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建筑施工模板支撑系统 随着高层建筑日益增多 建筑结构日趋复杂 脚手架与模板工程在搭设 施工 使用中作业危险因素多 极易发生伤亡事故 有关数据表明 因脚手架与模板问题造成的人身伤亡事故在所有工程施工伤亡事故中所占的比例非常高 30 以上 是群死群伤工程事故的高发地 2005年9月6日 位于北京西单的西西工程4号地综合楼工地发生模板支架坍塌事故 事发时现场共有47名工人施工 事故造成8人死亡 20多人受伤 2007年9月6日郑州富田太阳城中心采光井模板支架坍塌 共造成7人死亡 17人受伤 2008年1月2日上午合肥建筑工地发生模板坍塌事故 正在浇筑砼的十多人被埋 造成12人受伤 1人死亡 2008年11月21日 博兴县体育活动中心游泳乒乓球馆二楼楼顶突然坍塌 20余工人随楼顶落下 18人受伤住院 2010年1月3日14时20分许 由云南建工市政公司承建的昆明新机场配套引桥工程发生垮塌 共造成7人死亡 8人重伤 26人轻伤 2010年1月12日中午11点50分左右 芜湖华强文化科技产业园配送中心工地混凝土浇筑过程中发生倒塌事故 十余名工人被压 截至19时20分 已有6名工人死亡 7人受伤 还有2名工人生死不明 2010年1月12日中午11点50分左右 芜湖华强文化科技产业园配送中心工地混凝土浇筑过程中发生倒塌事故 十余名工人被压 截至19时20分 已有6名工人死亡 7人受伤 还有2名工人生死不明 模板支撑系统坍塌事故原因分析 材料方面 管理方面 计算方面 构造方面 施工方面 构造原因 垂直与水平剪刀撑的设置 水平杆与扫地杆的设置 关于立杆伸出顶层水平杆长度a 构造原因 侧向支撑 剪刀撑 设置不足 导致失稳 图示一 图示二 扣件规范参照了英国标准 但构造要求没有英国标准严格 按英国标准 横向框格与纵向框格设斜杆者均占一半 接近于 几何不可变杆系结构 构造原因 建筑施工模板安全技术规范JGJ162 2008规定 满堂模板和共享空间模板支架立柱 在外侧周圈应设由下至上的竖向连续式剪刀撑 中间在纵横向应每隔1Om左右设由下至上的竖向连续式剪刀撑 其宽度宜为4 6m 并在剪刀撑部位的顶部 扫地杆处设置水平剪刀撑 图6 2 4 1 剪刀撑设置 建筑施工模板安全技术规范JGJ162 2008规定 当建筑层高在8 20m时 除应满足上述规定外 还应在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑 在有水平剪刀撑的部位 应在每个剪刀撑中间处增加一道水平剪刀撑 图6 2 4 2 建筑施工模板安全技术规范JGJ162 2008规定 当建筑层高超过20m时 在满足以上规定的基础上 应将所有之字斜撑全部改为连续式剪刀撑 1 在立柱底距地面200mm高处 沿纵横水平方向应按纵下横上的程序设扫地杆 2 可调支托底部的立柱顶端应沿纵横向设置一道水平拉杆 3 扫地杆与顶部水平拉杆之间的间距 在满足模板设计所确定的水平拉杆步距要求条件下 进行平均分配确定步距后 在每一步距处纵横向应各设一道水平拉杆 4 高度8 20m时 在最顶步距两水平拉杆中间应加设一道水平拉杆5 高度大于20m时 在最顶两步距水平拉杆中间应分别增加一道水平拉杆6 所有水平拉杆的端部均应与四周建筑物顶紧顶牢 无处可顶时 应在水平拉杆端部和中部沿竖向设置连续式剪刀撑 水平杆与扫地杆 板模板支架 不设置扫地杆时立杆的稳定性计算 步距1 8米 计算长度取3 6米 采用48 3 0钢管 Lo i 360 1 59 226查表得 0 149N 205 4 24 102 0 149 1000 12 9KN 设置扫地杆时立杆的稳定性计算公式 步距1 8米 计算长度取3 6米 采用48 3 0钢管 Lo i 180 1 59 113 2查表得 0 475N 205 4 24 102 0 475 1000 41 3KN 北京西西工程现场照片 