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扣件钢管架支模的安全性

2000年10月25日上午9：30分左右，南京市电视台新演播大厅在屋盖混凝土浇筑中发生了模板支撑整体倒塌重大事故，造成6人死亡，11人重伤，24人轻伤，这是一起典型的用扣件钢管架搭设排架支模的倒塌事故。这起事故给我们很多警示与启示，江苏省乃至全国仍有相当多的工程采用扣件钢管架作为模板支撑架，这就需要项目经理和技术人员以及搭设架子的作业人员排除一些认识上的误区，对扣件钢管架支模的安全性引起足够的重视。

1 搭设材料及存在的不安全因素

1．1 钢管

模板支架用普碳钢钢管采用带钢卷制，拼缝处用高频电焊焊接，亦称电焊钢管，它比无缝钢管成本低，Q235钢管的延伸率18%，比低硬钢管的延伸率（10%）高8%。最新发展和正准备推广的钢管为低合金钢管，规格为?48mm×2.5mm。低合金钢管管壁较薄，当模板支架的尺寸由挠度控制或稳定性控制时，需要去年12月20日注意应比常规普碳钢钢管的尺寸小10%。

钢管的管径优选为48mm；最大长度限制为6.5m，每根重量控制在25kg以内，以确保搭设和拆卸的安全。钢管的检测按国家标准《碳素结构钢》GB中Q235A钢的规定。在模板支架倒塌事故发生后，地方技术监督局通常对现场所用的钢管会作抽样检测。

模板支架钢管存在的不安全因素为：①普碳钢管易锈蚀，严重的出现麻坑，影响其承载力；②租赁的钢管来路不同，钢管管壁厚度严重不均，从2.6~4.0mm不等，一般为3.0mm，设计时必须考虑这一因素，用钢管规格?48mm×3.0mm进行计算复核是可靠的；③钢管的管端经多次气割或电焊割，端面严重不平整，用作立杆时，在对接扣件部位出现初弯曲，严重影响立柱的承载力，易失稳。

1．2 扣件

扣件有钢板冲压的和可锻铸铁的。用于搭设模板支撑架的扣件为可锻铸铁扣件，材料为机械性能不低于KTH33008的可锻铸铁，其机械性能：抗拉强度330N/mm＜sup＞2＜/sup＞，延伸率8%，硬度HB120~163。可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰口铸铁具有较高的韧性，多用于制造成承受冲击荷载的铸件。

扣件检测的基本要求如下：①新扣件必须有产品质量合格证、生产许可证、专业检测单位的测试报告；②扣件螺栓拧紧力矩达70N·m时，可锻铸件扣件不得破坏。

扣件使用中存在的不安全因素为：①扣件来源杂乱，质量不均，特别是有价格很低的劣质扣件进入施工现场（价格为2.5元/个）；②旧扣件的电暖气螺栓有滑丝，但仍勉强使用。

2 扣件钢管搭设模板支撑架的基本受力特性

2．1 排架支撑立杆两种不同受力状态的承载力

2．1．1 钢管排架立杆顶端设可调托座传力支模 在钢管顶端插入可调托座，这种支模方法在高架桥电子玩具或其他连续梁桥施工中应用较多，属典型的轴心受压，因此，减小步高h能显著提高其承载能力。经计算，在相同条件下，因管壁减薄至3.0mm，其承载力降低12%左右。

2．1．2 钢管排架顶部水平钢管传力支模 这种支模方式为一般施工单位典型的支模方式。梁或板等水平混凝土构件的自重和施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至支架的水平钢管，水平钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆。立杆所受的力为偏心力，偏心距为53mm。模板支架系统的承载力由2个因素决定：①立杆在偏心荷载下的稳定承载力，经计算，支架步高1.8m时，稳定承载力设计值为13.3kN；②支架顶部水平钢管与立杆扣接的直角扣件的抗滑力。当直角扣件的拧紧力矩达40~65N·m时，试验表明：单扣件在12kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8.5kN；双扣件在20kN荷载下会滑动，其正弦和长方波 常见简单的传感器1般是产生长方波形；但是抗滑承载力可取12kN。对比可知，扣件的抗滑承载力小于偏心受压状态下的稳定承载力，尤其是当扣件拧紧力矩没有确切保证时更是如此。1986年中国建筑机械化研究所曾对北京、上海、广州和深圳4个城市的14个高层扣件钢管脚手架的1230个扣件螺栓扭力矩作了抽查，抽查表明拧紧力矩在40~70N·m间的仅达43.7%，扣件式钢管排架支模的扣件拧紧状况不会好于外脚手架。因此，用扣件式钢管排架支模架时，该支模方式的承载力主要由支架顶部水平钢管与立杆的扣件抗滑力决定，此点有别于扣件式钢管脚手架用作外脚手架的情况。

