建筑工程模板支架体系及其事故倒塌原因探讨

林家樑

广州隧开新技术工程有限公司（510130）

0 前言

随着城市功能的多元化发展和基础性设施的可持续发展，城市高架道路、大跨结构愈来愈多，超高模板支架广泛应用于工程建设中，因此向建筑施工技术和管理提出了更高的要求。作为施工阶段重要的临时工程设施，模板支架体系的安全与否直接决定了整个工程是否安全。在过去相当长时期内，模板支架事故的频繁发生严重威胁着建筑工程的安全生产。因此，对模板支架体系的工程应用进行深入的剖析和研究，找出引发其工程事故的可能原因，为制定科学合理的设计和施工方案提供参考是必要的。

1 钢管模板支架简述

钢管模板支架以施工方便、通用性强、承载力高、整体刚度好等优点，成为我国当前施工中应用最广泛的一种脚手架形式。

1.1 分类

从其钢管模板支架材料和构造情况可划分为:

1）按杆件的材料划分:①单一规格钢管的脚手架。如扣件式钢管脚手架；②多种规格钢管组合的脚手架。如门式脚手架；③以钢管为主的脚手架。如设有槽钢顶托或底座的里脚手架，有连接钢板的挑脚手架等。

2）按横杆与立杆之间的传递垂直力的方式划分:①靠接触面摩擦作用传力。即靠节点处的接触面压紧后的摩擦反力来支撑横杆荷载并将其传给立杆，如扣件的作用,通过上紧螺栓的正压力产生摩擦力；②靠焊缝传力。大多数横杆与立杆的承插联结就是采用这种方式,门式脚手架属于这种方式；③直接承压传力。这种方式多见于横杆搁置在立杆顶端的里脚手架；④销杆抗剪传力。利用销杆穿过横杆的立式联结板和立杆的孔洞实现联结、销杆双面受剪力作用。

3）按联结部件的固着方式和装设位置划分：①定距连接:联结焊件在杆件上的定距设置，杆件长度定型，联结点间距定型；②不定距联结：联结件为单设件，通过上紧螺栓可夹持在杆件的任何部位上。

4）按固定结点的作业方式划分:①插入打紧；②拧紧螺栓。

1.2 特点

不同类型的工程施工选用不同用途的模板支架。现分别阐述扣件式钢管脚手架、门式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架这三种常用脚手架的特点。

1）扣件式钢管脚手架

①优点:a）承载力较大。一般情况下,脚手架的单管立柱的承载力可达15～35 kN;b）装拆方便,搭设灵活。可适应各种平面、立面的建筑物与构筑物用脚手架；c）比较经济。加工简单,一次投资费用较低；

②缺点：a）扣件容易丢失；b）节点处的杆件为偏心连接，降低了承载能力；c）扣件节点的连接质量受扣件本身质量和工人操作的影响显著；

③适应性：a）构筑各种形式的脚手架、模板和其它支撑架；b）组装井字架；c）搭设坡道、工棚、看台及其它临时构筑物;d）做其它种类脚手架的辅助，加强杆件。

2）门式钢管脚手架

①优点:a）门式钢管脚手架几何尺寸标准化；b）结构合理、受力性能好、充分利用钢材强度、承载能力高；c）施工中装拆容易、架设效率高、省工省时、安全可靠、经济适用；

②缺点:a）构架尺寸无任何灵活性；b）交叉支撑易在中铰点处折断；c）定型脚手板较重；d）价格较贵；

③适应性:a）构造定型脚手架；b）作梁、板构架的支撑架；c）构造活动工作台。

3）碗扣式钢管脚手架

①优点:a）多功能。能根据具体施工要求，组成不同组架尺寸、形状和承载能力的单、双排脚手架、支撑架、支撑柱、物料提升架、爬升脚手架、悬挑架等多种功能的施工装备；b）高功效。整架拼拆速度比常规快，拼拆快速省力；c）通用性强。主构件均采用普通的扣件式钢管脚手架之钢管;d）承载力大。立杆连接是同轴心承插,横杆同立杆靠碗扣接头连接，接头具有可靠的抗弯、抗剪、抗扭力学性能；e）安全可靠。作用于横杆上的荷载通过下碗扣传递给立杆，下碗扣具有很强的抗剪能力，使用安全可靠；f）易于加工，维修少。制造工艺简单，成本适中，不需要复杂的加工设备，不需特殊养护、维修；g）构件系列标准化，便于管理，不易丢失，易于运输；

