏式的房屋的建造上，有凸型方榫、圆榫、双层凸榫、燕尾榫以及企口榫等。

榫卯结构按构合作用来归类，大致可分为三大类型[3]：一类主要是作面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。还有一类是将三个构件组合一起并相互连结的构造方法，这种方法除运用以上的一些榫卯联合结构外，都是一些更为复杂和特殊的做法。如常见的有“托角榫”、“长短榫”、“抱肩榫”、“粽角榫”等。

穿斗式，汉时成熟，中国南方各省多用。沿进深方向布柱，柱比较密，而柱径略小，不用梁，用“穿”贯于柱间，上可立短柱，柱顶直接承檩。优点是用料较小，山面抗风性能好；缺点是室内柱密而空间不够开阔。

抬梁式，春秋时成熟，中国北方各省多用。沿进深方向布置石础，础上立柱，柱上架梁，梁上立瓜柱，架短梁，最上是脊瓜柱，构成一屋架；在屋架之间用横向的枋联系柱顶，梁头与瓜柱顶做横向的檩，檩上承受椽子和屋面，使屋架完全连成一个整体优点是室内少柱或无柱，可获得较大的空间；缺点是梁柱等用材较大，消耗木材较多。

井干式，将圆木或半圆木两端开凹榫，组合成矩形的木框，层层相叠作为墙壁——实际是木承重结构墙。它耗材量大，建筑面阔和进深受木材长度限制，外观厚重，应用不广。

二、榫卯式钢管脚手架的基本构造

榫卯结构通常指在两构件上采用一种凹凸处理的结合方式，凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分称卯(或卯眼、卯槽)。榫卯式连接快拆脚手架的原理是利用横杆端头的卯槽(上小下大，外窄里宽)，直接卡在立杆上的榫头(上小下大，外宽里窄)上，安装时必须将横杆从上往下装，拆除时必须将横杆从下往上顶，榫卯结构图如图1所示。

图1 榫卯结构图

榫卯式连接快拆脚手架具有快装快拆早拆、操作安全方便、简易的特点，榫卯式连接快拆脚手架与普通脚手架相比，具有节约周转材料投入成本、劳动力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等优势。

三、榫卯式钢管脚手架和其他钢管脚手架的比较

在我国目前的工程实际应用中，扣件式模板支架的使用依然处于主流，上节中，阐述了榫卯式钢管脚手架的基本构造，与扣件式模板支架的构造除了节点处的连接之外，基本一致。顾名思义，扣件式模板支架的节点的连接采用的是扣件连接。采用螺栓紧固的扣接连接件，用来连接钢管。扣件又分为三种，直角扣件，用于垂直交叉杆件间连接的扣件；旋转扣件，用于平行或斜交杆件间连接的扣件；对接扣件，用于杆件对接连接的扣件。然而，一个很明显的趋势是扣件式模板支架的相对市场份额正在呈减少的趋势。钢管模板支架类型的使用呈现多样化，多元化。越来越多的工程特别是高架桥梁、地下工程、高层建筑倾向于使用碗扣式钢管模板支架。究其原因是随着扣件式模板支架在使用于各种工程特别是高层结构，高架桥等大型工程的过程中，有三个缺点越来越明显。第一，扣件连接所引起的偏心问题，考虑大了浪费，而考虑小了则偏于不安全。第二，材料的管理，由于扣件的丢失给工程所造成的损失成为各种工程预算中不能不考虑的一部分。第三，扣件式模板支架的节点性能不稳定，它的节点刚度与螺栓拧紧的扭矩有关。而榫卯式钢管脚手架则成功的解决了这三个问题。从上节中榫卯式钢管脚手架连接构造中可知，榫卯式钢管脚手架快装快拆早拆、操作安全方便、简易，具有节约周转材料投入成本、劳动力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等优势。

四、结论与展望

榫卯式钢管脚手架是一种新型脚手架结构，具有快装快拆早拆、操作安全方便、简易，具有节约周转材料投入成本、劳动力投入少、材料堆放及管理便捷、安全性高等优势。可以进行深入研究和推广，通过编写榫卯式钢管脚手架规范，使榫卯式钢管脚手架得设计有据可依。

[1]王天.古代大木作静力初探[M].北京:文物出版社

[2]刘妍.传统木结构静力分析力学模型的发展与分析[C].第四届中国建筑史学田际研讨会论文集

[3]俞茂宏,张学彬,方东平.西安古城墙研究—建筑结构和抗震[M].西安:西安交通大学出版社

李洋洋，硕士研究生在读，解放军后勤工程学院。