案例9 48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)腳手架和支模架簡易、靈活、方便，且鋼管經(jīng)久耐用，租用費用相對較低，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，施工方案的搭設(shè)過程中存在不安全的隱患，往往會造成倒塌事故發(fā)生。因此，對支模架和腳手架倒塌事故進(jìn)行分析、尋找對策、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日某市電視臺演播中心施工過程中，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、2202年7月25日某大學(xué)新校區(qū)歌劇院施工中，在澆筑屋

2、面結(jié)構(gòu)（凈跨18m,凈高）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，凈跨24）混凝土?xí)r，晚上20：00左右發(fā)生支模架倒塌，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，發(fā)生支模架倒塌事故，塌陷面積1000，造成2人死亡，7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15、寬8m、高15m的辦公樓大門檐定混凝土?xí)r，模版支撐系統(tǒng)發(fā)生坍塌，早成5人死亡，9人受傷。6、2004年 4月10日常州市某印刷廠車間工程，施工人員在車間屋

3、面天溝施工中，天溝失穩(wěn)塌陷，造成3人死亡，7人受傷。7、2004年6月14日，沈陽市某工程在電梯井部頂部（距地面100m）設(shè)備間進(jìn)行模版支護(hù)過程中，電梯井模版和操作平臺整體坍塌，造成3人死亡。8、2008年6月28日13時，廣西馬山縣某廠房工程，在澆搗屋面混凝土過程中模版支撐系統(tǒng)坍塌，造成3人死亡，11人受傷。9、2005年元月10日，嘉興某購物廣場工程發(fā)生一起支模架倒塌事故，造成1人是死亡，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)某在建廠房腳手架及房頂坍塌，25人被埋，當(dāng)時有11人被救，仍有14人被埋。二、倒塌事故原因分析1、材料上原因（1）鋼管壁厚變薄在市場上采購鋼

4、管，名義上是48×3.5鋼管，實際測量時，不少鋼管壁厚為2.8 ，其軸向抗壓能力降低18.7 13.3%。鋼管使用多年，局部壁厚也變薄。（2）鋼管彎曲鋼管經(jīng)過多年使用后，鋼管將產(chǎn)生變形和彎曲，而模板支撐系統(tǒng)設(shè)計時均按直線鋼管來考慮，不考慮其彎曲變形的，實際上鋼管彎曲后的承載力大為降低。某工程發(fā)生重大事故后對鋼管進(jìn)行檢查，其合格率僅為50%。（3）扣件合格率低規(guī)范JGJ1302001表規(guī)定對接扣件抗滑承載力為3.2kN,直角與回轉(zhuǎn)口扣件抗滑承載力為8kN，從現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，很難達(dá)到此規(guī)定，某工地發(fā)生重大事故后對扣件進(jìn)行檢查其合格率為0%。2、施工安全管理（1）不少施工現(xiàn)場項目部對模板系統(tǒng)

5、執(zhí)行規(guī)范規(guī)定技術(shù)要求觀念不強，作業(yè)人員思想松懈，由于使用臨時工較多，未按施工組織設(shè)計和施工方案進(jìn)行設(shè)計，檢查中常發(fā)現(xiàn)立桿間距變大現(xiàn)象，簡化操作程序，未按公司規(guī)定的程序進(jìn)行搭設(shè)，為進(jìn)行嚴(yán)格檢查或檢查不徹底，致使薄弱未能及時發(fā)現(xiàn)，檢查責(zé)任又不到位。（2）現(xiàn)場管理人員更換頻繁，建筑現(xiàn)場一線作業(yè)人員素質(zhì)低下，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)項目部多，地點分散，各種檢查很難全面鋪開，特別對于新招民工，民工培訓(xùn)和公司安全責(zé)任制不能及時落實，安全措施不到位。（4）建筑市場競爭激烈，壓價情況嚴(yán)重，在招標(biāo)文件中極大多數(shù)不提及施工安全投入費用單項，施工企業(yè)為了提高中標(biāo)率，只能采用低價投標(biāo)，施工