②缺点:a）横杆为几种尺寸的定型杆，立杆上碗扣节点按0.6m间距设置，使构架尺寸受到限制；b）价格较贵；

③适应性:a）构筑各种形式的脚手架、模板和其它支撑架；b）组装井字架；c）搭设坡道、工棚、看台及其它临时构筑物;d）构造强力组合支撑柱；e）构筑承受横向力作用的支撑架。

2 钢管模板支撑体系倒塌事故原因分析

结合钢管模板支架体系的特点，分析其倒塌事故发生的原因。

2.1 使用材料的原因

1）钢管壁厚变薄。实际购买的钢管壁厚名不副实，同时因多年使用，钢管局部壁厚变薄，导致钢管轴向抗压能力降低。

2）钢管弯曲。经多年使用，钢管产生变形和弯曲，钢管弯曲后的承载能力大为降低。

3）扣件合格率低。据现场检查的钢管扣件，不能全部达到规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）中表5.1.7规定对接扣件抗滑承载力及直角与回转扣件抗滑承载力的要求，合格率低。

2.2 钢管搭设的原因

1）由于受钢管长度限制，搭设高度较高时，立杆必需接长，通常采用对接扣件，这种对接方式使得立杆稳定性降低。按规范理论计算时，按单根通长立杆计算，不考虑此连接点的特殊情况。该连接点是立杆中的薄弱环节，只要立杆稍有偏心，就会导致该点处变形很大，破坏倒塌在此首先发生。

2）搭设高度较高时，侧向位移存在变形，该节点处产生弯曲变形改变原计算力学数学模型，导致立杆钢管应力突然增大，使得整个支撑体系破坏而发生倒塌事故。

3）模板支撑承重架高度较高时，钢管支撑体系往往缺少侧向约束，故侧向稳定条件较差，在外荷载作用下极易发生侧向倒塌事故。

2.3 施工安全管理的原因

1）施工现场项目部存在对模板支撑体系执行规范技术要求的观念不强、施工作业人员思想松懈、技术交底和安全培训不到位、工人培训欠缺和安全责任制落实不到位等现象。未按施工组织设计和施工方案进行作业，简化操作程序，未按规定程序进行搭设，未进行严格检查，致使薄弱环节未能及时发现，存在安全隐患。

2）当前建筑市场竞争激烈，采用低价投标以提高中标率，施工安全费用投入得不到保证。

3）实际施工过程中，较难落实规范（JGJ13O-2001）中有关扣件螺栓拧紧扭力矩值和对扣件螺栓拧紧扭力检查的规定。

2.4 支架斜杆、立杆作用和荷载变异性等原因

1）斜撑布置存在缺陷。大多数模板倒塌事故中是由钢管支撑体系失稳或杆件局部失稳造成的，即该体系的斜杆数量不足或布置不合理。规范（JGJ13O-2001）中仅对钢管支撑体系中斜杆提出构造上要求，未列入设计计算要求，因此模板钢管支撑体系设计时，不对斜杆进行力学计算，对于搭设高度较高的支模架存在抗侧向位移能力的不足，导致支架抗侧向变形较差。

2）立杆偏心受压计算不足。模板支撑体系立杆通常按立杆中心受压杆件进行设计。但实际施工中，模板支撑体系存在众多小偏心荷载，水平钢管通过扣件与立杆连接产生的偏心弯矩是不可忽视的因素，这会导致立杆失稳而倒塌。

3）荷载变异性。支撑架的结构恒载和施工活荷载分布情况的变化较大，例如混凝土的施工有一定的顺序，局部荷载集中和受力偏心荷载较大的情况较为普遍，不容易严格掌握和控制。

3 小结

模板支架事故频频发生，一直是建筑施工安全的主要隐患，但并没有把模板支架当作结构来设计计算。由于模板支架采用构件连接，而搭设方法又属于结构上的不稳定体系，荷载传递复杂，浇注过程不确定，这就造成结构设计方法和规范与实际施工情况有较大出入，存在设计与工况脱节、设计与施工脱节以及施工与管理脱节等问题，导致模板支架事故频繁发生。以上给出相应的原理分析，供工程技术人员设计与施工参考。