鋼管扣件式支模架與腳手架倒塌事故分析

1、48鋼管扣件式支模架與腳手架倒塌事故分析由于鋼管（48）搭設(shè)腳手架和支模架簡(jiǎn)易、靈活、方便，且鋼管經(jīng)久耐用，租用費(fèi)用相對(duì)較低，48鋼管在建筑施工中得到廣泛應(yīng)用，但是鋼管搭設(shè)需要扣件連接，其節(jié)點(diǎn)屬于鉸接，鋼管支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，若支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不予重視，施工方案和搭設(shè)過(guò)程中存在不安全的隱患，往往會(huì)造成倒塌事故發(fā)生，因此對(duì)支模架和腳手架倒塌事故進(jìn)行分析，尋找對(duì)策，提出措施是十分必要的。一、近幾年重大安全事故案例1、2002年10月25日南京電視臺(tái)演播中心施工過(guò)程中，發(fā)生一起模板支撐系統(tǒng)整體坍塌事故，造成6人死亡，11人重傷，24人輕傷。2、2002年7月25日，某大學(xué)新校區(qū)歌劇院施工中，在澆筑屋面

2、結(jié)構(gòu)（凈跨18m，凈高21.8m）混凝土?xí)r，發(fā)生坍塌事故，24人被壓，造成4人死亡，20人受傷。3、2003年2月18日，某研究發(fā)展中心工程施工中，在澆筑門廳（結(jié)構(gòu)高度為28.1m，凈跨24m）混凝土?xí)r，晚上20：00左右發(fā)生支模架坍塌，造成13人死亡，17人受傷的重大傷亡事故。4、2003年3月12日中午，在施工整染車間混凝土澆筑時(shí)，發(fā)生支模架坍塌事故，塌陷面積約1000m2，造成2人死亡，七人受傷的重大安全事故。5、2004年2月26日，河南省某工地在澆筑跨度15m、寬8m、高15m的辦公樓大門檐頂混凝土?xí)r，模板支撐系統(tǒng)發(fā)生坍塌，造成5人死亡、9人受傷。6、2004年4月10日，常州市某印

3、刷廠車間工程，施工人員在車間屋面天溝施工中，天溝支撐失穩(wěn)坍塌，造成3人死亡、7人受傷。7、2004年6月14日，沈陽(yáng)市某工程，在電梯井部頂部（距地面100m）設(shè)備間進(jìn)行模板支護(hù)過(guò)程中，電梯井模板和操作平臺(tái)整體坍塌，造成3人死亡。8、2004年6月28日13時(shí)，廣西馬山縣某廠房工程，在澆搗屋面混凝土過(guò)程中，模板支撐系統(tǒng)坍塌，造成3人死亡、11人受傷。9、2005年元月10日，嘉興某購(gòu)物廣場(chǎng)工程發(fā)生一起支模架倒塌事故，造成一人死亡、2人重傷、6人輕傷事故。10、2005年4月17日下午，上海松江區(qū)某在建廠房的腳手架及房頂發(fā)生坍塌，25人被埋，當(dāng)時(shí)有11人被救出，仍有14人被埋。二、倒塌事故原因分析

4、1、材料上原因（1）鋼管壁厚變薄在市場(chǎng)上采購(gòu)鋼管，名義上是48×3.5鋼管，實(shí)際測(cè)量時(shí)，不少鋼管壁厚實(shí)為2.83.0mm，其軸向抗壓能力降低18.713.3。鋼管使用多年，局部壁厚也變薄。（2）鋼管彎曲鋼管經(jīng)過(guò)多年使用后，鋼管將產(chǎn)生變形和彎曲，而模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)均按直線鋼管來(lái)考慮，不考慮其彎曲變形的，實(shí)際上鋼管彎曲后的承載能力大為降低。某工程發(fā)生重大事故后對(duì)鋼管進(jìn)行檢查，其合格率僅為50%。（3）扣件合格率低規(guī)范JGJl302001表規(guī)定對(duì)接扣件抗滑承載力為3.2KN，直角與回轉(zhuǎn)扣件抗滑承載力為8KN，從現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，很難達(dá)到此規(guī)定，某工地發(fā)生重大事故后，對(duì)扣件進(jìn)行檢查，其合格率為

