摘要：扣件式钢管模板支撑架在建筑施工过程中得到广泛应用，但由于各种原因，坍塌事故频繁发生。本文就以某水泥厂扣件式钢管模板支撑架发生坍塌事故为例，介绍其事故现状，对原施工方案结构验算、预留洞口处理、架体构造措施、施工方面以及施工现场管理等方面进行分析，剖析出事故原因，并提出整改措施。
关键词：钢管模板；验算；管理；构造措施；整改
引言
近年来，随着城市建设不断发展，扣件式钢管模板支架因安装拆卸灵活、搬运方便、承载力高、整体刚度好、适用性广等特点而被广泛应用于现浇混凝土结构施工中。但由于其在安全方面存在事故的多发性，导致频频发生坍塌事故，造成了重大的人身伤亡和财产损失。扣件式钢管模板支撑架坍塌事故分析研究是模板施工安全性研究的一个重要内容，本文将结合事故实例，探讨此次事故原因及整改措施。
1 工程概况
某水泥厂3200t/d熟料水泥生产线—水泥粉磨，采用钢筋混凝土现浇框架结构。共3层：1层层高11.5m，2层层高7.5m，3层层高9.4m。1层柱净高9.8m，2层柱净高6.1m，3层柱净高8.1m。
从19.00～28.40m有9.4m高差，梁截面尺寸主要有：主梁为400mm×1300mm，次梁为400mm×1000mm；板厚为200mm。扣件式钢管模板支撑架：立杆水平间距双向1.0m，水平杆竖向间距1.5m，设有扫地杆，立杆采用对接连接，没有剪刀撑。
2 事故现状
在浇筑28.40m高处梁板混凝土时，北半部分已经施工完毕（泵送混凝土），准备往南移动泵车，突然发生坍塌支撑架体事故，两跨中的北跨在混凝土强大的压力下坍塌到底，南跨（没有浇筑混凝土）受北跨的拖拉发生严重架体变形。塌架处钢管压弯，有10多根架管从东面飞出。
3 原因分析
3.1 架体结构承载力方面验算
3.1.1 现浇板模板设计验算
现浇板模板支撑的立杆双向间距1.0m，以梁最大尺寸3m×3m（净尺寸）为一个计算单元，现浇板厚度为200mm。
现浇板采用15mm厚木胶板，板与板连接处用40mm×60mm方木连接，取模板重0.5kN/m2。
板和次梁支撑采用φ48×3.5钢管，横杆垂直方向间距1500mm。
则该单元内的荷载由4排（3/1.0=3）立柱，每排立柱4个（3/1.0=3）扣件承担。
混凝土重为3×3×0.2×24=43.2kN。
钢筋重为3×3×0.2×1.1=1.98kN。
模板重为3×3×0.5=4.5kN。
恒荷载：NGK=混凝土重+模板重+钢筋重=49.68kN。
施工荷载：NQK=3×3×2.5=22.5kN（施工均布活荷载标准值取2.5kN/m2）。
根据公式N=1.35×1.0NGK+1.4×0.9NQK，得N=95.418kN。
每个扣件受的压力为95.418（4×4）=5.964kN＜8kN/扣件，满足扣件抗滑承载力要求。
3.1.2 梁模板支撑体系设计验算
3.1.2.1 梁支撑计算
梁模板搭设方式，取模板重0.5kN/m2，梁宽0.4m，梁高1.3m，12.1m为计算单元。
混凝土重为0.4×1.3×12.1×24=151.01kN。
钢筋重为0.4×1.3×12.1×1.5=9.438kN。
模板重为（0.4+1.3×2）×12.1×0.5=18.15kN。
恒荷载：NGK=梁重+模板重+钢筋重=178.6kN。
施工荷载：NQK=4.0×12.1×0.4=19.36kN（施工均布活荷载标准值取4.0kN/m2）。
根据公式N=1.35×1.0NGK+1.4×0.9NQK，得N=265.504kN。
该质量由12.1/1.0+1=14榀支撑，即由14×2=28个立杆负担，则每根立杆的受压力为265.504/28=9.48kN。
以梁的侧模作为现浇板模板支撑，每根立杆所受的压力要加上现浇板传来的压力，即：9.48+5.964=15.444kN＜26.8kN/立杆，满足立杆承载力要求。
3.1.2.2 支柱验算（强度）
梁高1.3m、梁宽0.4m，支撑系统坐落在混凝土结构层上。
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σ=N/φA
F1=15.444+9.4×0.1248=16.617kN
F2=4.0×1.0×0.6=2.4kN
N=（F1×1.35+F2×1.4×0.9）×0.9=（16.617×1.35+2.4×1.4×0.9）×0.9=22.911kN
支架立杆间距1.0m（梁的长度方向），梁宽0.6m为2根。
A=489mm2（直径为48mm，壁厚3.5mm）。