2．2 支架立杆用对接扣件作钢管接长的承载力

在斜梁支模或支模高度与钢管长度不相符时，木工通常用2只旋转扣件作钢管搭接接长。根据青岛建工学院的试验，用2只旋转扣件作钢管搭接接长后的最大承载力为26.3kN。在相同试验条件下，用对接扣件作对接接长的最大承载力为82.7kN，为搭接接长的3.14倍。该试验结果对钢管排架支模有启示，在可能的条件下，特别是重荷载支模时，应优先采用立杆钢管对接接长的方式。若顶部立杆用单直角扣件扣接在下一部水平钢管上作高度调整时，此时该顶部立杆的承载力决定于单扣件的抗滑力，以小于8kN考虑为宜。若顶部立杆用双旋转扣件搭接接长时，每根立杆的允许荷载以小于8kN为宜，两旋转扣件的间距应在800mm以上。

2．3 高空支模采用双立柱的承载力

当外脚手架搭设高度超过50m时，上海、南京等地80年代曾用双立柱搭设，以增加立柱的稳定性。对双立柱的脚手架，中国建筑机械化研究所做过试验，其承载力比单立柱高16.5%，其破坏形态表现为上部的单立柱失稳。双立柱中，荷载作用在其中的1根主立柱上，通过试验表明，双立柱的主立柱的荷载分配规律为由上而下递减，副立柱为由上而下递增。向下传至第3步时，主立柱承受的荷载降为60%，经7步传递后，主副立柱各承受50%。

外脚手架的双立柱搭法也可移植于高空支模，在满足顶部扣件抗滑的条件下，为增加高度达30m左右的支架的稳定性，在支架下部可搭设成双立柱形式。南京太阳宫工程的大混凝土拱肋施工，其支模高度达40m的支架采用4根钢管组成的加强组合立柱形式。南京国际展览中心工程1000mm×2650mm的大梁；支模高度达3.试样的准备8m，工程项目部技术员也曾提出过梁底支架双立柱的支模主案。

2．4 扫地杆和梁下横向水平杆的设置对立柱承载力的影响

由于没有这方面的专门试验，但在施工现场这又是排架支模搭设的通病。参照脚手架的试验，其结果为：①设置纵、横向扫地杆的可使脚手架的承载力提高5.24%；②在立柱与纵向水平杆的相交处间隔设置横向水平杆和不设扫地杆，使立柱的极限承载能力降低11.1%。由此可见，大梁下的支架的每步横向水平钢管和底部的扫地杆都是必须设置的。

2．5 剪刀撑的设置对排架支撑稳定性的影响

钢管排架支撑设置必要的剪刀撑有利于支架的整体稳定性，特别是超大构件的重荷载支模，合理设置剪刀撑能防止在楼面混凝土泵输送管的抖动支架的整体失稳。国内对脚手架设置合理剪刀撑的试验对比表明，支撑体系能够提高立柱的极限承载能力约17%。对模板支架，剪刀撑的设置有别于外脚手架（外脚手架设置的方法一般为45°每6跨设置）。合理的剪刀撑设置能改变产杆的失稳形态，特别是斜杆应与每立杆和横杆的节点用旋转扣件扣接。

2．6 变形对模板支架稳定性的影响

变形对模板支架的稳定性影响主要有：①地基的不均匀沉降能量显著影响支架立柱的受力均匀性，易产生立柱的局部失稳事故；②模板下部支撑梁的变形易引发支架的严重不均匀受力，导致支架突发性的整体倒塌事故。

