论文部分内容阅读
摘要：本文通过对建设工程高大模板扣件式钢管支撑体系坍塌事故的稳定性进行分析，阐述了高大模板扣件式钢管支撑体系模板专项施工方案审查以及实施的监管要点和监管措施，使方案设计、实施与施工、监理、监管有效结合，以达到防止高支模工程坍塌的安全性保证。
关键词：高大模板；扣件式钢管；支撑体系；构造要求；安全监管
中图分类号：TU714 文献标识码： A
引言
随着我国经济的持续、稳步发展，建设工程的规模、建筑物的层高、跨度、荷载越来越大，住建部出台的《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87 号）规定了混凝土模板支撑工程搭设高度8m 及以上、搭设跨度18m 及以上、施工总荷载15kN/m2 及以上、集中线荷载20kN/m 及以上为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，属于高大模板支撑体系范畴。而扣件式钢管支撑架是目前建筑施工中最常见的支模方式之一，在工程实际中，对其进行稳定性分析以及安全监管，是十分必要的。
一、模板支撑架事故分析
安全问题长期困扰着建筑企业的可持续发展。施工期是事故的高发期，因混凝土强度在施工期产生和发展，由模板支撑体系承受结构自重和施工荷载。施工期各类事故中坍塌事故占有很大比例（图1），模板支撑架坍塌又是坍塌事故的重要组成部分。
图 1 施工期各类事故中坍塌事故所占比例
二、高大模板支撑体系坍塌的原因分析
高大模板支撑体系是在纵、横方向，由立杆、水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等构成的承力支架。该支架在不能满足几何不变体系条件和主要承重杆件的立杆承载力不足时，也就是支架稳定性和立杆强度不满足要求时，即可能产生坍塌。
（一）、专项方案设计的原因
对荷载考虑不周或不合理，取值偏小，荷载组合未按最不利原则考虑，对泵送砼等引起的动力荷载在计算中未考虑或估算不足。支架搭设参数选择有误。立杆下地基承载力设计取值偏大。设计时未考虑钢管壁厚不足等市场实际供应材料的影响。地基回填土的密实度未达到设计要求。基础浇筑的砼厚度、强度未达到设计要求。立杆基础无排水措施或排水不畅等造成地基下沉。无砼浇筑方案，浇筑路线不明确，未进行分层浇筑，未明确先浇筑柱、剪力墙砼，达到强度后再浇筑梁板砼。高支模支架未与已施工结构进行有效的拉结和顶紧。
（二）、施工管理缺失的原因
施工管理混乱，安全保证体系无法落实。未編制模板专项施工方案，或方案未经审查审批和专家论证，仅凭班组盲目施工。模板支撑体系搭设前未对搭设人员进行技术交底，搭设过程中未进行有效的检查监督，搭设完成后未进行验收。浇筑砼时，管理人员未履职，模板上堆集砼的数量太多、太集中，荷载严重超过方案计算的荷载，未对模板支撑体系进行监测等进行监控。
（三）、监理监管不力的原因
施工单位质量和安全保证体系不全，管理不到位，监理单位未及时责令施工单位整改或暂停施工。施工单位未报送经专家论证的专项施工方案，或施工单位未按专项施工方案施工，监理单位未及时制止或向有关单位汇报。现场监理人员未认真履行职责，对模板支撑体系未进行严格检查，验收走过场，未能及时发现支撑体系中存在严重的安全隐患。
三、模板支撑架的稳定性分析
模板支撑体系由立杆、水平杆、剪刀撑、直角扣件、旋转扣件等组成。当其中一根杆件失稳时，便会影响相连接的其它杆件。因此，杆件的稳定性不能就某根杆件孤立地分析，应综合考虑杆件之间的相互约束，对结构整体分析。高支模是由多根立杆和水平杆组成的庞大杆件体系，其中单根立杆的稳定性与整个体系的关系存在以下三点定性规律：第一是立杆在水平向受纵横杆约束，但是由于纵横杆并不是连接在刚度大的建筑物上，因此约束较小。第二是承载力未充分利用的立杆对失稳立杆存在约束作用。第三是从内力性质来说，由于杆件受压时线刚度 EI/L 减弱，受拉时增大，所以拉杆所起的约束作用比压杆要大许多；当受力特性相同时，线刚度大的约束作用大，反之则小。对某一立杆来说，水平相连杆件约束作用的大小取决于它的线刚度、受力特性和与水平相连杆件连接的整体刚度和变形。
