建筑工程模板支架體系及其事故倒塌原因探討

林家樑

廣州隧開新技術(shù)工程有限公司（510130）

0 前言

隨著城市功能的多元化發(fā)展和基礎(chǔ)性設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展，城市高架道路、大跨結(jié)構(gòu)愈來愈多，超高模板支架廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，因此向建筑施工技術(shù)和管理提出了更高的要求。作為施工階段重要的臨時工程設(shè)施，模板支架體系的安全與否直接決定了整個工程是否安全。在過去相當(dāng)長時期內(nèi)，模板支架事故的頻繁發(fā)生嚴(yán)重威脅著建筑工程的安全生產(chǎn)。因此，對模板支架體系的工程應(yīng)用進(jìn)行深入的剖析和研究，找出引發(fā)其工程事故的可能原因，為制定科學(xué)合理的設(shè)計和施工方案提供參考是必要的。

1 鋼管模板支架簡述

鋼管模板支架以施工方便、通用性強(qiáng)、承載力高、整體剛度好等優(yōu)點，成為我國當(dāng)前施工中應(yīng)用最廣泛的一種腳手架形式。

1.1 分類

從其鋼管模板支架材料和構(gòu)造情況可劃分為:

1）按桿件的材料劃分:①單一規(guī)格鋼管的腳手架。如扣件式鋼管腳手架；②多種規(guī)格鋼管組合的腳手架。如門式腳手架；③以鋼管為主的腳手架。如設(shè)有槽鋼頂托或底座的里腳手架，有連接鋼板的挑腳手架等。

2）按橫桿與立桿之間的傳遞垂直力的方式劃分:①靠接觸面摩擦作用傳力。即靠節(jié)點處的接觸面壓緊后的摩擦反力來支撐橫桿荷載并將其傳給立桿，如扣件的作用,通過上緊螺栓的正壓力產(chǎn)生摩擦力；②靠焊縫傳力。大多數(shù)橫桿與立桿的承插聯(lián)結(jié)就是采用這種方式,門式腳手架屬于這種方式；③直接承壓傳力。這種方式多見于橫桿擱置在立桿頂端的里腳手架；④銷桿抗剪傳力。利用銷桿穿過橫桿的立式聯(lián)結(jié)板和立桿的孔洞實現(xiàn)聯(lián)結(jié)、銷桿雙面受剪力作用。

3）按聯(lián)結(jié)部件的固著方式和裝設(shè)位置劃分：①定距連接:聯(lián)結(jié)焊件在桿件上的定距設(shè)置，桿件長度定型，聯(lián)結(jié)點間距定型；②不定距聯(lián)結(jié)：聯(lián)結(jié)件為單設(shè)件，通過上緊螺栓可夾持在桿件的任何部位上。

4）按固定結(jié)點的作業(yè)方式劃分:①插入打緊；②擰緊螺栓。

1.2 特點

不同類型的工程施工選用不同用途的模板支架。現(xiàn)分別闡述扣件式鋼管腳手架、門式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架這三種常用腳手架的特點。

1）扣件式鋼管腳手架

①優(yōu)點:a）承載力較大。一般情況下,腳手架的單管立柱的承載力可達(dá)15～35 kN;b）裝拆方便,搭設(shè)靈活?？蛇m應(yīng)各種平面、立面的建筑物與構(gòu)筑物用腳手架；c）比較經(jīng)濟(jì)。加工簡單,一次投資費用較低；

②缺點：a）扣件容易丟失；b）節(jié)點處的桿件為偏心連接，降低了承載能力；c）扣件節(jié)點的連接質(zhì)量受扣件本身質(zhì)量和工人操作的影響顯著；

③適應(yīng)性：a）構(gòu)筑各種形式的腳手架、模板和其它支撐架；b）組裝井字架；c）搭設(shè)坡道、工棚、看臺及其它臨時構(gòu)筑物;d）做其它種類腳手架的輔助，加強(qiáng)桿件。

2）門式鋼管腳手架

①優(yōu)點:a）門式鋼管腳手架幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)化；b）結(jié)構(gòu)合理、受力性能好、充分利用鋼材強(qiáng)度、承載能力高；c）施工中裝拆容易、架設(shè)效率高、省工省時、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用；

②缺點:a）構(gòu)架尺寸無任何靈活性；b）交叉支撐易在中鉸點處折斷；c）定型腳手板較重；d）價格較貴；

③適應(yīng)性:a）構(gòu)造定型腳手架；b）作梁、板構(gòu)架的支撐架；c）構(gòu)造活動工作臺。

3）碗扣式鋼管腳手架

①優(yōu)點:a）多功能。能根據(jù)具體施工要求，組成不同組架尺寸、形狀和承載能力的單、雙排腳手架、支撐架、支撐柱、物料提升架、爬升腳手架、懸挑架等多種功能的施工裝備；b）高功效。整架拼拆速度比常規(guī)快，拼拆快速省力；c）通用性強(qiáng)。主構(gòu)件均采用普通的扣件式鋼管腳手架之鋼管;d）承載力大。立桿連接是同軸心承插,橫桿同立桿靠碗扣接頭連接，接頭具有可靠的抗彎、抗剪、抗扭力學(xué)性能；e）安全可靠。作用于橫桿上的荷載通過下碗扣傳遞給立桿，下碗扣具有很強(qiáng)的抗剪能力，使用安全可靠；f）易于加工，維修少。制造工藝簡單，成本適中，不需要復(fù)雜的加工設(shè)備，不需特殊養(yǎng)護(hù)、維修；g）構(gòu)件系列標(biāo)準(zhǔn)化，便于管理，不易丟失，易于運輸；