5、0。2、施工安全管理（1）不少施工現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部對(duì)模板支撐系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)范規(guī)定技術(shù)要求觀念不強(qiáng)，作業(yè)人員思想松懈，由于使用臨時(shí)工較多，未按施工組織設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行作業(yè)，檢查中常發(fā)現(xiàn)立桿間距變大現(xiàn)象，簡(jiǎn)化操作程序，未按公司規(guī)定的程序進(jìn)行搭設(shè)，未進(jìn)行嚴(yán)格檢查或檢查不徹底，致使薄弱環(huán)節(jié)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，檢查責(zé)任又不到位。（2）現(xiàn)場(chǎng)管理人員更換頻繁，建筑現(xiàn)場(chǎng)一線作業(yè)人員素質(zhì)較低，存在技術(shù)交底和安全培訓(xùn)不到位現(xiàn)象。（3）由于施工企業(yè)項(xiàng)目部多，地點(diǎn)分散，各種檢查很難全面鋪開(kāi)，特別對(duì)于新招民工，民工培訓(xùn)和公司安全責(zé)任制不能及時(shí)落實(shí)，安全措施不到位。（4）建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，壓價(jià)情況嚴(yán)重，在招標(biāo)文件中極大多數(shù)不提及施工安

6、全投入費(fèi)用單項(xiàng)，施工企業(yè)為了提高中標(biāo)率，只能采用低價(jià)投標(biāo)，施工中安全投入費(fèi)用自然減少，施工安全投入費(fèi)用與國(guó)外相比，差距很大。（5）規(guī)范JGJl30-2001中表5.1.7注中規(guī)定“扣件螺栓擰緊扭力矩值不應(yīng)小于40N.m，且不應(yīng)大于65N.m”，第8.2.5條對(duì)扣件螺栓擰緊扭力檢查作出規(guī)定，但施工中實(shí)際很難做這一點(diǎn)。3、48鋼管搭設(shè)存在問(wèn)題（1）搭設(shè)高度較高時(shí)，由于鋼管長(zhǎng)度限制，立桿必需接長(zhǎng)，通常采用對(duì)接扣件(若技術(shù)交底不詳或現(xiàn)場(chǎng)疏忽，也有采用回轉(zhuǎn)扣件連接的，這種對(duì)接方式對(duì)立桿穩(wěn)定極為不利，理論上可以理解為一個(gè)鉸接節(jié)點(diǎn))，但目前規(guī)范和理論計(jì)算時(shí)，不考慮此連接接點(diǎn)存在，按整個(gè)整長(zhǎng)立桿計(jì)算，計(jì)算立桿

7、內(nèi)力時(shí)不考慮此連接點(diǎn)的特殊情況，實(shí)際上該連接點(diǎn)是立桿中的薄弱環(huán)節(jié)，只有立桿稍有偏心，導(dǎo)致該點(diǎn)處變形很大，破壞倒塌在此首先發(fā)生，搭設(shè)高度較高時(shí)，模板支模系統(tǒng)立桿中對(duì)接扣件連接節(jié)點(diǎn)較多，理論上水平橫向或縱向連桿對(duì)立桿起到一個(gè)側(cè)向支撐作用，計(jì)算時(shí)是不考慮有側(cè)向變形，實(shí)際上，搭設(shè)高度較高時(shí)，側(cè)向位移變形不可能不存在，一旦側(cè)向變形較大時(shí)，該節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生彎曲變形改變?cè)?jì)算力學(xué)數(shù)學(xué)模型，致使立桿鋼管應(yīng)力突然增大，導(dǎo)致整個(gè)支撐系統(tǒng)破壞而發(fā)生倒塌事故。（2）模板支撐承重架高度較高時(shí)(如某工程凈高28m，凈跨24m的門廳混凝土施工)，鋼管支撐系統(tǒng)往往缺少側(cè)向約束，故側(cè)向穩(wěn)定條件較差，在外荷作用下，極易發(fā)生側(cè)向倒塌塌