支撑梁 板的支架立柱构造与安装应符合下列规定 1 梁和板的立柱 其纵横向间距应相等或成倍数 其它强制性条文标准 2 钢管立柱底部应设垫木和底座 顶部应设可调支托 U形支托与楞梁两侧间如有间隙 必须楔紧 其螺杆伸出钢管顶部不得大于200mm 螺杆外径与立柱钢管内径的间隙不得大于3mm 安装时应保证上下同心 其它强制性条文标准 3 当支架立柱高度超过5m时 应在立柱周圈外侧和中间有结构柱的部位 按水平间距6 9m 竖向间距2 3m与建筑结构设置一个固结点 4 钢管规格 间距 扣件应符合设计要求 每根立柱底部应设置底座及垫板 垫板厚度不得小于50mm 5 立柱接长严禁搭接 必须采用对接扣件连接 相邻两立柱的对接接头不得在同步内 且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于500mm 各接头中心距主节点不宜大于步距的1 3 6 严禁将上段的钢管立柱与下段钢管立柱错开固定在水平拉杆上 材料原因 钢管壁厚变薄 发生弯曲变形 扣件合格率低 扭力矩不够 钢管 抗弯强度 立杆稳定性 不同壁厚钢管参数计算 扣件抗滑承载力 影响扣件抗滑承载力的几个因素 1 扣件本身质量 自重普遍不够 2 使用年限3 扣件螺栓拧紧扭力矩值不应小于40N m 且不应大于65N m 有关部门调查结果 扣件扭力矩平均达不到25N m 达到40N m的不到10 许多只是扭上 扭力矩大约10N m 建议 对扣件抗滑承载力加一个0 8左右的折减系数 计算方面 模板方案不计算或计算书套用情况普遍 荷载取值与传递路线 计算模型与公式等不正确 方案编制人员力学知识较缺乏 对规范理解有误 其中N 立杆的轴心压力设计值 kN A 立杆净截面面积 cm2 轴心受压稳定系数 由长细比 Lo i查表 Lo 计算长度 m i 计算立杆的截面回转半径 cm f 钢管立杆抗压强度设计值 205 00N mm2 立杆的稳定性计算公式 轴心受压构件的稳定系数 扣件式钢管脚手架规范规定 5 1 4当纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距不大于55mm时 立杆稳定性计算中可不考虑此偏心距的影响 模板安全技术规范规定 5 1 7承重的支架柱 其荷载应直接作用于立杆的轴线上 严禁承受偏心荷载 并应按单立杆轴心受压计算 6 1 9立柱接长严禁搭接 必须采用对接扣件连接 相邻两立柱的对接接头不得在同步内 且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于500mm 各接头中心距主节点不宜大于步距的1 3 偏心荷载影响 立杆连接处是薄弱环节 实验表明 对接扣件的承载能力比搭接高2 14倍 立杆连接处是薄弱环节 只要立杆稍有偏心 此处变形就很大 破坏在此首先发生 搭设高度愈大 对接扣件连接节点愈多 侧向变形就愈明显 一旦侧向变形较大时 该节点处产生弯曲变形改变原计算力学数学模型 致使立杆钢管应力突然增大 导致整个支撑系统破坏而发生倒塌事故 计算时 按单杆轴心受压构件计算 但实际施工中 立杆承受偏心荷载 荷载 模板 方木 水平钢管 扣件 立杆1 扣件 立杆2当荷载P 20KN对立杆偏心矩为55mm时其偏心荷载产生的弯矩 M 20 0 055 1 1KN m立杆由偏心荷载产生的应力为 1 1 105 4 49 103 245MPa f 205MPa 偏心荷载影响 偏心荷载影响 由于水平横杆会对立杆产生偏心弯矩 建议模板支架搭设时 将横杆对称相间放置 水平杆A与B对立杆产生的偏心弯矩正好相反 通过横向水平杆C得到平衡 相反 如果水平杆在同一侧放置 对立杆产生偏心弯矩叠加效应 对支模架产生倾覆力 应该禁止 关于计算长度问题 扣件式钢管脚手架规范JGJ130 2001规定 L0 h 2a 公式二 L0 k1k2 h 2a 公式三 L0 kuh h 支架立杆的步距a 