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摘 要:在建筑工程建设中，高大模板支撑体系引起的坍塌事故时有发生，严重威胁到了建筑工程的质量安全。为此，本文结合某高支模工程倒塌事故实况，重点就高大模板支撑体系坍塌事故产生的原因进行分析，并阐述了坍塌区域及相关影响区域的清理和拆除工作。
關键词:高大模板；坍塌事故；脚手架；处理措施
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
高大模板支撑体系作为近年来发展较快的一种施工工艺，具有诸多的优点，目前在城市大跨度、重负荷构件的建筑工程中得到广泛的应用。但由于高大模板支撑体系施工是一项危险性极大的工程，容易受到操作不当、设计不合理等因素的影响，在施工过程中时常会发生模板支撑体系整体倒塌的重大事故。这不仅会影响到建筑工程的质量安全，延长工程的建设周期，而且也会影响到建筑工程的经济效益，造成人员的伤亡和财产的损失。因此，施工企业应重视高大模板支撑体系的施工质量，提高对高大模板工程的安全策划，采取切实有效的措施以避免坍塌事故的发生，从而确保建筑工程综合效益的发挥。
1 某高支模工程倒塌事故介绍
某生产大楼,为框架填充墙结构,东西方向宽90m,南北方向长108m,共5层,局部7层,建筑总高度52m。2008年12月21日,该工程在进行4楼夹层楼面混凝土浇筑,该层支模架高度1315m,最大梁截面尺寸为600mm×1500mm(图1)。凌晨2时左右,楼面Ⅱ区正在浇筑的混凝土楼面支模架突然倒塌；部分支模架压靠在Ⅰ区支模架上,引起Ⅰ区支模架整体失稳,造成Ñ区刚浇筑的楼板大幅塌陷；失稳的Ⅰ区支模架又压靠在Ⅶ区的外架上,致使Ⅶ区外架严重外凸变形。本次高支模倒塌事故造成4名工人轻伤,1名工人重伤。
图1 倒塌区域分布示意
2 事故原因分析
在事故发生后,对现场进行踏勘,发现高支模架搭设时没有满足规范构造要求,是本次事故的主要原因。如模架其中最主要的原因是纵向剪刀撑几乎没有布设,从而引起支模脚手架整体倒塌。高支模脚手架力学模型节点性质历来是研究焦点。节点性质有三种假设:分别是刚性节点、半刚性节点和铰接节点,其中对半刚性节点的柔度系数取值争议较多。为了分析方便,取极端的两种情况,节点分别为刚性和铰接来分析纵向剪刀撑的重要性。
首先,取节点为铰接的情况分析。为了简单方便,只取支模脚手架的一个基本单元分析(图2)。图2a可以看出,在没有剪刀撑时,基本单元是一个几何可变体系,给结构施加力时,结构构件会发生刚性位移；但如果加上剪刀撑后(图2b),基本单元就会变成几何不变体系,成为一个稳定的结构受力体。可见对于铰接节点模型,加上剪刀撑以后结构体系会发生根本改变,使基本单元从几何可变体系变为几何不变体系。
图2 铰接节点基本单元模型
如图3所示,当节点为刚性时,基本单元为一钢框架结构,由于剪刀撑所用的是旋转构件,所以剪刀撑与立杆的连接还是铰接节点。根据ANSYS建模,分析计算两种模型,发现在加上剪刀撑后构件的轴力要比没有加剪刀撑时轴力减少25%以上。可见,加上剪刀撑对结构受力的改善是非常明显的。
图3 刚接节点基本单元模型
3 倒塌区域及相关影响区域的清理和拆除
