论大模板支架事故分析及安全对策.docx
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论大模板支架事故分析及安全对策
论大模板支架事故分析及安全对策
摘要：
近年来，高大模板支架作为一种临时结构广泛应用开来，因其坍塌发生的事故从不间断，且造成的后果极其严重，鉴于此，保证其施工安全愈发引起人们的重视。
高大模板支架结构因其稳定性好，承载能力优越，搭设高度相对高，受到广泛的推广使用。
作为一种几何可变的临时性结构体系，一旦发生局部失稳，有可能造成支撑体系的整体坍塌。
所以，对因高大模板支架坍塌而发生的一部分典型事故进行安全性分析进而提出完善的安全对策，确保模板支架的安全，具有一定的理论价值和实际意义。
在前人工作的基础上，遵循建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范2001版和最新出版的2011版等一系列设计和施工规范的要求，翻阅参考相关资料和文献，概括出当前高大模板支架使用方面的安全现状，剖析了近十年来国内发生的部分典型的模板支架坍塌的事故原因，总结得到了导致模板支架发生坍塌的最主要因素。
从技术角度看，主要是架体超载或受到不利荷载影响；从直接起因看，支架设计方案粗糙和支架搭设不合理是直接诱因。
在此基础上，对中冶时代广场项目的高支模施工方案进行深入研究，建立了科学合理的计算模型，并计算分析了支承高大模板的支架及各个扣件钢管节点的承载力。
从影响模板支架坍塌的各方面因素作为出发点，提出了详细和完善的安全对策，可为高大模板支架施工提供参考。
Abstract
Inrecentyears，tallformworkframecollapseoccurredfrequently，andtheconsequencesareextremelyserious，thesafetyoftallformworkframeincreasinglyattentionhasbeenpaid．Becauseofitsgoodstability，excellentcarryingcapacity，andtheerectionofahighdegreeofrelativelyhigh，formworksupportstructurehasbeenwidelypromotetheuseof．Temporarystructuralsystemasageometricvariable，intheeventofalocalinstabilitymaycausetheoverallcollapseofthesupportsystem．Analyzingtallformworkframecollapseoccurredaspartofatypicalaccident，andthenputtingforwardasoundsecuritymeasures，toensurethesafetyoftheformworkframe，withsometheoreticalandpracticalsignificance．
ReadingtorefertotherelevantinformationanddocumentationonthebasisofpreviousworkandfollowingaseriesofdesignandconstructionspecificationsoftherequirementsofbuildingconstructionsteeltubularscaffoldSafetyTechnicalCode（2001Edition）andthenewlypublished2011edition，thecurrenttallformworkframeaspectsofsecuritysituationissummedup，thecauseoftheaccidentoverthepastdecadesomeofthetypicalformworkframecollapseisalsoresearched，andthemostimportantfactorleadtothecollapseoftheformworkframeislisted．Fromatechnicalpointofview，themainframebodyisoverloaded，orbeadverselyloadimpact；fromthedirectcauseoftherough，theframedesignandscaffoldingunreasonabledirectincentives．