②缺點:a）橫桿為幾種尺寸的定型桿，立桿上碗扣節(jié)點按0.6m間距設(shè)置，使構(gòu)架尺寸受到限制；b）價格較貴；

③適應(yīng)性:a）構(gòu)筑各種形式的腳手架、模板和其它支撐架；b）組裝井字架；c）搭設(shè)坡道、工棚、看臺及其它臨時構(gòu)筑物;d）構(gòu)造強(qiáng)力組合支撐柱；e）構(gòu)筑承受橫向力作用的支撐架。

2 鋼管模板支撐體系倒塌事故原因分析

結(jié)合鋼管模板支架體系的特點，分析其倒塌事故發(fā)生的原因。

2.1 使用材料的原因

1）鋼管壁厚變薄。實際購買的鋼管壁厚名不副實，同時因多年使用，鋼管局部壁厚變薄，導(dǎo)致鋼管軸向抗壓能力降低。

2）鋼管彎曲。經(jīng)多年使用，鋼管產(chǎn)生變形和彎曲，鋼管彎曲后的承載能力大為降低。

3）扣件合格率低。據(jù)現(xiàn)場檢查的鋼管扣件，不能全部達(dá)到規(guī)范《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）中表5.1.7規(guī)定對接扣件抗滑承載力及直角與回轉(zhuǎn)扣件抗滑承載力的要求，合格率低。

2.2 鋼管搭設(shè)的原因

1）由于受鋼管長度限制，搭設(shè)高度較高時，立桿必需接長，通常采用對接扣件，這種對接方式使得立桿穩(wěn)定性降低。按規(guī)范理論計算時，按單根通長立桿計算，不考慮此連接點的特殊情況。該連接點是立桿中的薄弱環(huán)節(jié)，只要立桿稍有偏心，就會導(dǎo)致該點處變形很大，破壞倒塌在此首先發(fā)生。

2）搭設(shè)高度較高時，側(cè)向位移存在變形，該節(jié)點處產(chǎn)生彎曲變形改變原計算力學(xué)數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)致立桿鋼管應(yīng)力突然增大，使得整個支撐體系破壞而發(fā)生倒塌事故。

3）模板支撐承重架高度較高時，鋼管支撐體系往往缺少側(cè)向約束，故側(cè)向穩(wěn)定條件較差，在外荷載作用下極易發(fā)生側(cè)向倒塌事故。

2.3 施工安全管理的原因

1）施工現(xiàn)場項目部存在對模板支撐體系執(zhí)行規(guī)范技術(shù)要求的觀念不強(qiáng)、施工作業(yè)人員思想松懈、技術(shù)交底和安全培訓(xùn)不到位、工人培訓(xùn)欠缺和安全責(zé)任制落實不到位等現(xiàn)象。未按施工組織設(shè)計和施工方案進(jìn)行作業(yè)，簡化操作程序，未按規(guī)定程序進(jìn)行搭設(shè)，未進(jìn)行嚴(yán)格檢查，致使薄弱環(huán)節(jié)未能及時發(fā)現(xiàn)，存在安全隱患。

2）當(dāng)前建筑市場競爭激烈，采用低價投標(biāo)以提高中標(biāo)率，施工安全費用投入得不到保證。

3）實際施工過程中，較難落實規(guī)范（JGJ13O-2001）中有關(guān)扣件螺栓擰緊扭力矩值和對扣件螺栓擰緊扭力檢查的規(guī)定。

2.4 支架斜桿、立桿作用和荷載變異性等原因

1）斜撐布置存在缺陷。大多數(shù)模板倒塌事故中是由鋼管支撐體系失穩(wěn)或桿件局部失穩(wěn)造成的，即該體系的斜桿數(shù)量不足或布置不合理。規(guī)范（JGJ13O-2001）中僅對鋼管支撐體系中斜桿提出構(gòu)造上要求，未列入設(shè)計計算要求，因此模板鋼管支撐體系設(shè)計時，不對斜桿進(jìn)行力學(xué)計算，對于搭設(shè)高度較高的支模架存在抗側(cè)向位移能力的不足，導(dǎo)致支架抗側(cè)向變形較差。

2）立桿偏心受壓計算不足。模板支撐體系立桿通常按立桿中心受壓桿件進(jìn)行設(shè)計。但實際施工中，模板支撐體系存在眾多小偏心荷載，水平鋼管通過扣件與立桿連接產(chǎn)生的偏心彎矩是不可忽視的因素，這會導(dǎo)致立桿失穩(wěn)而倒塌。

3）荷載變異性。支撐架的結(jié)構(gòu)恒載和施工活荷載分布情況的變化較大，例如混凝土的施工有一定的順序，局部荷載集中和受力偏心荷載較大的情況較為普遍，不容易嚴(yán)格掌握和控制。

3 小結(jié)

模板支架事故頻頻發(fā)生，一直是建筑施工安全的主要隱患，但并沒有把模板支架當(dāng)作結(jié)構(gòu)來設(shè)計計算。由于模板支架采用構(gòu)件連接，而搭設(shè)方法又屬于結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定體系，荷載傳遞復(fù)雜，澆注過程不確定，這就造成結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和規(guī)范與實際施工情況有較大出入，存在設(shè)計與工況脫節(jié)、設(shè)計與施工脫節(jié)以及施工與管理脫節(jié)等問題，導(dǎo)致模板支架事故頻繁發(fā)生。以上給出相應(yīng)的原理分析，供工程技術(shù)人員設(shè)計與施工參考。