扣件钢管架支模的安全性

扣件钢管架支模的安全性扣件钢管架支模的安全性 2000 年 10 月 25 日上午 9 30 分左右 南京市电视台新演播大 厅在屋盖混凝土浇筑中发生了模板支撑整体倒塌重大事故 造 成 6 人死亡 11 人重伤 24 人轻伤 这是一起典型的用扣件钢 管架搭设排架支模的倒塌事故 这起事故给我们很多警示与启 示 江苏省乃至全国仍有相当多的工程采用扣件钢管架作为模 板支撑架 这就需要项目经理和技术人员以及搭设架子的作业 人员排除一些认识上的误区 对扣件钢管架支模的安全性引起 足够的重视 1 搭设材料及存在的不安全因素 1 1 钢管 模板支架用普碳钢钢管采用带钢卷制 拼缝处用高频电焊焊接 亦称电焊钢管 它比无缝钢管成本低 q235 钢管的延伸率 18 比低硬钢管的延伸率 10 高 8 最新发展和正准备 推广的钢管为低合金钢管 规格为 48mm 2 5mm 低合金钢管 管壁较薄 当模板支架的尺寸由挠度控制或稳定性控制时 需 要注意应比常规普碳钢钢管的尺寸小 10 钢管的管径优选为 48mm 最大长度限制为 6 5m 每根重量控 制在 25kg 以内 以确保搭设和拆卸的安全 钢管的检测按国家 标准 碳素结构钢 gb700 89 中 q235a 钢的规定 在模板支架 倒塌事故发生后 地方技术监督局通常对现场所用的钢管会作 抽样检测 模板支架钢管存在的不安全因素为 普碳钢管易锈蚀 严重 的出现麻坑 影响其承载力 租赁的钢管来路不同 钢管管 壁厚度严重不均 从 2 6 4 0mm 不等 一般为 3 0mm 设计时 必须考虑这一因素 用钢管规格 48mm 3 0mm 进行计算复核是 可靠的 钢管的管端经多次气割或电焊割 端面严重不平整 用作立杆时 在对接扣件部位出现初弯曲 严重影响立柱的承 载力 易失稳 1 2 扣件 扣件有钢板冲压的和可锻铸铁的 用于搭设模板支撑架的扣件 为可锻铸铁扣件 材料为机械性能不低于 kth33008 的可锻铸铁 其机械性能 抗拉强度 330n mm sup 2 sup 延伸率 8 硬度 hb120 163 可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石 墨化退火而成 比灰口铸铁具有较高的韧性 多用于制造成承 受冲击荷载的铸件 扣件检测的基本要求如下 新扣件必须有产品质量合格证 生产许可证 专业检测单位的测试报告 扣件螺栓拧紧力矩 达 70n m 时 可锻铸件扣件不得破坏 扣件使用中存在的不安全因素为 扣件来源杂乱 质量不均 特别是有价格很低的劣质扣件进入施工现场 价格为 2 5 元 个 旧扣件的螺栓有滑丝 但仍勉强使用 2 扣件钢管搭设模板支撑架的基本受力特性 2 1 排架支撑立杆两种不同受力状态的承载力 2 1 1 钢管排架立杆顶端设可调托座传力支模 在钢管顶端插 入可调托座 这种支模方法在高架桥或其他连续梁桥施工中应 用较多 属典型的轴心受压 因此 减小步高 h 能显著提高其 承载能力 经计算 在相同条件下 因管壁减薄至 3 0mm 其 承载力降低 12 左右 2 1 2 钢管排架顶部水平钢管传力支模 这种支模方式为一般 施工单位典型的支模方式 梁或板等水平混凝土构件的自重和 施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至支架的水平钢管 水平 钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆 立杆所受 的力为偏心力 偏心距为 53mm 模板支架系统的承载力由 2 个因素决定 立杆在偏心荷载下的稳定承载力 经计算 支 架步高 1 8m 时 稳定承载力设计值为 13 3kn 支架顶部水 平钢管与立杆扣接的直角扣件的抗滑力 当直角扣件的拧紧力 矩达 40 65n m 时 试验表明 单扣件在 12kn 的荷载下会滑动 其抗滑承载力可取 8 5kn 双扣件在 20kn 荷载下会滑动 其抗 滑承载力可取 12kn 对比可知 扣件的抗滑承载力小于偏心受 压状态下的稳定承载力 尤其是当扣件拧紧力矩没有确切保证 时更是如此 1986 年中国建筑机械化研究所曾对北京 上海 广州和深圳 4 个城市的 14 个高层扣件钢管脚手架的 1230 个扣 