Onthisbasis，highformworkconstructionprogramontheMetallurgicalTimesSquareprojectin-depthstudy，toestablishascientificandrationalcalculationmodelandcomputationalanalysisofthebearingtallformworkframeandfastenerbearingcapacityofthetubular．Thecollapseofthevariousfactorsthataffecttheformworkframeasastartingpoint，adetailedandcomprehensivesecuritycountermeasurescanprovideareferenceforthetallformworkframeproject．
KeyWords：
TallFormwork；SupportSystem；AccidentAnalysis；SafetyMeasures
目 录
摘 要I
AbstractII
1绪论1
1.1引言1
1.2模板支架的发展历史1
1.2.1国外的发展背景1
1.2.2国内的发展背景2
1.3模板支架的组成2
1.4模板支架的应用现状3
1.4.1设计方面的研究现状4
1.4.2施工方面的使用现状4
1.5模板支撑系统施工存在的问题4
2模板支架的计算理论7
2.1脚手架和模板支架计算概述7
2.2脚手架和模板支架计算理论7
2.2.1荷载计算7
2.2.2纵向水平杆、横向水平杆计算8
2.2.3立杆基础承载力计算10
2.2.4模板支架立杆稳定性计算10
2.3扣件式规范存在的问题及措施12
2.3.1荷载计算规定12
2.3.2纵、横向立杆计算13
2.3.3支撑架构造措施的问题及修正16
3高大模板支撑架事故分析及安全对策17
3.1典型事故17
3.1.1模板支架事故背景17
3.1.2典型模板支架坍塌事故概述17
3.1.3模板支架事故基本特点19
3.2引发模板支架坍塌事故的原因19
3.2.1模板支架坍塌的技术原因19
3.2.2模板支架坍塌的直接原因21
3.2.3模板支架坍塌的类型划分22
3.3典型事故分析23
3.3.1北京西单工程事故分析23
3.3.2南京电视台演播中心事故分析26
3.4事故处理方案28
3.4.1北京西单工程事故的安全对策28
3.4.2南京电视台事故的安全对策30
3.5事故预防措施31
4高大模板支架设计34
4.1工程概况34
4.2高支撑架设计34
4.2.1参数信息34
4.2.2方木计算35
4.2.3钢管计算37
4.2.4扣件抗滑移计算38
4.2.5模板支架荷载计算38
4.2.6立杆稳定性计算39
4.3悬挑外架设计40
4.3.1参数信息40
4.3.2小横杆的计算42
4.3.3大横杆计算42
4.3.4扣件抗滑力计算44
4.3.5脚手架荷载计算44
4.3.6立杆稳定计算45
4.3.7最大搭设高度计算46
4.3.8连墙件计算47
4.3.9立杆地基承载力计算48
4.4梁板结构在高支模架中的构造和施工要求48
5结论与展望50
参考文献52
致谢55
1绪论
1.1引言
高大模板支架体系是目前我国建筑施工行业中使用最多的一类模架形式。
其优势分别体现在承载力突出、施工简单灵活、应用广泛、整体稳定性良好等几方面，越来越多的基础设施结构在设计过程中凸显了其灵活性和使用功能的多变性。
建筑设计的趋势就是向高度和跨度不停的迈进，因此超高模板支架体系会在今后的很多实际工程中愈发普遍应用，预计今后长时间内会占据主导地位。
根据对我国进入新世纪以来所发生的三百五十多起模板支架事故进行统计分析，发现施工过程中是一个事故最容易发生的阶段。
在这个阶段，模板支架作为操作工人施工的暂时性设施，它的安全问题对于整个工程的顺利完成起到很重要的作用。
可是，在种种制度不健全和人为因素太复杂的情况下，模板支架体系的安全性得到的关注总是不够，在所有发生的建筑事故中，模板支架事故竟然能达到1/4以上，早已严重影响到建筑工程的安全运转，对工人的人身安全更是极大挑战[1]。
因此，对高大模板支架的设计和施工进行全面研究，是非常有现实意义的。
因此，本文将以中冶时代广场高大模板支架为研究对象，对其进行施工指导并提出足够安全的设计指导书，以期为高大模板支架施工提供有益的参考。
1.2模板支架的发展历史
1.2.1国外的发展背景