φ为轴心受压稳定系数，根据钢管立柱长细比λ求得：λ=L/I（L为横杆步距，即水平支撑间距mm），I=（d2+d12）/4）1/2=31.56。
L=1500mm，λ=1500÷31.56=47.53
求得φ=0.86。
σ=22.911×103÷（0.86×489）=54.48N/mm2＜f=215N/mm2（符合要求）。
结论：从以上计算可以看出，原扣件式钢管模板支撑架搭设设计方案满足支撑承载力结构要求。
3.2 架体承载混凝土面预留洞口处理
（1）在坍塌架体跨的19.60m结构层上有：直径3m洞口2处，直径2m洞口1处，方形洞口3.8m×2.4m1处。洞口处一个方向有3根悬空立杆或4根（另一个方向）悬空立杆，这些悬空立杆利用扫地杆固定。
（2）在模板支撑架搭设、模板支设和绑扎钢筋过程中，由于荷载较小，悬空架立杆受力较小，会有较小下沉变形，而相邻的立杆能够承受其变形后传递过来的荷载，架体稳定。
（3）当结构层开始浇筑混凝土时，施工荷载和混凝土自重快速施加于模板支撑脚手架上，悬空立杆受力下沉失去作用，而其相邻立杆必须承受双倍竖向压力，立杆竖向接头为对接接头，其承载能力为26.8kN，构件承受荷载超过26.8kN就会失稳坍塌，悬空立杆将荷载传递给相邻立杆使其承受竖向承载力达到45.822kN，超过其承载能力，导致架体立杆失稳破坏。
（4）由于悬空立杆下沉对相邻立杆产生水平拉力，由于水平杆件对节点有一定约束力，当约束力大于扣件（铸铁件）抗拉强度时，扣件破坏失去作用，导致立杆计算长度增大1倍，加剧立杆破坏，连锁反应使架体整体坍塌。
结论：对预留洞口处理不当是事故发生直接原因。
3.3 构造措施
（1）扫地杆设置比较少，仅在预留洞口处设置，但洞口处仅有双向扫地杆固定洞口内的立杆，已有水平扫地杆下弯，立杆悬空。其他地方仅有1道东西向扫地杆。
（2）水平（横向）杆用对接卡连接且比较集中在一跨间，水平（横向）杆没有形成十字联系，仅有一个方向设置，个别地方有2个方向。
（3）立杆接头位置较集中，接头位置弯折较大，没有采取接头上部加水平杆固定，仅局部有一个方向水平杆。
（4）柱与梁板分2次浇筑，架体没有和柱拉接。
（5）扣件式钢管支撑架体所用租赁钢管壁厚＜3.5mm，铸铁卡扣质量较差，壁厚严重不足，从现场碎块可以看出。
（6）架体没有斜撑，无抵抗水平荷载能力。
结论：架体构造措施设置不到位是事故发生间接原因。
3.4 施工方面
（1）该楼层梁高＞1m（截面尺寸400mm×1300mm～400mm×1200mm），需先浇筑梁，后浇筑板，现场一次浇筑到顶。
（2）混凝土堆料集中，在移动泵车前将部分混凝土堆积较高，局部荷载超值，特别是下一层有洞口处，尤为突出（为薄弱环节）。
结论：施工方法不当是事故发生直接原因。
3.5 现场管理
支撑结构随心所欲支设，没有监管；现场没有搭设供结构层上下的通道，支撑架搭设完后，搭设质量没有人检查验收；架工和木工之间没有沟通。施工过程无监管是事故发生的主要原因。
4 整改措施
根据工程具体情况编制模板支撑体系专项施工方案（预留洞口处安放Ⅰ20，立杆坐落在工字钢上；采用扣件式钢管脚手架搭设供结构层上下之字形斜道），并经专家论证后，由施工单位技术负责人和监理单位项目总监理工程师签字后实施，在施工过程中由监理工程师进行旁站监理和质量安全员跟踪检查，在模板支设完毕后组织企业技术、安全部门对模板支撑系统搭设进行验收，验收合格后进行下道工序施工。
5 结语
综上所述，此次事故的原因有：预留洞口处理不当，架体构造措施设置不到位，施工方法不当，施工过程无监管。因此在工程施工过程中，施工单位应根据工程具体情况编制模板支撑体系专项施工方案，做好预留洞口处理、架体构造措施设置、施工方法的控制以及施工过程的现场监管等工作，以保障施工安全，预防坍塌事故的发生。
参考文献：
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[2] 李景福.船舶修造企业扣件式钢管脚手架坍塌事故原因分析及对策[J].引文版：工程技术.2015
[3] 罗钦云.扣件式钢管模板支架坍塌事故分析及应对措施[J].福建建筑.2016
论文作者:罗仲贤
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/11/23
标签：扣件论文; 模板论文; 荷载论文; 立杆论文; 支撑架论文; 钢管论文; 洞口论文; 《基层建设》2016年17期论文;