6、中安全投入費用自然減少施工安全投入費用與國外相比，差距很大。（5）規(guī)范JGJ130-2001中表注中規(guī)定“扣件螺栓擰扭力矩值不應(yīng)小于40N·m，且不應(yīng)大于65 N·m”，第8.2.5條對扣件螺栓擰緊扭力檢查作出規(guī)定，但施工中實際很難做到這一點。3、48鋼管搭設(shè)存在問題（1）搭設(shè)高度較高時，由于鋼管長度限制，立桿必須接長，采用對接扣件（若技術(shù)交底不詳或者現(xiàn)場疏忽，也有采用回轉(zhuǎn)扣件連接的，這種對接方式對立桿穩(wěn)定及為不利，理論上可以理解為一個鉸接點）。但目前規(guī)范和理論計算時，不考慮此鏈接接點存在，按整個整長立桿計算，計算立桿內(nèi)力時不考慮此連接點的特殊情況，實際上該連接點是立桿中的

7、薄弱環(huán)節(jié)。只有立桿稍有偏心，導(dǎo)致該點處變形很大，破壞倒塌在此首先發(fā)生，搭設(shè)高度較高時，模板支模系統(tǒng)立桿中對接扣件連接點較多，理論上水平橫向或縱向連桿對立桿起到一個側(cè)向支撐作用，計算時不考慮有側(cè)向變形。實際上，搭設(shè)高度較高時，側(cè)向變形不可能存在，一旦側(cè)向變形較大時，該節(jié)點處產(chǎn)生彎矩變形改變原計算力學(xué)數(shù)學(xué)模型，致使立桿鋼管應(yīng)力突然增大，導(dǎo)致整個支撐系統(tǒng)破壞而倒塌事故。(2) 模板支撐承重架較高時，（如某工程凈高28m，凈跨距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，在外荷載作用下，極易發(fā)生側(cè)向倒塌事故。48鋼管支架計算(1)48鋼管立桿穩(wěn)定性對接扣件鏈接里干的容許

8、荷載 表1大橫桿步距（cm）483鋼管（kN）48鋼管（kN）大橫桿步距（cm）483鋼管（kN）48鋼管（kN）100150125180 回轉(zhuǎn)扣件連接立桿的容許荷載 表2大橫桿步距（cm）483鋼管（kN）48鋼管（kN）大橫桿步距（cm）483鋼管（kN）48鋼管（kN）100150125180鐵道部編寫的組合鋼模扳手冊中48鋼管立桿允許軸向荷載見表1與表2風(fēng)荷載情況下,計算公式如下: （1）式中 N48鋼管立桿軸向設(shè)計值;軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；A立桿截面面積；鋼材抗壓強度設(shè)計值;如立桿步距為，規(guī)范中式計算長度為:××1.155=長細(xì)比：由式（1×205

9、15;從大量倒塌事故后檢查發(fā)現(xiàn)，立桿鋼管所受的軸向壓力及大部分均小于2.4t，一般均在1.0t左右，這說明立桿鋼管穩(wěn)定性驗算符合規(guī)范要求，并不能組織倒塌事故發(fā)生。這表明支模系統(tǒng)立桿穩(wěn)定性計算數(shù)學(xué)模型并不完善，還需要從構(gòu)造上給予綜合考慮，同時還要現(xiàn)場施工經(jīng)驗加強支模系統(tǒng)整體穩(wěn)定措施來彌補。（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，實屬于鉸接方式，其穩(wěn)定性要靠剪刀撐，但規(guī)范規(guī)定剪略支模架斜桿作用。大多數(shù)模板倒塌事故中，并不是由鋼管承載力不足造成的，而是鋼管支撐系統(tǒng)不穩(wěn)定或桿件局部失穩(wěn)造成的，然而鋼管支撐系統(tǒng)是該系統(tǒng)側(cè)向能力不足造成的，也就是說該系統(tǒng)的斜桿（剪刀撐）數(shù)量不足或布置不合理