模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度 建筑施工模板安全技术规范JGJ162 2008规定 计算长度采用纵横向水平拉杆的最大步距 最大步距不得大于1 8m 板模板支架 板模板支架 设置顶托 关于计算长度问题 扣件抗滑移计算 单扣件抗滑承载力取8KN双扣件取12KN大于12KN时应采用顶托 1 模板及其支架自重标准值G1K 应根据模板设计图纸计算确定 肋形或无梁楼板模板自重标准值应按下表采用 kN m 木模板定型组合钢模板平板的模板及小梁0 30 5楼板模板 含梁模板 0 50 75楼板模板及其支架 层高4m以下 0 751 10面板采用12mm厚竹胶板 次楞采用6 8cm方木 间距20cm时 经测算自重值为0 17kN m 次楞采用钢管时自重值为0 21kN m 荷载标准值一 永久荷载标准值 2 新浇砼自重标准值G2K 普通混凝土可采用24KN m 其他混凝土应按其实际 测 重力密度计算 3 钢筋自重标准值G3K 应根据工程设计图确定 对一般梁板结构每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值 楼板可取1 1kN 梁可取1 5kN 4 新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值G4K 可按下列公式计算 并取其中的较小值 c 混凝土的重力密度 kN m3 V 混凝土的浇筑速度 m h t0 新浇混凝土的初凝时间 h 可按试验确定 当缺乏试验资料时 可采用t0 200 T 15 T为混凝土的温度 4 新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值G4K 1 外加剂影响修正系数 不掺外加剂时取1 0 掺具有缓凝作用的外加剂时取1 2 2 混凝土坍落度影响修正系数 当坍落度小于30mm时 取0 85 坍落度为50 90mm时 取1 00 坍落度为110 150mm时 取1 15 说明 泵送砼坍落度 150mm 取1 2 H 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度 m 5 其它永久荷载标准值 冷天施工时保温层及雪荷载 按实际材料计算 二 可变荷载标准值 1 施工人员及设备荷载标准值Q1K 当计算模板和直接支承模板的小梁时 均布活荷载可取2 5kN m2 再用集中荷载2 5kN进行验算 比较两者所得的弯矩值取其大值 当计算直接支承小梁的主梁时 均布活荷载标准值可取1 5kN m2 当计算支架立柱及其他支承结构构件时 均布活荷载标准值可取1 0kN m2 泵送砼时 当计算模板和直接支承模板的小梁时 均布活荷载可取4kN m2 当计算直接支承小梁的主梁时 均布活荷载标准值可取2 4kN m2 当计算支架立柱及其他支承结构构件时 均布活荷载标准值可取1 6kN m2 荷载标准值二 可变荷载标准值 1 施工人员及设备荷载标准值Q1K 2 振捣混凝土时产生的荷载标准值Q2K 对水平面模板可采用2kN m2 对垂直面模板可采用4kN m2 3 倾倒混凝土时 对垂直面模板产生的水平荷载标准值Q3K 应按现行国家标准 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 2006年版 中的规定计算 其中基本风压值应按规范附表D 4中n 10年的规定采用 并取风振系数 z 1 k z z s 0 z 高度z处的风振系数 z 风压高度变化系数 s 风荷载体形系数 0 基本风压 荷载标准值三 风荷载标准值 风压高度变化系数 z 查建筑结构荷载规范 地面粗糙度 风荷载体形系数 s 荷载设计值 一 永久荷载的分项系数 1 当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合 应取1 2 对由永久荷载效应控制的组合 应取1 35 2 当其效应对结构有利时 