建筑工程模板支架體系及其事故倒塌原因探討

林家樑

廣州隧開新技術工程有限公司（510130）

0 前言

隨著城市功能的多元化發展和基礎性設施的可持續發展，城市高架道路、大跨結構愈來愈多，超高模板支架廣泛應用于工程建設中，因此向建筑施工技術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。在過去相當長時期內，模板支架事故的頻繁發生嚴重威脅著建筑工程的安全生產。因此，對模板支架體系的工程應用進行深入的剖析和研究，找出引發其工程事故的可能原因，為制定科學合理的設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、承載力高、整體剛度好等優點，成為我國當前施工中應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造情況可劃分為:

1）按桿件的材料劃分:①單一規格鋼管的腳手架。如扣件式鋼管腳手架；②多種規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生摩擦力；②靠焊縫傳力。大多數橫桿與立桿的承插聯結就是采用這種方式,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結板和立桿的孔洞實現聯結、銷桿雙面受剪力作用。

3）按聯結部件的固著方式和裝設位置劃分：①定距連接:聯結焊件在桿件上的定距設置，桿件長度定型，聯結點間距定型；②不定距聯結：聯結件為單設件，通過上緊螺栓可夾持在桿件的任何部位上。

4）按固定結點的作業方式劃分: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?，F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15～35 kN;b）裝拆方便,搭設靈活?？蛇m應各種平面、立面的建筑物與構筑物用腳手架；c）比較經濟。加工簡單,一次投資費用較低；

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

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

2）門式鋼管腳手架

①優點:a）門式鋼管腳手架幾何尺寸標準化；b）結構合理、受力性能好、充分利用鋼材強度、承載能力高；c）施工中裝拆容易、架設效率高、省工省時、安全可靠、經濟適用；

②缺點:a）構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適應性:a）構造定型腳手架；b）作梁、板構架的支撐架；c）構造活動工作臺。

3）碗扣式鋼管腳手架

①優點:a）多功能。能根據具體施工要求，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快，拼拆快速省力；c）通用性強。主構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，不需要復雜的加工設備，不需特殊養護、維修；g）構件系列標準化，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，立桿上碗扣節點按0.6m間距設置，使構架尺寸受到限制；b）價格較貴；

③適應性:a）構筑各種形式的腳手架、模板和其它支撐架；b）組裝井字架；c）搭設坡道、工棚、看臺及其它臨時構筑物;d）構造強力組合支撐柱；e）構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

結合鋼管模板支架體系的特點，分析其倒塌事故發生的原因。

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，導致鋼管軸向抗壓能力降低。

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

3）扣件合格率低。據現場檢查的鋼管扣件，不能全部達到規范《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ130-2001）中表5.1.7規定對接扣件抗滑承載力及直角與回轉扣件抗滑承載力的要求，合格率低。

2.2 鋼管搭設的原因

1）由于受鋼管長度限制，搭設高度較高時，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定性降低。按規范理論計算時，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節，只要立桿稍有偏心，就會導致該點處變形很大，破壞倒塌在此首先發生。

2）搭設高度較高時，側向位移存在變形，該節點處產生彎曲變形改變原計算力學數學模型，導致立桿鋼管應力突然增大，使得整個支撐體系破壞而發生倒塌事故。

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

2.3 施工安全管理的原因

1）施工現場項目部存在對模板支撐體系執行規范技術要求的觀念不強、施工作業人員思想松懈、技術交底和安全培訓不到位、工人培訓欠缺和安全責任制落實不到位等現象。未按施工組織設計和施工方案進行作業，簡化操作程序，未按規定程序進行搭設，未進行嚴格檢查，致使薄弱環節未能及時發現，存在安全隱患。

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

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

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。大多數模板倒塌事故中是由鋼管支撐體系失穩或桿件局部失穩造成的，即該體系的斜桿數量不足或布置不合理。規范（JGJ13O-2001）中僅對鋼管支撐體系中斜桿提出構造上要求，未列入設計計算要求，因此模板鋼管支撐體系設計時，不對斜桿進行力學計算，對于搭設高度較高的支模架存在抗側向位移能力的不足，導致支架抗側向變形較差。

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行設計。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生的偏心彎矩是不可忽視的因素，這會導致立桿失穩而倒塌。

3）荷載變異性。支撐架的結構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，不容易嚴格掌握和控制。

3 小結

模板支架事故頻頻發生，一直是建筑施工安全的主要隱患，但并沒有把模板支架當作結構來設計計算。由于模板支架采用構件連接，而搭設方法又屬于結構上的不穩定體系，荷載傳遞復雜，澆注過程不確定，這就造成結構設計方法和規范與實際施工情況有較大出入，存在設計與工況脫節、設計與施工脫節以及施工與管理脫節等問題，導致模板支架事故頻繁發生。以上給出相應的原理分析，供工程技術人員設計與施工參考。