10、。但規(guī)范JGJ130-2001中對鋼管支撐系統(tǒng)（剪刀撐）只提出構(gòu)造上的要求，未列入設(shè)計計算要求。因此，模板鋼管支撐系統(tǒng)設(shè)計時不對斜桿進(jìn)行力學(xué)計算，對于搭設(shè)高度較高的支模架往往存在抗側(cè)向位移的能力不足的問題，特別是混凝土柱與樓層梁模板一起澆筑時，起支撐架抗側(cè)向變形交差。2002年“”事件、2003年“”事件和“”事件充分說明這一點。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)行計算，剪刀撐也按規(guī)范構(gòu)造要求和施工經(jīng)驗進(jìn)行布置，規(guī)范JGJ130-2001第條規(guī)定“當(dāng)縱向或橫向水平桿的軸線對立桿軸線的偏心距不大于55時，立桿穩(wěn)定性計算可不考慮此偏心距的影響”。因此模板支撐系統(tǒng)立桿

11、通常按立桿中心受壓桿件進(jìn)行設(shè)計，但實際施工中，模板支撐系統(tǒng)存在眾多小偏心荷載。圖5-62（a）中施工荷載通過模板傳遞給方木（20×50×300），在傳遞給橫向水平連桿鋼管A通過旋轉(zhuǎn)鋼管扣件連接將荷載傳遞給1號立桿，再通過旋轉(zhuǎn)扣件（2個以上）將荷載傳遞給2號立桿1號立桿下所有立桿，一般采用對接扣件接長（但也有采用旋轉(zhuǎn)扣件接長的）。這是常規(guī)的支模搭設(shè)方法，現(xiàn)場大量采用，由此可見，水平鋼管A承載豎向荷載，對2 號鋼管有一個偏心距110mm。在計算時一般不考慮此立桿存在的偏心，實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，若水

12、平桿A承載豎向力N=20kN的外力時，水平豎向間距為1500mm，立桿長度為： 長細(xì)比：查規(guī)范JGJ130-2001得豎向荷載產(chǎn)生應(yīng)力為：圖1中，荷載P對立桿產(chǎn)生偏心距為55mm，故立桿的彎矩為：M=20×鋼管由偏心距荷載產(chǎn)生應(yīng)力：由以上計算可知，荷載偏心產(chǎn)生的鋼管應(yīng)力大于荷載本身產(chǎn)生的垂直應(yīng)力，因此水平鋼管通過扣件與立桿連接產(chǎn)生的偏心彎距是不可忽視的因素，然而在模板支撐系統(tǒng)設(shè)計中忽視這一因素，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)場模板支撐系統(tǒng)與腳手架很大部分采用48。48鋼管搭設(shè)的支撐系統(tǒng)、內(nèi)外腳手架，在設(shè)計計算時，其計算模型和簡圖與實際情況有較大

13、不同，計計算簡圖采用結(jié)構(gòu)節(jié)點為鉸點，各桿件交于一點。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，一個扣件只能連接兩根桿件故其所有桿件不能交與一個節(jié)點，這這就產(chǎn)生偏心問題，其數(shù)學(xué)問題模型也無法考慮這個問題。扣件連接其鎖扣能力，回轉(zhuǎn)扣件規(guī)范JGJ130-2001定為8kN，十字扣件只有6kN，一字扣件只有2.5kN，與鋼管本身要求做到剛性連接，設(shè)計方案中也要求這樣做，而現(xiàn)場情況與計算或設(shè)計存在相當(dāng)大的差距，施工現(xiàn)場實際很難達(dá)到剛性連接的要求。因此計算結(jié)果與實際誤差較大。立桿與水平橫桿連接常用扣件，故節(jié)點構(gòu)造屬于鉸接，這樣組裝支模架和腳手架均為鉸接節(jié)點，結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，其側(cè)向

14、穩(wěn)定要依靠與主體連接和剪刀撐，從結(jié)構(gòu)力學(xué)觀點開說，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)點為鉸接，不具備超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)點，只要一個節(jié)點失效，結(jié)果致使鄰近產(chǎn)生很大外力和失穩(wěn)，結(jié)果發(fā)生整個支模架和外腳手架倒塌。三、預(yù)防措施及對策從以上分析可知，立桿荷載是由水平橫向鋼管通過扣件傳遞，模板支架頂層頂步采用回轉(zhuǎn)扣件接長（規(guī)范JGJ130-2001第6.3.5節(jié)）時，其偏心距由圖1可知e110mm，故所有立桿均屬于偏心受壓狀態(tài)，應(yīng)按下式計算： （2）式中 M-立桿所承受的彎矩，包括水平桿荷載偏心和風(fēng)荷載等產(chǎn)生的彎矩之和； W-鋼管截面系數(shù)