模板支承系统的迅猛发展是离不开模板工程技术进步的。
目前，各式各样的支承系统已经在世界各地广泛使用，形成各种系列产品。
过去很长时期，世界各国的建筑企业普遍使用竹木支撑作为模板支架。
20世纪初，英国首先应用钢管支架，并逐步完善发展为扣件式钢管支架。
它具有拆装灵活、通用性强等特点，很快得到推广应用[1]。
到了30年代，瑞士发明了可调钢支柱，这是一种单管式支柱，利用螺管装置可以调节钢支柱的高度。
80年代后，为增加其使用功能，不少国家在钢支柱的转盘、顶部和底部作了改进，使单管式支柱可以独立安装，保证装拆更加方便[1]。
而美国在50年代发明了门式脚手架，它具有装拆简单、承载性能好，使用安全可靠等特点，所以推广极快。
目前，在欧洲、日本等地，门式支架的使用量占到各类支架使用量的一半左右[1]。
日本在50年代初期也以单管扣件脚手架为主，到60年代大量推广应用门式脚手架。
尤其是该国劳动省出于对工人生命财产的保护，企业也重视脚手架的施工安全，根据不同工程要求采用不同用途脚手架和支撑，为施工工人提供良好的工作环境和保证施工作业的安全[1]。
而到了上世纪60年代以来，市场上出现承插式钢管支架。
这种支架结构使用简单，用横杆和斜杆插入插座，即可拼装成各种尺寸的模板支架。
近几年，德国又研制了一个插座可以同时连接8个不同方向的横杆或斜杆的承插式多功能支架。
据德国专家介绍，这种支架比碗扣式支架更先进[1]。
1.2.2国内的发展背景
模板支撑架系统在工程施工中从基础到竣工一直都起到很关键的作用。
追溯到以前，我国一直使用的是竹木支撑系统，到了20世纪60年代，才开始广泛应用扣件式钢管脚手架，其使用量达到所有支撑形式用量的一半以上。
到80年代初，一些建筑企业引进最多的就是碗扣式脚手架。
90年代以来，随着大量大跨高耸结构体系的出现，一些建筑企业积极研究和开发了多种新型脚手架。
近年来，因支架坍塌而引起的事故频频发生，给国家和人民生命财产造成了巨大损失。
大力推广应用新型脚手架是必由之路，亦是势在必行。
国家应该将新型脚手架的推广使用作为解决脚手架施工安全的根本措施。
但是我国现在处于社会主义初级阶段，科技和经济实力还不是很强大，因此高大模板支架的应用与研究仍是热点[2]。
1.3模板支架的组成
模板支架构件主要由以下几部分组成：
（1）模板
钢筋混凝土现浇的结构工程均需要模板，模板虽然只作为一种临时结构，但是在施工中极其重要。
目前，建筑工程中大量应用的是组合式定型钢模板及钢木模板，支架搭设的也普遍都是扣件式钢管模板支架。
（2）扣件
工程上使用的扣件形式有三种，分别是：
回转扣件；直角扣件；对接扣件。
（3）钢管
钢管采用3号普通钢管，尺寸建议采用，其质量检测应符合相关规范中对Q235-A的规定进行。
钢管截面几何特性见表1.1。
表1.1钢管截面特性
钢管规格（mm）外径D（mm）壁厚t（mm）截面积A（mm²）惯性矩I（mm4）回转半径i（mm）每米长重量（kg/m）
48
51
513.5
3.5
3.0489
522
452121900
148100
13100015.78
16.80
17.003.84
4.10
3.55
（4）底座
底座尺寸为长、厚，上部焊接高的钢管。
有内插式和外套式两种，内插式的外径比立杆内径小，外套式的内径比立杆外径大。
如图1.2所示[3]。
ab
a：
内插式底座b：
外套式底座
1-承插钢管2-钢板底座
图1.2扣件式钢管脚手架底座
1.4模板支架的应用现状
当今世界各国都在风起云涌的展开大规模的基础设施建设，大跨高耸结构竞相矗立。
但是与此同时频繁出现的安全事故让许多工程人员头疼起来,重大事故时有发生，其中因模板支架坍塌而引起的事故在所有事故中占到一半以上。
进入新的经济发展狂热时期，工程建设的速度攀升很快，相对应的事故也更容易发生。
所以模板支架的安全问题也应该摆在每个工程负责人的面前。
此类事故给国家和人民生命财产安全造成的损失不可预估。
简单讲，保证高支模架系统在工程的开始到收尾达到安全可靠，就需要考虑设计和施工两点。
前者主要考虑的是荷载、抗力和设计安全水准；而后者主要注意的是模板支架的搭设质量对安全性的影响。
1.4.1设计方面的研究现状
近几年来，不管是在国外，还是处于国内的研究者，对于模板支架的安全进行了很多的试验和理论工作，并取得了一定的成果。
其中抗力的研究成果最多，许多数据是在施工现场所取得的，然后进行验算和统计工作。
在设计安全水准方面，国内一些专家通过分析研究扣件式钢管承重支架的正常运转要求，就是要保证足够富裕的设计安全度。