3 典型模板支架倒塌事故介绍与分析

3．1 深圳高架桥施工模板支架倒塌事故

2000年11月27日晚9时45分左右，深圳盐坝高速公路工程起点高架桥在混凝土浇筑过程中，发生了半幅桥面模板支架长约30~50m的塌陷事故，重伤10余人。经调查，事故原因为：①立柱垂直高度误差偏大，部分扣件未拧紧，水平杆连接未用搭接方式；②坍塌的第7跨支架设计中未设横向剪刀撑，纵向虽设但数量不够；③支架设计中对不利荷载因素及分布认识不足，未采取相应对策和措施；④施工部门、监理部门上管理不力，安全意识淡薄。

3．2 中国银行苏州分行干将路综合业务楼工程模板支架整体倒塌事故

1997年1月15日中国银行苏州分行干将路综合业务楼工程在共享空间顶层屋盖井字混凝土大梁浇筑过程中发生了模板支撑系统整体倒塌事故，造成6人死亡，7人重伤，7人轻伤的三级死亡事故，直接损失达100万元。

3．3 南京电视台演播中心工程大演播厅屋盖模板支架整体倒塌事故

3．3．1 工程概况 南京电视台演播中心的大演播厅屋盖平面尺寸为24m×26.8m双向预应力梁井式楼盖。Y向预应力大梁有2根，截面尺寸为500mm×（1600~1850）mm；X向大梁有5根，截面尺寸为400mm×1600mm。屋盖板厚130mm。屋盖顶面标高29.30~29。575m，大梁梁底的支模高度约为36m（地下室2层，高度为8.7m）。

3．3．2 事故发生情况概述 大演播厅的屋盖进行泵送混凝土浇筑，浇筑沿向（即南北方向）分层推进。当浇筑至楼盖混凝土量约一半，刚过11轴线的第1根Y向预应力大梁时，中部支架突然下沉，随即支架整体倒塌，时间延续仅4s，楼面上作业工人及模板下加固支架的工人短时间无法逃生。

3．3．3 事故发生的技术原因分析 南京电视台演播中心工程的大演播厅屋盖模板支架整体倒塌事故几乎是苏州中国银行共享空间屋盖模板支架事故的重演，在对事故现场进行调查后，从技术上讲，其事故的发生有其必然性。

（1） 对超高支模的重要性和严重性认识不足是事故产生的深层次原因。大演播厅的屋盖其支模高度达36m，双向井式楼盖的跨度达25m左右，其大梁高度为1800mm左右，但该工程的项目部人员及监理人员对这些重要的支模技术参数没有引起足够的重视。

（2） 对扣件式钢管排架支撑的承载力影响因素认识不足是事故产生的主要技术原因。该工程楼盖施工的模板支架方案为：一般板下立杆间距为800mm×800mm，步高为1800mm；大梁下立杆间距增设为400mm，步高为900mm。但实际碎浆设备搭设时有变动，立杆的双向基本尺寸改为1000mm×1000mm，步高统一为1800mm，在地下室局部地坑处步高达2.6m。大梁下增设了间距为500mm的立杆，但凡增设地立杆均缺水平杆连系（这种作法为最典型的搭设错误），支架的承载力没有得到根本性提高。

（3） 搭设的支架构造不合理是事故产生的又一主要原因。查看事故现场残存的支架，支架底部无扫地杆，相邻的连续5根立杆堆垛机的钢管接头对接在同一高度，未见设置剪刀撑，大梁底模下也未设置必要的均匀分配荷载的横向水平木枋等。

4 超常规混凝土结构施工钢管排架支模的一些成功经验

4．1 超常规混凝土结构的几种常见形式

（1）重荷载大跨度大载面混凝土框架梁；（2）共享空间、多功能厅、超高门厅等顶部楼盖的双向或单向大跨度混凝土梁板；（3）混凝土转换层结构（转换在梁、转换厚板、转换桁架等）；（4）城市高架桥的混凝土墩台、箱梁；（5）跨越两楼或马路的廊道；（6）大悬挑大截面的混凝土梁板等。

4．2 混凝土转换结构采用钢管排架支模成功实例（见表1）

见表

表1 典型混凝土转换层结构施扣件钢管支模

4．3 扣件钢管

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