15、；48×3；48×3由式（2）驗算立桿的穩(wěn)定性。由于48鋼管抗彎能力低，應(yīng)控制支模架步搞。規(guī)范JGJ 130-2001中第5.1.7條回轉(zhuǎn)扣件抗滑設(shè)計值為8kN。山東省腳手架操作規(guī)程中附表2其值為5kN。由于現(xiàn)場大量使用回轉(zhuǎn)扣件，從實際現(xiàn)場使用來看，回轉(zhuǎn)扣件抗滑能力一般很難達(dá)到規(guī)范要求。某工地曾對扣件進(jìn)行檢測，其合格率為零。故模板支架設(shè)計時，回轉(zhuǎn)扣件抗滑值定為5kN比較合適。（1）由于回轉(zhuǎn)扣件存在偏心問題故立桿扣件盡量使用對接扣件。（2）立桿用回轉(zhuǎn)扣件進(jìn)行連接采用如下方案。見圖24.適當(dāng)增加剪刀撐布置數(shù)量，提高支模架與腳手架的抗變形能力。、5.盡量增加支模架與剛性主題連接。

16、在混凝土柱先施工，樓板與、梁后施工條件下其混凝土立柱具有較大抗側(cè)向變形能力，與主體柱或墻剛性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，應(yīng)布置水平剪刀撐并設(shè)法采用型鋼支模方法。7.對于荷載較大（如轉(zhuǎn)換層大梁）的支模架必須采用對接扣件連接立桿，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，由于鋼管抗彎能力差，而立桿抗彎能力較富余，故立桿間距主要由鋼管抗彎能力和扣件抗滑能力控制，可采用雙橫桿或雙扣件處理。（1）加強對模板支撐系統(tǒng)技術(shù)管理與安全管理。（2）模板工程支架應(yīng)先設(shè)計后施工。模板設(shè)計包括支撐系統(tǒng)穩(wěn)定計算，支撐支模架的樓地

17、面能承受的強度計算，構(gòu)造措施和材料種類，是模板支撐系統(tǒng)具備足夠的強度，剛度的穩(wěn)定性，并應(yīng)考慮現(xiàn)場各種不利條件，重視斜向支撐，增加模板支撐系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。模板設(shè)計不僅要有計算書，而且對細(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力撐設(shè)置要求等。模板施工設(shè)計方案，須包括模板制作、安裝、拆卸的安全措施，以安全交底。刀撐間距又較稀。（3）在模板工程實施過程中，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照模板設(shè)計技術(shù)方案進(jìn)行操作，不準(zhǔn)隨意更改，如存在問題，必須經(jīng)模板設(shè)計人員同意或經(jīng)上一級技術(shù)主管批準(zhǔn)后方可進(jìn)行修改。模板工程在使用過程中，特別是處于大風(fēng)時期，必須及時進(jìn)行檢查和監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)變形超過允許

18、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，過度變形和嚴(yán)重磨損的鋼管不得使用?？奂?yīng)經(jīng)過檢查后才能使用，達(dá)不到鎖扣能力的扣件不能使用，大量實踐證明，因為扣件（主要是回轉(zhuǎn)扣件）質(zhì)量部佳，導(dǎo)致事故發(fā)生，質(zhì)量不好扣件使用，其危害性極大。（5）注意事項：1)設(shè)計時應(yīng)考慮各種不利因素，如現(xiàn)場鋼管已使用多年的實際情況，將48×鋼管作為48×來考慮，應(yīng)考慮到扣件的承載能力遠(yuǎn)低于鋼管承載能力，當(dāng)扣件承載能力不足時，可采用雙扣件；2)外腳手架應(yīng)與施工建筑物主體連接，以提高外腳手架的整體性；3)應(yīng)重視模板工程的整體性要求，可采用剪刀撐并與主體連接