为了得到能使支架保证实际安全水准的设计要求，进行模板支架的安全分析迫在眉睫。
但是好长一段时间以来，模板支架的设计没有一个权威的定论。
毕竟，模板支架仅仅属于一个临时结构设施，在实际施工中会随时发生一些意想不到的不确定因素影响工程正常进行[4]。
1.4.2施工方面的使用现状
当前，全国各地各大建设单位虽然受到经济过热的影响，但是其工程规模和速度依然保持强劲的发展势头。
现在使用最普遍的就是扣件式钢管模板支撑系统，而影响扣件钢管脚手架模板支撑施工安全的因素很多。
在施工搭设质量方面，缺少剪刀撑、立杆的基础不坚固、水平杆缺失、扣件和钢管质量差等是存在的主要问题。
因为临时结构的不确定性，随时都可能因一些小问题引起扣件钢管脚手架模板支撑系统整体坍塌事故，连带着可能造成群伤群死的重大问题[5]。
为了减少扣件钢管脚手架模板支撑系统发生坍塌事故的可能，我亲自到中冶时代广场项目施工现场对高大模板支架的搭设状况和设计方案进行分析指导，作为一种实习，以期发现这个项目高大模板支架工程分别在设计和施工中存在的问题，同时提出控制对策，防止事故发生。
1.5模板支撑系统施工存在的问题
（1）许多施工企业的项目技术负责人带头弄虚作假，不按照要求设计制作符合施工要求的模板施工方案，没有从根本上真正认识到施工方案编制的重要性。
技术负责人在编制施工方案时仅仅是凭借以前的经验作出了对大多参数的确定，没有结合工程项目的具体情况认真进行编制，没有考虑自身工程的特殊性，盲目套用。
现在许多施工单位的模板支撑体系的设计计算脱离工程实际，进行模板搭设时没有各构件的详细图纸说明，做技术交底的人没有明确支撑体系搭设工艺的详细做法，失去了有效指导施工的作用。
这种突出的现象在规模较小的施工企业中尤其明显[5]。
（2）生产经营者为了牟取暴利，不惜生产规格参差不齐的建筑用钢管和扣件。
从建材市场进入施工现场的钢管，尺寸有很大一部分达不到规范要求，偏差太乱，严重影响搭设质量。
现场所使用的钢管和扣件一部分标识模糊不清，还有就是缺乏生产、检测等许多相关证明资料。
施工单位负责人对进入现场的钢管和扣件，在使用前没有进行抽样检测其质量问题，存在严重的磨损、锈蚀、变形、开裂等质量问题[5]。
（3）扣件钢管脚手架模板支撑面处理不当，基础承载力不满足要求。
立杆底部不垫垫板或者垫板悬空放置，排水设施没有安置，支撑面被水浸泡等一系列安全隐患。
（4）最新的建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范已经于2011年12月1日开始推行使用，有些施工单位对2001版规范中修订的部分视而不见，显然会大大影响支架的承载能力。
少数工程项目甚至不参照任何规范，仅仅凭借经验搭设。
出现的主要问题详列如下：
支架立杆底部未设置垫板；立杆两端接头未错开，立杆间距偏大；立杆接长不允许采用搭接；顶托随意伸长且没有进行相应的加固。
扫地杆零零散散，水平杆设置时有时无。
水平杆步距过大且不够水平，纵横向设置断断续续；剪刀撑的整体稳定作用没能体现在架体上；扫地杆缺失太多。
一是剪刀撑未沿全高全长连续设置；二是模板支架设置的竖向剪刀撑方法不对或数量不足，其跟架体的连接固定方式是错误的，剪刀撑斜杆没有固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上；三是水平剪刀撑设置不满足规范要求。
（5）现场发现，扣件的扭力矩不足的情况存在于很多模板支架工程中。
现场检测的数据远不及安全值，大多数扣件的扭矩值低于40N•m，少部分扣件甚至出现扭力矩为0的情况。
究其原因我们不难得出这样的结论，扣件的拧紧力未达到40N•m－65N•m有两方面的原因。
一个原因是施工单位为了节约费用，安排的人员不足导致他们的体能处于紧绷状态，拧紧力自然就很难得到保证。
另一个原因是部分有搭设经验的作业人员凭借经验断定扭力矩没达到规范要求不会影响其安全工作，自认为还容易拆除，所以故意为了加快进度就没有拧紧。
这些都属于人为的因素[5]。
（6）施工项目部负责人疏于管理，各部门人员所做的安全技术交底基本属于一个形式。
长期恶性循环导致工程质量安全无法保证，需要履行的义务没有施行。
施工现场技术负责人对立杆间距、步距、剪刀撑的倾斜度和扫地杆等这些参数的选择对支撑架的整体稳定起到了关键作用，因此搭设中不能随便选用，必须有相关的依据。
如果从搭设开始就埋下了安全隐患，后期作出调整非常艰难。
再有的问题集中于对工程安全影响较大的重点部位和环节，施工方的检查督促落实很多弄虚作假，对现场存在的一系列问题没有做到及时监管。