可见，准确分析某一根立杆的稳定性十分困难，排除水平杆和剪刀撑的作用也不合理。需要寻求一个相对简化，同时又能较好反映各个杆件共同作用的力学模型。因此，在设计扣件式钢管模板支架时，建议应用有限元软件进行整体稳定性分析和单杆承载力计算。
四、高大模板支撑体系安全监管要点
高大模板专项施工方案必需按照《建设工程高大模板支撑系统专项施工方案编制导则》进行编制，并进行专家论证。
（一）、纵、横拉杆及剪刀撑设计
在钢管支撑体系中，纵、横向拉杆及剪刀撑对支架稳定性至关重要。一般情况下，纵、横向剪刀撑宽度不大于5m，水平剪刀撑间距不大于6m 且在架体扫地杆位置和顶层拉杆位置设置，剪刀撑须通长设置。架体高度大于8m 时应在最顶步增设一道水平加强杆，架体高度大于20m 时应在最顶2 步各增设一道水平加强杆。当架体超过30m 时应考虑在适当高度增加格构式加强层。
（二）、支撑系统参数的选择
包括梁、板底模、侧模、次龙骨、主龙骨的间距、立杆纵横间距、步距等；支撑设计中应充分考虑施工的实际操作，不要造成设计与施工脱节，既要满足支撑的强度、刚度、稳定又要方便施工且考虑经济性。立杆间距也应充分考虑主梁的纵向立杆与次梁横向立杆以及板的立杆间距模数的一致性，使其尽量在同一直线上，以便于水平拉杆和剪刀撑的通长拉设。高大模板支撑系统的梁、板立杆间距不得大于1.2m，步距不得大于1.5m。
（三）、应对支撑体系的地基承载力或下层楼板承载力进行验算
如果支撑体系落在地基土上，则应验算地基土承载力；如果支撑体系落在下层楼板上，则应验算下层楼板的承载力，这也是为了避免地基土或下层楼板结构遭到破坏。当支撑体系直接落在回填土上时，应明确地基土分层夯实且密实度不小于0.94，立杆下应设长度不小于两跨、宽度不小于200mm、厚度不小于50mm 的通长木垫板；对于高大模板支撑体系，地基土上应增设强度不低于C10、厚度不小于100mm 的混凝土垫层，并做好排水措施，以保证其不被水浸而导致承载力的降低。若考虑需控制底层地坪的平整度和标高，也可将其分两次施工，留50～100mm 的面层混凝土后期再施工。当支撑体系落在下层楼板上时，需对下层楼板的承载力进行验算，由于考虑到静力作用下梁、柱的设计安全度比楼板的要高，所以对于框架结构中下层框架梁、柱的承载力不必再作验算。一般要求下面两层结构的模板支撑架应按规定保留，不得拆除，这时应注意上下层模板支撑架立杆应在同一直线上，上层立杆应对准下层支架立杆，并应在立杆底部铺设垫板。
（四）、加强搭设过程的质量控制
钢管支撑搭设前应对立杆位置进行弹线放样，铺设通长垫板，在垫板上划出每根立杆的准确位置。另外，要求专业技术人员每天跟班作业，及时检查；发现问题，及时解决，确保搭设质量。模板支撑专项验收控制要点：立杆间距、步距，立杆的垂直和水平剪刀撑，立杆的垂直度，支撑接头位置是否处在同一截面，扣件是否有漏扣、少扣，螺栓拧紧扭力是否符合要求。
（五）、浇筑过程的安全监管
浇筑过程应有专人在支架外侧利用工具、仪器等对高大模板支撑系统进行观测，发现异常情况，必须立即停止浇筑，撤离作业人员，并采取相应的措施，但非常不赞成观测人员在砼浇筑时在支架下活动。省内外多次高支模坍塌，支架下看模人员最易受到伤害。
结束语
建筑施工中，高大模板支撑体系的稳定性，不但对工程建设成功与否至关重要，而且与人民群众的生命和财产安全密切相关。虽然影响高大模板支撑体系搭设的质量和安全因素很多，但只要掌握其工作原理，结合工程的实际情况，精心设计计算，优化构造措施，加强过程管理，做好架体监测，就一定能够杜绝因高大模板支撑体系失稳而造成的坍塌事故。
参考文献
[1] 杜荣军. 混凝土工程模板与支架技术[M].机械工业出版社,2004.