对倒塌区域及相关影响区域进行清理和拆除是一件需要认真研究的工作,特别是对于Ñ区塌陷部分和×区外架外凸破坏部分,处于一种不稳定的新平衡状态,在拆除卸载的过程中特别容易再次倒塌引发次生事故灾害。所以拆除清理工作必须要有详细和具体的方案。
首先,确定拆除原则是由简单到复杂、由容易到困难、由上到下在保证安全的前提下依次进行。拆除方法初定为机械粉碎和人工凿除相结合的方法。拆除过程中有3个难点,分别是:1)在拆除过程中,工人要在塌陷区域上工作,如何保证操作工人安全是一个难点；2)对于Ñ区塌陷部分,处于一种不稳定的新平衡状态,在拆除卸载的过程中特别容易再次倒塌引发次生事故灾害,如何拆除是另一个难点；3)Ⅶ区外架外凸破坏严重,在它旁边有一台塔吊,如果外架继续向外变形会影响塔吊作业,如何保护外架也是一个难题。
在拆除前为了保证工人的操作安全,在Ⅰ区两边搭设挂设生命线的脚手架,工人在操作时必须戴安全带,把安全带挂设在生命线上以保证安全。生命线用钢丝绳,成交叉网状,生命线及其脚手架构造如图4所示。
图4 生命线及其脚手架构造
对于Ⅰ区塌陷部分,在拆除时其浇筑混凝土已经具有一定强度,整个体系应力重分布,形成了新的平衡状态。Ⅰ区为向下塌陷,在东西方向可以视为一个反拱,东、西两端大梁(PG,PK轴)处于拱脚方向,这些梁除了承受竖向力外,还要承受水平力。所以倒塌后PK梁已经严重扭曲变形,其下面的钢管模架也失稳弯曲。在拆除卸载过程中要特别注意拆除的顺序,先将梁之间的板凿碎卸载,在这个过程中必须要留下主梁和板带,同时钢筋网不割断,以维持其平衡状态。在拆除混凝土板后,对本区模架重新搭设和加固,最后拆除大梁。
对于Ⅶ区外脚手架已经严重外凸变形,而且在此区域有一台塔吊,如果处理不当外脚手架继续变形会威胁塔吊安全,从而引起更大事故。所以在拆除前必须对Ⅶ区外架进行检查加固,发现连墙件损坏的必须进行更换或者加固,同时加密连墙件。在外凸区拉设四道水平和竖向钢丝绳(6×19φ14mm,承载力101kN),形成一个钢丝网,通过钢丝网把Ⅶ区外脚手架固定在P2/PJ轴和P4/PJ轴标高2618m以下的柱子上,控制Ñ区内排架和×区外脚手架继续变形。
经过仔细分析,确定了整体的拆除顺序为:Ⅴ区和Ⅵ区生命线的搭设→Ⅶ区外脚手架的保护→Ⅱ区两跨扭曲梁的拆除→清除Ⅱ区塌陷的钢筋、钢管、混凝土→自西向东拆除Ⅰ区楼板混凝土(沿梁对称拆除) →自上而下拆除Ⅰ区失稳的排架→重新搭设Ⅰ区高支模排架及验收→为拆除Ⅰ区梁搭设操作平台和封闭的架体→Ⅰ区逐根梁拆除→清除Ⅰ区破碎混凝土,按方案完善排架及模板体系；验收→Ⅱ区高支模排架搭设及验收→同时拆除Ⅶ区扭曲的三排外脚手架,并重新搭设、验收→Ⅲ区和Ⅳ区高支模加固整改、验收→Ⅴ区高支模排架搭设、加固处理→Ⅴ区结构梁的整改处理。
在现场严格按照此方案拆除,至2009年2月初,倒塌相关区域已经安全拆除。
4 结论
通过探讨高大模板支撑倒塌事产生的原因，可以得出以下几点建议及结论：①在高大模板支撑体系搭设时应按照相关规范进行，以满足工程的构造要求；②脚手架竖向剪刀撑能够使基本单元从几何可变体系变为几何不变体系，也可使工程构件的轴力减少；③倒塌区域及相关影响区域进行清理和拆除是一项难度较大的工作，需要确定好合理的拆除顺序，确保工程的有序进行。
参考文献