件螺栓扭力矩作了抽查 抽查表明拧紧力矩在 40 70n m 间的 仅达 43 7 扣件式钢管排架支模的扣件拧紧状况不会好于外 脚手架 因此 用扣件式钢管排架支模架时 该支模方式的承 载力主要由支架顶部水平钢管与立杆的扣件抗滑力决定 此点 有别于扣件式钢管脚手架用作外脚手架的情况 2 2 支架立杆用对接扣件作钢管接长的承载力 在斜梁支模或支模高度与钢管长度不相符时 木工通常用 2 只 旋转扣件作钢管搭接接长 根据青岛建工学院的试验 用 2 只 旋转扣件作钢管搭接接长后的最大承载力为 26 3kn 在相同试 验条件下 用对接扣件作对接接长的最大承载力为 82 7kn 为 搭接接长的 3 14 倍 该试验结果对钢管排架支模有启示 在可 能的条件下 特别是重荷载支模时 应优先采用立杆钢管对接 接长的方式 若顶部立杆用单直角扣件扣接在下一部水平钢管 上作高度调整时 此时该顶部立杆的承载力决定于单扣件的抗 滑力 以小于 8kn 考虑为宜 若顶部立杆用双旋转扣件搭接接 长时 每根立杆的允许荷载以小于 8kn 为宜 两旋转扣件的间 距应在 800mm 以上 2 3 高空支模采用双立柱的承载力 当外脚手架搭设高度超过 50m 时 上海 南京等地 80 年代曾 用双立柱搭设 以增加立柱的稳定性 对双立柱的脚手架 中 国建筑机械化研究所做过试验 其承载力比单立柱高 16 5 其破坏形态表现为上部的单立柱失稳 双立柱中 荷载作用在 其中的 1 根主立柱上 通过试验表明 双立柱的主立柱的荷载 分配规律为由上而下递减 副立柱为由上而下递增 向下传至 第 3 步时 主立柱承受的荷载降为 60 经 7 步传递后 主副 立柱各承受 50 外脚手架的双立柱搭法也可移植于高空支模 在满足顶部扣件 抗滑的条件下 为增加高度达 30m 左右的支架的稳定性 在支 架下部可搭设成双立柱形式 南京太阳宫工程的大混凝土拱肋 施工 其支模高度达 40m 的支架采用 4 根钢管组成的加强组合 立柱形式 南京国际展览中心工程 1000mm 2650mm 的大梁 支模高度达 8m 工程项目部技术员也曾提出过梁底支架双立柱 的支模主案 2 4 扫地杆和梁下横向水平杆的设置对立柱承载力的影响 由于没有这方面的专门试验 但在施工现场这又是排架支模搭 设的通病 参照脚手架的试验 其结果为 设置纵 横向扫 地杆的可使脚手架的承载力提高 5 24 在立柱与纵向水平 杆的相交处间隔设置横向水平杆和不设扫地杆 使立柱的极限 承载能力降低 11 1 由此可见 大梁下的支架的每步横向水 平钢管和底部的扫地杆都是必须设置的 2 5 剪刀撑的设置对排架支撑稳定性的影响 钢管排架支撑设置必要的剪刀撑有利于支架的整体稳定性 特 别是超大构件的重荷载支模 合理设置剪刀撑能防止在楼面混 凝土泵输送管的抖动支架的整体失稳 国内对脚手架设置合理 剪刀撑的试验对比表明 支撑体系能够提高立柱的极限承载能 力约 17 对模板支架 剪刀撑的设置有别于外脚手架 外脚 手架设置的方法一般为 45 每 6 跨设置 合理的剪刀撑设置能 改变产杆的失稳形态 特别是斜杆应与每立杆和横杆的节点用 旋转扣件扣接 2 6 变形对模板支架稳定性的影响 变形对模板支架的稳定性影响主要有 地基的不均匀沉降能 量显著影响支架立柱的受力均匀性 易产生立柱的局部失稳事 故 模板下部支撑梁的变形易引发支架的严重不均匀受力 导致支架突发性的整体倒塌事故 3 典型模板支架倒塌事故介绍与分析 3 1 深圳高架桥施工模板支架倒塌事故 2000 年 11 月 27 日晚 9 时 45 分左右 深圳盐坝高速公路工程 起点高架桥在混凝土浇筑过程中 发生了半幅桥面模板支架长 约 30 50m 的塌陷事故 重伤 10 余人 经调查 事故原因为 立柱垂直高度误差偏大 部分扣件未拧紧 水平杆连接未用 搭接方式 坍塌的第 7 跨支架设计中未设横向剪刀撑 纵向 虽设但数量不够 支架设计中对不利荷载因素及分布认识不 足 未采取相应对策和措施 施工部门 监理部门上管理不 力 安全意识淡薄 3 2 中国银行苏州分行干将路综合业务楼工程模板支架整体倒 塌事故 1997 年 1 月 15 日中国银行苏州分行干将路综合业务楼工程在 共享空间顶层屋盖井字混凝土大梁浇筑过程中发生了模板支撑 系统整体倒塌事故 造成 6 人死亡 