[2] JGJ130－2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].中国建筑工业出版社,2011.
关键词：高大模板；扣件式钢管；支撑体系；构造要求；安全监管
中图分类号：TU714 文献标识码： A
引言
随着我国经济的持续、稳步发展，建设工程的规模、建筑物的层高、跨度、荷载越来越大，住建部出台的《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87 号）规定了混凝土模板支撑工程搭设高度8m 及以上、搭设跨度18m 及以上、施工总荷载15kN/m2 及以上、集中线荷载20kN/m 及以上为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，属于高大模板支撑体系范畴。而扣件式钢管支撑架是目前建筑施工中最常见的支模方式之一，在工程实际中，对其进行稳定性分析以及安全监管，是十分必要的。
一、模板支撑架事故分析
安全问题长期困扰着建筑企业的可持续发展。施工期是事故的高发期，因混凝土强度在施工期产生和发展，由模板支撑体系承受结构自重和施工荷载。施工期各类事故中坍塌事故占有很大比例（图1），模板支撑架坍塌又是坍塌事故的重要组成部分。
图 1 施工期各类事故中坍塌事故所占比例
二、高大模板支撑体系坍塌的原因分析
高大模板支撑体系是在纵、横方向，由立杆、水平杆、水平剪刀撑、竖向剪刀撑、扣件等构成的承力支架。该支架在不能满足几何不变体系条件和主要承重杆件的立杆承载力不足时，也就是支架稳定性和立杆强度不满足要求时，即可能产生坍塌。
（一）、专项方案设计的原因
对荷载考虑不周或不合理，取值偏小，荷载组合未按最不利原则考虑，对泵送砼等引起的动力荷载在计算中未考虑或估算不足。支架搭设参数选择有误。立杆下地基承载力设计取值偏大。设计时未考虑钢管壁厚不足等市场实际供应材料的影响。地基回填土的密实度未达到设计要求。基础浇筑的砼厚度、强度未达到设计要求。立杆基础无排水措施或排水不畅等造成地基下沉。无砼浇筑方案，浇筑路线不明确，未进行分层浇筑，未明确先浇筑柱、剪力墙砼，达到强度后再浇筑梁板砼。高支模支架未与已施工结构进行有效的拉结和顶紧。
（二）、施工管理缺失的原因
施工管理混乱，安全保证体系无法落实。未編制模板专项施工方案，或方案未经审查审批和专家论证，仅凭班组盲目施工。模板支撑体系搭设前未对搭设人员进行技术交底，搭设过程中未进行有效的检查监督，搭设完成后未进行验收。浇筑砼时，管理人员未履职，模板上堆集砼的数量太多、太集中，荷载严重超过方案计算的荷载，未对模板支撑体系进行监测等进行监控。
（三）、监理监管不力的原因
施工单位质量和安全保证体系不全，管理不到位，监理单位未及时责令施工单位整改或暂停施工。施工单位未报送经专家论证的专项施工方案，或施工单位未按专项施工方案施工，监理单位未及时制止或向有关单位汇报。现场监理人员未认真履行职责，对模板支撑体系未进行严格检查，验收走过场，未能及时发现支撑体系中存在严重的安全隐患。
三、模板支撑架的稳定性分析
模板支撑体系由立杆、水平杆、剪刀撑、直角扣件、旋转扣件等组成。当其中一根杆件失稳时，便会影响相连接的其它杆件。因此，杆件的稳定性不能就某根杆件孤立地分析，应综合考虑杆件之间的相互约束，对结构整体分析。高支模是由多根立杆和水平杆组成的庞大杆件体系，其中单根立杆的稳定性与整个体系的关系存在以下三点定性规律：第一是立杆在水平向受纵横杆约束，但是由于纵横杆并不是连接在刚度大的建筑物上，因此约束较小。第二是承载力未充分利用的立杆对失稳立杆存在约束作用。第三是从内力性质来说，由于杆件受压时线刚度 EI/L 减弱，受拉时增大，所以拉杆所起的约束作用比压杆要大许多；当受力特性相同时，线刚度大的约束作用大，反之则小。对某一立杆来说，水平相连杆件约束作用的大小取决于它的线刚度、受力特性和与水平相连杆件连接的整体刚度和变形。