[1] 赖明.高大模板支撑体系施工坍塌事故的分析[J].城市建设理论研究.2012年第21期
[2] 胡志祥.高支模建筑工程坍塌事故[J].现代职业安全.2013年第01期
關键词:高大模板；坍塌事故；脚手架；处理措施
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
高大模板支撑体系作为近年来发展较快的一种施工工艺，具有诸多的优点，目前在城市大跨度、重负荷构件的建筑工程中得到广泛的应用。但由于高大模板支撑体系施工是一项危险性极大的工程，容易受到操作不当、设计不合理等因素的影响，在施工过程中时常会发生模板支撑体系整体倒塌的重大事故。这不仅会影响到建筑工程的质量安全，延长工程的建设周期，而且也会影响到建筑工程的经济效益，造成人员的伤亡和财产的损失。因此，施工企业应重视高大模板支撑体系的施工质量，提高对高大模板工程的安全策划，采取切实有效的措施以避免坍塌事故的发生，从而确保建筑工程综合效益的发挥。
1 某高支模工程倒塌事故介绍
某生产大楼,为框架填充墙结构,东西方向宽90m,南北方向长108m,共5层,局部7层,建筑总高度52m。2008年12月21日,该工程在进行4楼夹层楼面混凝土浇筑,该层支模架高度1315m,最大梁截面尺寸为600mm×1500mm(图1)。凌晨2时左右,楼面Ⅱ区正在浇筑的混凝土楼面支模架突然倒塌；部分支模架压靠在Ⅰ区支模架上,引起Ⅰ区支模架整体失稳,造成Ñ区刚浇筑的楼板大幅塌陷；失稳的Ⅰ区支模架又压靠在Ⅶ区的外架上,致使Ⅶ区外架严重外凸变形。本次高支模倒塌事故造成4名工人轻伤,1名工人重伤。
图1 倒塌区域分布示意
2 事故原因分析
在事故发生后,对现场进行踏勘,发现高支模架搭设时没有满足规范构造要求,是本次事故的主要原因。如模架其中最主要的原因是纵向剪刀撑几乎没有布设,从而引起支模脚手架整体倒塌。高支模脚手架力学模型节点性质历来是研究焦点。节点性质有三种假设:分别是刚性节点、半刚性节点和铰接节点,其中对半刚性节点的柔度系数取值争议较多。为了分析方便,取极端的两种情况,节点分别为刚性和铰接来分析纵向剪刀撑的重要性。
首先,取节点为铰接的情况分析。为了简单方便,只取支模脚手架的一个基本单元分析(图2)。图2a可以看出,在没有剪刀撑时,基本单元是一个几何可变体系,给结构施加力时,结构构件会发生刚性位移；但如果加上剪刀撑后(图2b),基本单元就会变成几何不变体系,成为一个稳定的结构受力体。可见对于铰接节点模型,加上剪刀撑以后结构体系会发生根本改变,使基本单元从几何可变体系变为几何不变体系。
图2 铰接节点基本单元模型
如图3所示,当节点为刚性时,基本单元为一钢框架结构,由于剪刀撑所用的是旋转构件,所以剪刀撑与立杆的连接还是铰接节点。根据ANSYS建模,分析计算两种模型,发现在加上剪刀撑后构件的轴力要比没有加剪刀撑时轴力减少25%以上。可见,加上剪刀撑对结构受力的改善是非常明显的。
图3 刚接节点基本单元模型
3 倒塌区域及相关影响区域的清理和拆除
对倒塌区域及相关影响区域进行清理和拆除是一件需要认真研究的工作,特别是对于Ñ区塌陷部分和×区外架外凸破坏部分,处于一种不稳定的新平衡状态,在拆除卸载的过程中特别容易再次倒塌引发次生事故灾害。所以拆除清理工作必须要有详细和具体的方案。