部分施工单位管理人员验收的程序仅有签字程序，没有亲自到施工现场进行检查验收。
材料进入现场之后，管理不善导致大量材料损耗过度，承载力大幅降低。
没有经验的新农民工未进行培训就被安排上岗[5]。
（7）根据我在工地实习的过程中与监理人员的接触发现，监理这个职业因为工作的特殊性，是一个表面上吃力不讨好的工作。
因此一部分监理人员本来具备的专业技术水平不够高，对各项施工规范的学习仅凭经验所得，全靠一张嘴在施工现场“工作”。
游离于甲方和乙方之间，既没有对整个脚手架系统的施工过程做到有效的管理监控，也没有及时发现设计方案存在的问题，放任施工单位随意搭设。
这样的监理人员就没有真正履行监控管理的义务。
胡乱利用自己的权利进行盲目的检查和验收，实际上他们都没有看过具体的施工方案。
2模板支架的计算理论
2.1脚手架和模板支架计算概述
（1）脚手架和模板支架工程结构的设计理论和方法都是以概率理论为基础的极限状态设计法。
（2）结构承载力要满足荷载效应（S）＜结构的抗力（R）即可。
（3）施工要求有两点，一是不超过结构承载能力极限状态，二是满足正常使用极限状态。
前者是结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。
计算分析主要考虑其安全性。
后者是结构或构件达到正常使用（如变形的规定限值。
验算杆件变形主要考虑其适用性。
根据其荷载、杆件分布和搭设情况，需进行以下验算：
1）纵向、横向水平杆等受弯构件的强度连接扣件的抗滑承载力计算；
2）立杆稳定性；
3）连墙件的强度、稳定性和连接强度；
4）立杆地基承载力计算；
（4）当水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距不大于时，稳定性计算可不考虑偏心距影响。
（5）计算构件的强度、稳定性与连接强度时，应进行荷载组合。
永久荷载分项系数取1.2，可变荷载取1.4。
（6）受弯构件按正常使用极限状态的要求验算变形，采用短期效应组合设计值。
（7）扣件承载力设计值，钢材强度设计值与弹性模量，受弯构件（纵向、横向水平杆等的容许挠度）以及受压构件容许长细比，从规范中能得到这些数据或限值[3，6，7]。
2.2脚手架和模板支架计算理论
高大模板支架在现行扣件式规范和施工手册中所提出的计算分析方法与扣件式钢管脚手架的计算方法基本相同，该规范对模板支架计算方法和构造要求有专门的叙述。
一方面由于都是采用扣件式钢管支架结构，在计算与构造上有基本相似的方面，但另一方面在荷载取值、计算分析、构造措施上也有区别。
2.2.1荷载计算
模板支架所受荷载有两项：
（1）永久荷载（恒载）
a）模板及支架自重：
组合木模；组合钢模；组合钢模及支架。
b）钢筋自重：
用钢量大的按工程图实计，板可按每立方米钢筋重，梁每立方米钢筋重计。
c）钢筋混凝土重量取。
（2）可变荷载（施工活载）
d）施工荷载：
模板及其下楞木取，再以集中荷载计，二者比较取大值。
计算楞木下直接支承构件取，支架立杆及其它构件取。
e）振捣荷载：
水平面模板取；垂直面模板；
f）新浇混凝土对模板侧面的压力：
采用内部振动器时，按下式计算取最小值：
或（式2.1）
式中：
F为对模板侧面压力（）；r为；t0为初凝时间；为外加剂影响系数，掺加取1.2，不掺加取1.0；为坍落度影响系数，坍落度为0.85，为l.0，为1.15；为浇捣速度（）；H为浇捣混凝土的高度。
侧压力仅用于计算侧模，计算模板支架可不考虑。
模板支架计算把以上有关荷载作用下的标准值乘以分项系数后，得到设计值[2，7]。
2.2.2纵向水平杆、横向水平杆计算
扣件式钢管模板支架在现行扣件式规范和施工手册中所提出的纵、横向水平杆的计算分析方法与扣件式钢管脚手架的计算基本相同。
（1）受弯强度的计算
（式2.2）
式中：
为弯矩设计值；为模板自重标准值产生的弯矩；为活荷载标准值产生的弯矩；恒荷载分项系数取1.2，活荷载取1.4；为截面模量；为钢材抗弯强度设计值。
规范中对两者的规定如表2.1所示
表2.1钢材强度设计值与弹性模量（N/mm²）
Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值
205
弹性模量E2.0610
（2）挠度计算
（式2.3）
式中：
为荷载作用产生的挠度；为容许挠度。
规范中对受弯杆件容许挠度的规定如表2.2所示
表2.2受弯构件的挠度
构件类别容许挠度
纵、横向水平杆
悬挑受弯杆件l/15
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