8、事故。4、48鋼管支架計(jì)算（1）48鋼管立桿穩(wěn)定性鐵道部編寫的組合鋼模板手冊(cè)中48鋼管立桿允許軸向荷載見(jiàn)表1與表2，上表說(shuō)明一個(gè)對(duì)接扣件連接的48鋼管立桿承載能力為回轉(zhuǎn)扣件連接立桿的2倍以上。規(guī)范JGJ130-2001中規(guī)定立桿穩(wěn)定性不考慮風(fēng)荷載情況下，計(jì)算公式如下：   （1）上式中，N48鋼管立桿軸向設(shè)計(jì)值； 軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；A立桿截面面積； 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(205Nmm2)。若立桿步距為1.5m，按規(guī)范（）式計(jì)算，計(jì)算長(zhǎng)度為：l.5×1.155×l.55=2.685m長(zhǎng)細(xì)比： =268515 8=170，查附錄C得 =0.245由上式求得

9、立桿允許軸向力：N=0.245×205×489=24.56KN=2.450t從大量倒塌事故事后檢查，立桿鋼管所受的軸向壓力極大部份均小于2.4t，一般均在1.0t左右，這說(shuō)明立桿鋼管穩(wěn)定性驗(yàn)算符合規(guī)范要求，并不能阻止倒塌事故發(fā)生，這表明支模系統(tǒng)立桿穩(wěn)定性計(jì)算數(shù)學(xué)模型并不完善，還需從構(gòu)造上給予綜合考慮，同時(shí)要有現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)加強(qiáng)支模系統(tǒng)整體穩(wěn)定措施來(lái)彌補(bǔ)。（2）影響立桿穩(wěn)定性因素。1）立桿與橫桿鋼管連接采用扣件，實(shí)屬于鉸接方式，其穩(wěn)定性要靠剪刀撐，但規(guī)范規(guī)定剪刀撐間距又較稀。2）忽略支模架斜桿作用大多數(shù)模板倒塌事故中，并不是鋼管承載能力不足造成的，而是鋼管支撐系統(tǒng)失穩(wěn)或桿件局部

10、失穩(wěn)造成的。然而鋼管支撐系統(tǒng)失穩(wěn)是該系統(tǒng)側(cè)向變形能力不足造成的，也就是說(shuō)該系統(tǒng)的斜桿（剪刀撐）數(shù)量不足或布置不合理。但規(guī)范JGJl30-2001中對(duì)鋼管支撐系統(tǒng)中斜桿（剪刀撐）只提出構(gòu)造上要求，未列入設(shè)計(jì)計(jì)算要求，因此模板鋼管支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不對(duì)斜桿進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，對(duì)于搭設(shè)高度較高的支模架往往存在抗側(cè)向位移的能力不足，特別是混凝土柱與樓層梁板一起澆筑時(shí)，其支模架抗側(cè)向變形較差。2002年“10.25”事件、2003年“2.18”事件和“7.25”事件充分說(shuō)明這一點(diǎn)。3）48鋼管立桿存在偏心荷載影響模板支撐系統(tǒng)一般不按框架或排架進(jìn)行計(jì)算，剪刀撐也按規(guī)范構(gòu)造要求和施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布置，規(guī)范JGJl30-

11、2001第5.1.4條規(guī)定“當(dāng)縱向或橫向水平桿的軸線對(duì)立桿軸線的偏心距不大于55mm時(shí)，立桿穩(wěn)定性計(jì)算可不考慮此偏心距的影響”。因此，模板支撐系統(tǒng)立桿通常按立桿中心受壓桿件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但實(shí)際施工中，模板支撐系統(tǒng)存在眾多小偏心荷載，如圖l中，施工荷載通過(guò)模板傳遞給方木（如20×50，300），再傳遞給橫向水平連桿鋼管A，通過(guò)旋轉(zhuǎn)扣件連接將荷載轉(zhuǎn)遞給立桿1#，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)扣件（2個(gè)以上）將荷載傳遞給2#立桿，1#立桿以下所有立桿，一般采用對(duì)接扣件接長(zhǎng)（但也有采用旋轉(zhuǎn)扣件接長(zhǎng)的），這是常規(guī)的支模搭設(shè)方法，現(xiàn)場(chǎng)大量采用，由此可見(jiàn)，水平鋼管A承載豎向荷載，對(duì)鋼管2有一個(gè)偏心距110mm。在計(jì)算時(shí)一