首先,确定拆除原则是由简单到复杂、由容易到困难、由上到下在保证安全的前提下依次进行。拆除方法初定为机械粉碎和人工凿除相结合的方法。拆除过程中有3个难点,分别是:1)在拆除过程中,工人要在塌陷区域上工作,如何保证操作工人安全是一个难点；2)对于Ñ区塌陷部分,处于一种不稳定的新平衡状态,在拆除卸载的过程中特别容易再次倒塌引发次生事故灾害,如何拆除是另一个难点；3)Ⅶ区外架外凸破坏严重,在它旁边有一台塔吊,如果外架继续向外变形会影响塔吊作业,如何保护外架也是一个难题。
在拆除前为了保证工人的操作安全,在Ⅰ区两边搭设挂设生命线的脚手架,工人在操作时必须戴安全带,把安全带挂设在生命线上以保证安全。生命线用钢丝绳,成交叉网状,生命线及其脚手架构造如图4所示。
图4 生命线及其脚手架构造
对于Ⅰ区塌陷部分,在拆除时其浇筑混凝土已经具有一定强度,整个体系应力重分布,形成了新的平衡状态。Ⅰ区为向下塌陷,在东西方向可以视为一个反拱,东、西两端大梁(PG,PK轴)处于拱脚方向,这些梁除了承受竖向力外,还要承受水平力。所以倒塌后PK梁已经严重扭曲变形,其下面的钢管模架也失稳弯曲。在拆除卸载过程中要特别注意拆除的顺序,先将梁之间的板凿碎卸载,在这个过程中必须要留下主梁和板带,同时钢筋网不割断,以维持其平衡状态。在拆除混凝土板后,对本区模架重新搭设和加固,最后拆除大梁。
对于Ⅶ区外脚手架已经严重外凸变形,而且在此区域有一台塔吊,如果处理不当外脚手架继续变形会威胁塔吊安全,从而引起更大事故。所以在拆除前必须对Ⅶ区外架进行检查加固,发现连墙件损坏的必须进行更换或者加固,同时加密连墙件。在外凸区拉设四道水平和竖向钢丝绳(6×19φ14mm,承载力101kN),形成一个钢丝网,通过钢丝网把Ⅶ区外脚手架固定在P2/PJ轴和P4/PJ轴标高2618m以下的柱子上,控制Ñ区内排架和×区外脚手架继续变形。
经过仔细分析,确定了整体的拆除顺序为:Ⅴ区和Ⅵ区生命线的搭设→Ⅶ区外脚手架的保护→Ⅱ区两跨扭曲梁的拆除→清除Ⅱ区塌陷的钢筋、钢管、混凝土→自西向东拆除Ⅰ区楼板混凝土(沿梁对称拆除) →自上而下拆除Ⅰ区失稳的排架→重新搭设Ⅰ区高支模排架及验收→为拆除Ⅰ区梁搭设操作平台和封闭的架体→Ⅰ区逐根梁拆除→清除Ⅰ区破碎混凝土,按方案完善排架及模板体系；验收→Ⅱ区高支模排架搭设及验收→同时拆除Ⅶ区扭曲的三排外脚手架,并重新搭设、验收→Ⅲ区和Ⅳ区高支模加固整改、验收→Ⅴ区高支模排架搭设、加固处理→Ⅴ区结构梁的整改处理。
在现场严格按照此方案拆除,至2009年2月初,倒塌相关区域已经安全拆除。
4 结论
通过探讨高大模板支撑倒塌事产生的原因，可以得出以下几点建议及结论：①在高大模板支撑体系搭设时应按照相关规范进行，以满足工程的构造要求；②脚手架竖向剪刀撑能够使基本单元从几何可变体系变为几何不变体系，也可使工程构件的轴力减少；③倒塌区域及相关影响区域进行清理和拆除是一项难度较大的工作，需要确定好合理的拆除顺序，确保工程的有序进行。
参考文献
[1] 赖明.高大模板支撑体系施工坍塌事故的分析[J].城市建设理论研究.2012年第21期
[2] 胡志祥.高支模建筑工程坍塌事故[J].现代职业安全.2013年第01期