可见，准确分析某一根立杆的稳定性十分困难，排除水平杆和剪刀撑的作用也不合理。需要寻求一个相对简化，同时又能较好反映各个杆件共同作用的力学模型。因此，在设计扣件式钢管模板支架时，建议应用有限元软件进行整体稳定性分析和单杆承载力计算。
四、高大模板支撑体系安全监管要点
高大模板专项施工方案必需按照《建设工程高大模板支撑系统专项施工方案编制导则》进行编制，并进行专家论证。
（一）、纵、横拉杆及剪刀撑设计
在钢管支撑体系中，纵、横向拉杆及剪刀撑对支架稳定性至关重要。一般情况下，纵、横向剪刀撑宽度不大于5m，水平剪刀撑间距不大于6m 且在架体扫地杆位置和顶层拉杆位置设置，剪刀撑须通长设置。架体高度大于8m 时应在最顶步增设一道水平加强杆，架体高度大于20m 时应在最顶2 步各增设一道水平加强杆。当架体超过30m 时应考虑在适当高度增加格构式加强层。
（二）、支撑系统参数的选择
包括梁、板底模、侧模、次龙骨、主龙骨的间距、立杆纵横间距、步距等；支撑设计中应充分考虑施工的实际操作，不要造成设计与施工脱节，既要满足支撑的强度、刚度、稳定又要方便施工且考虑经济性。立杆间距也应充分考虑主梁的纵向立杆与次梁横向立杆以及板的立杆间距模数的一致性，使其尽量在同一直线上，以便于水平拉杆和剪刀撑的通长拉设。高大模板支撑系统的梁、板立杆间距不得大于1.2m，步距不得大于1.5m。
（三）、应对支撑体系的地基承载力或下层楼板承载力进行验算
如果支撑体系落在地基土上，则应验算地基土承载力；如果支撑体系落在下层楼板上，则应验算下层楼板的承载力，这也是为了避免地基土或下层楼板结构遭到破坏。当支撑体系直接落在回填土上时，应明确地基土分层夯实且密实度不小于0.94，立杆下应设长度不小于两跨、宽度不小于200mm、厚度不小于50mm 的通长木垫板；对于高大模板支撑体系，地基土上应增设强度不低于C10、厚度不小于100mm 的混凝土垫层，并做好排水措施，以保证其不被水浸而导致承载力的降低。若考虑需控制底层地坪的平整度和标高，也可将其分两次施工，留50～100mm 的面层混凝土后期再施工。当支撑体系落在下层楼板上时，需对下层楼板的承载力进行验算，由于考虑到静力作用下梁、柱的设计安全度比楼板的要高，所以对于框架结构中下层框架梁、柱的承载力不必再作验算。一般要求下面两层结构的模板支撑架应按规定保留，不得拆除，这时应注意上下层模板支撑架立杆应在同一直线上，上层立杆应对准下层支架立杆，并应在立杆底部铺设垫板。
（四）、加强搭设过程的质量控制
钢管支撑搭设前应对立杆位置进行弹线放样，铺设通长垫板，在垫板上划出每根立杆的准确位置。另外，要求专业技术人员每天跟班作业，及时检查；发现问题，及时解决，确保搭设质量。模板支撑专项验收控制要点：立杆间距、步距，立杆的垂直和水平剪刀撑，立杆的垂直度，支撑接头位置是否处在同一截面，扣件是否有漏扣、少扣，螺栓拧紧扭力是否符合要求。
（五）、浇筑过程的安全监管
浇筑过程应有专人在支架外侧利用工具、仪器等对高大模板支撑系统进行观测，发现异常情况，必须立即停止浇筑，撤离作业人员，并采取相应的措施，但非常不赞成观测人员在砼浇筑时在支架下活动。省内外多次高支模坍塌，支架下看模人员最易受到伤害。
结束语
建筑施工中，高大模板支撑体系的稳定性，不但对工程建设成功与否至关重要，而且与人民群众的生命和财产安全密切相关。虽然影响高大模板支撑体系搭设的质量和安全因素很多，但只要掌握其工作原理，结合工程的实际情况，精心设计计算，优化构造措施，加强过程管理，做好架体监测，就一定能够杜绝因高大模板支撑体系失稳而造成的坍塌事故。
参考文献
[1] 杜荣军. 混凝土工程模板与支架技术[M].机械工业出版社,2004.
[2] JGJ130－2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].中国建筑工业出版社,2011.