12、般不考慮此立桿存在偏心，實(shí)際上存在小偏心受壓情況。由于48鋼管截面模量W值較小，故抗彎能力很弱，如采用48×3.5（圖1），若水平桿A承載豎向力N=20KN的外力時(shí)，水平桿豎向間距為1500mm，立桿計(jì)算長(zhǎng)度：長(zhǎng)細(xì)比： =277215.8=175，查規(guī)范JGJl302001附錄C得 =0.232豎向荷載產(chǎn)生應(yīng)力為： =176.3Nmm2圖2中，荷載P對(duì)立桿產(chǎn)生偏心矩為55mm，故立桿的彎矩為：M=20×0.055=1.1KN鋼管由偏心荷載產(chǎn)生應(yīng)力為：=216.5Nmm2>176.3Nmm2 由上計(jì)算可知，荷載偏心產(chǎn)生鋼管應(yīng)力大于荷載本身垂直應(yīng)力，因此水平鋼管通過(guò)扣件與

13、立桿連接產(chǎn)生的偏心彎矩是不可忽視的因素，然而在模板支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)中忽視這一因素，這可能是導(dǎo)致立桿失穩(wěn)而倒塌的原因之一。（3）數(shù)學(xué)模型存在欠缺目前施工現(xiàn)場(chǎng)模板系統(tǒng)支撐與腳手架很大部份采用48鋼管。48鋼管搭設(shè)的模板支撐系統(tǒng)、內(nèi)外腳手架，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，其計(jì)算模型和簡(jiǎn)圖與實(shí)際情況有較大不同，計(jì)算簡(jiǎn)圖采用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)為鉸接，各桿件交于一點(diǎn)。而48鋼管搭設(shè)的模板支撐系統(tǒng)、內(nèi)外腳手架立桿與橫桿、斜桿用扣件連接，一個(gè)扣件只能連接兩根桿件，故其所有桿件不能交于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這就產(chǎn)生偏心問(wèn)題，其數(shù)學(xué)模型也無(wú)法考慮這個(gè)問(wèn)題?？奂B接其鎖扣能力，回轉(zhuǎn)扣件規(guī)范JGJl30-2001定為8KN，十字扣件只有6KN，一字扣件只有

14、2.5KN，與鋼管本身強(qiáng)度相差較大，不相匹配。模板支撐系統(tǒng)與腳手架和主體進(jìn)行必要的連接，在規(guī)范中一般要求做到剛性連接，設(shè)計(jì)方案中也要求這樣做，而現(xiàn)場(chǎng)情況與計(jì)算或設(shè)計(jì)存在相當(dāng)大的差距，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際很難達(dá)到剛性連接的要求。因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際誤差較大。立桿與水平橫桿連接常用扣件，故節(jié)點(diǎn)構(gòu)造屬于鉸接，這樣組裝支模架和腳手架均為鉸接節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，其側(cè)向穩(wěn)定要依靠與主體連接和剪刀撐，從結(jié)構(gòu)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其穩(wěn)定性較差，一旦與主體連接失效或剪刀撐數(shù)量較少、搭設(shè)不規(guī)范均可能導(dǎo)致整體坍塌事故發(fā)生。由于支模架和腳手架節(jié)點(diǎn)為鉸接，不具備超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，只要一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，結(jié)果致使鄰近產(chǎn)生很大外力和失穩(wěn)，結(jié)果發(fā)生

15、整個(gè)支模架和外腳手架倒塌。三、預(yù)防措施及對(duì)策1、立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算從以上分析可知，立桿荷載是由水平橫向鋼管通過(guò)扣件傳遞，模板支架頂層頂步采用回轉(zhuǎn)扣件接長(zhǎng)（規(guī)范JCJl302001第節(jié)）時(shí)，其偏心矩由圖1可知e110mm，故所有立桿均屬于偏心受壓狀態(tài)，應(yīng)按下式計(jì)算；      （2）上式中，M立桿所承受的變矩，包括水平桿荷載偏心和風(fēng)荷載等產(chǎn)生彎矩之和；W鋼管截而系數(shù)；48×3.5鋼管W=5.08cm3；48×3.0鋼管W=449cm3。由上式驗(yàn)算立桿的穩(wěn)定性。由于48鋼管抗彎能力低，應(yīng)控制支模架步高。2、調(diào)整扣件