一般情况应取1 对结构的倾覆 滑移验算 应取0 9 二 可变荷载的分项系数一般情况下应取1 4 对标准值大于4kN m2的活荷载应取1 3 三 风荷载的分项系数 取1 4 荷载设计值 4 2 1计算模板及支架结构或构件的强度 稳定性和连接强度时 应采用荷载设计值 荷载标准值乘以荷载分项系数 4 2 2计算正常使用极限状态的变形时 应采用荷载标准值 荷载组合 一 对于承载能力极限状态应按荷载效应的基本组合采用 应采用下列设计表达式进行模板设计 0S R 4 3 1 1 0 结构重要性系数 其值按0 9采用 S 荷载效应组合的设计值 R 结构构件抗力的设计值 应按各有关建筑结构设计规范的规定确定 对于基本组合 荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定 1 由可变荷载效应控制的组合 式中 G 永久荷载分项系数 应按本规范表4 2 3采用 Qi 第i个可变荷载的分项系数 其中 Q1为可变荷载Q1的分项系数 应按本规范表4 2 3采用 Gik 按各永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值 Qik 按可变荷载标准值计算的荷载效应值 其中Q1k为诸可变荷载效应中起控制作用者 n 参与组合的可变荷载数 2 由永久荷载效应控制的组合 普西 ci 可变荷载Qi的组合值系数 当按本规范中规定的各可变荷载采用时 其组合值系数可为0 7 二 对于正常使用极限状态应按下列设计表达式进行设计 S C 4 3 1 1 C 结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值对于标准组合 荷载效应组合设计值S应按下式采用 模板及其支架荷载效应组合的各项荷载标准值组合 注 验算挠度应采用荷载标准值 计算承载能力应采用荷载设计值 变形值规定 4 4 1当验算模板及其支架的刚度时 其最大变形值不得超过下列容许值 对结构表面外露的模板 为模板构件计算跨度的1 400 对结构表面隐蔽的模板 为模板构件计算跨度的1 250 1 面板 面板可按简支跨计算 胶合板面板抗弯强度应按下式计算 Wj 胶合板毛截面抵抗矩fjm 胶合板的抗弯强度设计值 应按本规范附录A的表采用 设计 竹胶合板面板JG T156 2004 2004年6月1日实施 混凝土模板用胶合板GB T17656 1999 1999年8月1日实施 2 主楞与次楞 按简支梁或连续梁来计算 3 扣件式钢管立柱计算 用对接扣件连接的钢管立柱应按单杆轴心受压构件计算 公式中计算长度采用纵横向水平拉杆的最大步距 最大步距不得大于1 8m 步距相同时应采用底层步距 其中N 立杆的轴心压力设计值 kN A 立杆净截面面积 cm2 轴心受压稳定系数 由长细比 Lo i查表 Lo 计算长度 m i 计算立杆的截面回转半径 cm f 钢管立杆抗压强度设计值 205 00N mm2 立杆的稳定性计算公式 立杆的稳定性计算 例 板厚0 2m 立杆间距1m 1m 最大步距1 8米 支架高度8m 荷载取值 砼自重24kN m3 钢筋自重 1 5kN m3 模板自重0 35kN m2 施工荷载1kN m2 0 9 1 2 0 1121 8 24 0 2 1 5 0 2 35 1 1 1 4 1 1 1 8 115kN 0 9 1 35 0 1121 8 24 0 2 1 5 0 2 0 35 1 1 1 4 0 7 1 1 1 8 593kN 采用48 3 0钢管 A 4 24cm2 i 1 59cm Lo i 180 1 59 113 2查表得 0 475N 8 593 103 4 24 102 0 475 42 66N mm2 20530N mm2 施工措施 砼浇筑方向 砼浇筑过程中 为确保砼均衡受力 应采用自中间向两侧浇筑 或自两侧向中间的浇筑方向 不宜自一端向另一端推进浇筑 对大梁和厚板应采取分层浇筑 研究表明 