7 人重伤 7 人轻伤的三级 死亡事故 直接损失达 100 万元 3 3 南京电视台演播中心工程大演播厅屋盖模板支架整体倒塌 事故 3 3 1 工程概况 南京电视台演播中心的大演播厅屋盖平面尺 寸为 24m 26 8m 双向预应力梁井式楼盖 y 向预应力大梁有 2 根 截面尺寸为 500mm 1600 1850 mm x 向大梁有 5 根 截面尺寸为 400mm 1600mm 屋盖板厚 130mm 屋盖顶面标 高 29 30 29 575m 大梁梁底的支模高度约为 36m 地下室 2 层 高度为 8 7m 3 3 2 事故发生情况概述 大演播厅的屋盖进行泵送混凝土浇 筑 浇筑沿向 即南北方向 分层推进 当浇筑至楼盖混凝土 量约一半 刚过 11 轴线的第 1 根 y 向预应力大梁时 中部支架 突然下沉 随即支架整体倒塌 时间延续仅 4s 楼面上作业工 人及模板下加固支架的工人短时间无法逃生 3 3 3 事故发生的技术原因分析 南京电视台演播中心工程的 大演播厅屋盖模板支架整体倒塌事故几乎是苏州中国银行共享 空间屋盖模板支架事故的重演 在对事故现场进行调查后 从 技术上讲 其事故的发生有其必然性 1 对超高支模的重要性和严重性认识不足是事故产生的深 层次原因 大演播厅的屋盖其支模高度达 36m 双向井式楼盖 的跨度达 25m 左右 其大梁高度为 1800mm 左右 但该工程的 项目部人员及监理人员对这些重要的支模技术参数没有引起足 够的重视 2 对扣件式钢管排架支撑的承载力影响因素认识不足是事 故产生的主要技术原因 该工程楼盖施工的模板支架方案为 一般板下立杆间距为 800mm 800mm 步高为 1800mm 大梁 下立杆间距增设为 400mm 步高为 900mm 但实际搭设时有 变动 立杆的双向基本尺寸改为 1000mm 1000mm 步高统一 为 1800mm 在地下室局部地坑处步高达 2 6m 大梁下增设了 间距为 500mm 的立杆 但凡增设地立杆均缺水平杆连系 这种 作法为最典型的搭设错误 支架的承载力没有得到根本性提 高 3 搭设的支架构造不合理是事故产生的又一主要原因 查 看事故现场残存的支架 支架底部无扫地杆 相邻的连续 5 根 立杆的钢管接头对接在同一高度 未见设置剪刀撑 大梁底模 下也未设置必要的均匀分配荷载的横向水平木枋等 4 超常规混凝土结构施工钢管排架支模的一些成功经验 4 1 超常规混凝土结构的几种常见形式 1 重荷载大跨度大载面混凝土框架梁 2 共享空间 多 功能厅 超高门厅等顶部楼盖的双向或单向大跨度混凝土梁板 3 混凝土转换层结构 转换在梁 转换厚板 转换桁架等 4 城市高架桥的混凝土墩台 箱梁 5 跨越两楼或马路 的廊道 6 大悬挑大截面的混凝土梁板等 4 2 混凝土转换结构采用钢管排架支模成功实例 见表 1 见表 表 1 典型混凝土转换层结构施扣件钢管支模 4 3 扣件钢管 支模方案设计要点 1 对于混凝土厚板类施工的支模 作用在模板支架上的荷 载可简化为每 m sup 2 sup 的面荷载 对于混凝土梁类 施工支模 可简化为每延米的线荷载 凡线荷载的 梁下的木 枋应垂直梁轴线铺放 使荷载均匀分布到已作加密的一定宽度 的架体上 2 模板支架上的荷载考虑混凝土 钢筋及模板等恒载及施 工活载 设计荷载按恒载 1 2 活载 1 4 3 在一般情况下 当支架上的荷载通过顶部水平杆传至立 杆时 其支架的整体承载力由扣件的抗滑力决定 其中 单扣 件抗滑力可按 6 8 5kn 考虑 双扣件抗滑力可按 12kn 考虑 4 必须有底部扫地杆 剪刀撑等构造措施 架子每步的双 向水平杆必须拉通 4 4 超常规混凝土结构施工排架支模成功的技术管理经验 1 超常规混凝土结构施工支模系统的方案设计至关重要 必须建立在较为精确的计算基础上 绝不能光靠经验解决 2 转换层结构施工的支撑荷载很大 考虑方案时一定要尽 可能通过已有强度的周边构件 柱 剪力墙等 来卸载 以减 少大空间支模的面积及作用到支撑上的荷载 3 大截面混凝土构件的支撑向下传递到楼板上的荷载往往 超过其设计荷载 这时必须对这些楼板作加强措施 4 在超高满堂排架支模时 在中心区域加设高承载力的临 时支柱 如 609mm 钢柱 槽钢焊成的支柱 混凝土支柱等 是 一种防止突发性的整体倒塌