16、抗滑能力規(guī)范JGJl302001中第5.1.7條回轉(zhuǎn)扣件抗滑設(shè)計(jì)值為8KN，山東省腳手架操作規(guī)程中附表2其值為5KN，由于現(xiàn)場(chǎng)大量使用回轉(zhuǎn)扣件，從實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，回轉(zhuǎn)扣件抗滑能力一般很難達(dá)到規(guī)范要求。某工地曾對(duì)扣件進(jìn)行檢測(cè)，其合格率為零。故模板支架設(shè)計(jì)時(shí)，回轉(zhuǎn)扣件抗滑值定為5KN比較合適3、減少立桿鋼管偏心荷載1）由于回轉(zhuǎn)扣件連接存在偏心問(wèn)題，故立桿盡量使用對(duì)接扣件。2）立桿用回轉(zhuǎn)扣件連接采用如下連接方案。 4、適當(dāng)增加剪刀撐布置數(shù)量，提高支模架和腳手架的抗變形能力。5、盡量增加支模架與剛性主體連接當(dāng)混凝土柱先施工，樓板與梁后施工條件下，其混凝土立柱具有較大抗側(cè)變形能力，與主體柱或墻剛性

17、連接，提高支模架抗側(cè)向變形能力。6、支模架高度高于8m時(shí)，應(yīng)布置水平剪刀撐，并設(shè)法采用型鋼支模方法。7、對(duì)于荷載較大（如轉(zhuǎn)換層大梁）的支模架，必須采用對(duì)接扣件連接立桿，且立桿頂部應(yīng)采用可調(diào)頂托，使荷載通過(guò)底模方木直接傳遞給立桿，使立桿受力均勻。8、48鋼管作承受豎向荷載時(shí)，由于鋼管抗彎能力差，而立桿鋼管抗壓能力較富余，故立桿間距主要由鋼管抗彎能力和扣件抗滑能力控制，可采用雙橫桿和雙扣件處理。9、施工管理（1）加強(qiáng)對(duì)模板支撐系統(tǒng)技術(shù)管理與安全管理（2）模板工程支架應(yīng)先設(shè)計(jì)后施工。模板設(shè)計(jì)包括支撐系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算、支撐支模架的樓地面能承受的強(qiáng)度計(jì)算、構(gòu)造措施和材料種類，使模板支撐系統(tǒng)具備足夠的強(qiáng)度、剛

18、度和穩(wěn)定性，并應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)各種不利條件，重視斜向支撐，增加模板支撐系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。模扳設(shè)計(jì)不僅要有計(jì)算書(shū)，而且要對(duì)細(xì)部構(gòu)造畫出大樣，包括材料選用、規(guī)格尺寸、接頭方法、水平橫桿布置間距和剪刀撐設(shè)置要求等。模板施工技術(shù)方案，須包括模板制作、安裝、拆卸的安全措施，以及安全交底。（3）在模板工程實(shí)施過(guò)程中，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照模板設(shè)計(jì)技術(shù)方案進(jìn)行操作，不準(zhǔn)隨意更改，如存在問(wèn)題，必須經(jīng)模板設(shè)計(jì)人員同意或經(jīng)上一級(jí)技術(shù)主管批準(zhǔn)后方可進(jìn)行修改。模板工程在使用過(guò)程中，特別是處于大風(fēng)時(shí)期，必須及時(shí)進(jìn)行檢查和監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)變形超過(guò)允許范圍，必須停止使用，經(jīng)檢查和修復(fù)后方可重新使用。此外模板拆除必須滿足混凝土施工規(guī)范要求。（4）鋼管在使用前應(yīng)先進(jìn)行檢查，凡是變形的鋼管應(yīng)調(diào)直，過(guò)度變形和嚴(yán)重磨損的鋼管不得使用?？奂?yīng)經(jīng)過(guò)檢查后才能使用，達(dá)不到鎖扣能力的扣件不能使用，大量實(shí)踐證明，因?yàn)榭奂ㄖ饕腔剞D(zhuǎn)扣件）質(zhì)量不佳，導(dǎo)致事故發(fā)生，質(zhì)量不