绝大多数支撑体系倒塌事故是发生在砼浇筑过程中 砼浇筑路径选择不当会引起局部支撑内力增大 是造成模板支撑体系倒塌的一个重要原因 砼浇筑方向 有关研究表明 采用图二浇筑方式时 最大轴力出现在全部砼浇筑完毕后 采用图一与三浇筑方式时 最大轴力并非出现在全部砼浇筑完毕后 而是出现在砼局部浇筑过程中 模板立杆底部地基处理 6 1 22 竖向模板和支架立柱支承部分安装在基土上时 应加设垫板 垫板应有足够强度和支承面积 且应中心承载 基土应坚实 井应有排水措施 对湿陷性黄土应有防水措施 对特别重要的结构工程可采用混凝土 打桩等措施防止支架柱下沉 对冻胀性土应有防冻融措施 3 当满堂或共享空间模板支架立柱高度超过8m时 若地基土达不到承载要求 无法防止立柱下沉 则应先施工地面下的工程 再分层回填夯实基土 浇筑地面混凝土垫层 达到强度后方可支模 控制荷载 应严格控制模板上材料 机具 人员数量与重量 防止超载 拆除模板支撑 有时候 为增加立杆承载力 中下段采用双立杆 此时对模板支撑系统承载力的提高是有限的 有研究资料显示 承载力提高仅20 而有人错误的按双立杆计算承载力 双立杆对承载力的影响 大跨度梁的拆除 应先从中间开始向两端对称进行 管理原因 作业人员思想松懈 不按施工方案操作 检查责任又不到位 施工技术人员未对模板方案根据实际情况进行严格计算 套用其它工程的模板设计方案 由于低价投标 安全费用投入相应减少 项目部多且分散 检查很难铺开 管理人员与作业工人流动性大 技术交底与培训不到位 管理措施 过程沉降观测 浇筑过程中 随时观察支架支承情况 发现下沉 松动和变形情况及时停止浇筑 进行加固 在大梁跨中安装观测埋件 浇筑过程中 对埋件标高实时观测 如出现突然大沉降 立即停止浇筑作业 查清原因 砼浇筑过程中 支架内禁止或限制人员作业进出 为人员进入支架进行检测和观测工作设置的安全通道和安全观察 测 点的设计与设置应符合以下规定 1 路径最短 便于安全进入和迅速撤出 2 采用可靠的安全棚护设计 应能承受不低1 5倍坠落冲击荷载的作用 3 安全观察点应与安全通道连通或不超过2秒的进入距离 安全资料方案与交底 1 按规定编制安全专项施工方案 安全专项施工方案主要应包括工程概况 周边环境 理论计算 包括简图 详图 施工工序 施工工艺 安全措施 劳动力组织 以及使用的设备 器具与材料等内容 2 编制 审核 审批 专家论证手续要齐全 3 从事模板作业的人员 应经安全技术培训并留有书面记录 4 工程技术人员应以书面形式向作业班组进行施工操作的安全技术交底 5 有紧急预案 建筑施工模板安全技术规范JGJ162 2008 设计计算 荷载取值 构造安装 山东省建筑工程安全专项施工方案编制审查与专家论证暂行办法 第五条下列危险性较大的分部分项工程 施工单位应编制安全专项施工方案 脚手架工程落地式钢管脚手架 附着式升降脚手架 悬挑式脚手架 门型脚手架 挂脚手架 高处作业吊篮 卸料平台 其他临时设置的作业平台 模板工程工具式模板工程 包括滑模 爬模 大模板等 混凝土构件模板工程 特殊结构支撑系统工程 2007 9 12实施 第三章方案的编制与审批第七条安全专项施工方案应由施工总承包单位组织编制 编制人员应具有本专业中级以上技术职称 第八条安全专项施工方案主要应包括工程概况 周边环境 理论计算 包括简图 详图 施工工序 施工工艺 安全措施 劳动力组织 以及使用的设备 器具与材料等内容 第九条安全专项施工方案应由施工单位技术负责人组织施工技术 设备 安全 质量等部门的专业技术人员进行审核 审核人员中至少2人应具有本专业中级以上技术职称 其中按照本办法第六条规定需专家论证的 审核人员中至少2人应具有本专业高级以上技术职称 审核合格 由施工单位技术负责人审批 实行施工总承包的 还应报总承包企业技术负责人审批 第十条工程监理单位应组织本专业监理工程师对施工单位提报的安全专项施工方案进行审核 审核合格 报监理单位总监理工程师和建设单位审批 第十一条安全专项施工方案的编制 审核 审批人等应