扣件式鋼管腳手架在高大模板工程支撐中的應用一、概述在具體工程項目施工中經常遇到大截面和大跨度梁板混凝土結構施工的高大支模安全施工問題。該部分施工安全成為業(yè)主、現(xiàn)場施工人員和監(jiān)理人員關注的重點，也是一個安全控制的難點。建設部在《危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家審查辦法》(建質[2004]213號)中規(guī)定了對于高大模板工程必須編制專項施工方案。其中對高大模板工程定義為：水平混凝土構件模板支撐系統(tǒng)高度超過8m，或跨度超過18m、施工總荷載大于10kN／m2、線荷載大于15kN／m的模板支撐系統(tǒng)。盡管政府和行政管理部門三令五申地強調高大支模的安全施工，但高大支模的整體坍塌事故還時有發(fā)生。本文從分析幾起支模坍塌事故教訓的基礎上，談如何在現(xiàn)場施工中抓高支模的安全施工。以下主要通過工程實例介紹扣件式鋼管腳手架在高、重、大跨度梁板模板支撐中的應用，并根據有關規(guī)范規(guī)定、現(xiàn)場實際情況及現(xiàn)有材料等，結合實踐經驗對其進行探討和總結。二、工程實例介紹(一)概況:某商住小區(qū)工程為七層框架混凝土結構，首層層高4.5m，二層以上層高3.0m。在地下室車庫斜道入口處，由于首、二層架空，三層梁板中C3、C5軸交C－J～C－M軸的梁為轉換梁，梁上立柱，梁截面分別為800×1800和600×1800，是本工程的最大梁截面。梁板面標高為＋7.5m，屬于高支模。(二)、模板支撐形式的選擇由于梁截面較大，支模高度較高，且混凝土澆筑采用泵送施工，考慮脈沖水平推力和輸送混凝土速度快所引起過載及側壓力，若采用門式鋼管腳手架的話，因其為標準構件，受其自身寬度和每組長度的約束，對平面布置有一定限制，很難滿足施工要求。而扣件式鋼管腳手架則具有平面布置靈活、架設效率高、可形成縱橫通道等特點，為了確保模板系統(tǒng)有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性，模板支撐系統(tǒng)采用483.5扣件式鋼管滿堂紅腳手架，立桿采用頂部帶可調上托、底部套150×150×8定型鋼板底座的Q235A（3號）鋼管，梁底（側）模板采用18厚夾板，主、次龍骨均采用80×80木枋。通過調整上托來調節(jié)模板支撐的高度。(三)、結構布置與計算1.荷載計算：由于模板結構設計屬于臨時性結構設計，目前我國還沒有這類規(guī)范，而現(xiàn)行國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204—2002）中又沒有關于模板設計的規(guī)定，因此，在進行模板結構計算時，根據原國家標準《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204—92）的規(guī)定進行荷載取值和組合。這些荷載包括模板及支架自重、新澆混凝土重量、鋼筋重量、施工荷載、振搗混凝土時產生的荷載等。由于大梁配筋率較大，因此鋼筋的自重標準值并沒有按一般取1.5kN/m3，而是經估算后保守取3.0kN/m3。2.計算步驟荷載計算后，分別對模板、主次龍骨（木枋）進行內力驗算，其順序如下：梁底模板的抗彎強度、撓度驗算→次龍骨的抗彎強度、撓度驗算→主龍骨的抗彎強度、撓度驗算→支撐立桿的強度、穩(wěn)定性驗算。在驗算立桿的穩(wěn)定性時應注意，立桿的計算長度應按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130—2001）的公式：lo=h＋2a計算,其中h為立桿的步距，a為立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點的長度。初步確定h≤1500。3.具體結構布置見下圖。梁截面為B×D(800×1800)，是本工程的最大梁截面。梁板面標高為H=＋7.5m，屬于支模。4.梁側模板系統(tǒng)的計算新澆混凝土作用在模板上的最大側壓力取以下兩式中的較小值：式中γ—混凝土的重力密度（kN/m3）；t0—新澆混凝土的初凝時間（h），可按實測確定。當缺乏試驗資料時，可采用t0=200/（t＋15）計算（t為混凝土的溫度℃）；β1—外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；β2—混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度在110～150時，取1.15；V—混凝土澆筑速度（m/h）；H—混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（m）。按新澆混凝土作用在模板上的最大側壓力與振搗混凝土時產生的荷載組合值對梁側板及側枋進行強度、剛度驗算，并計算所需對拉螺栓的直徑及間距。5.利用PKPM程序進行計算從上面的計算可知，要想設計出安全、經濟、可行的模板支撐，其計算過程是比較繁瑣的，需要經過多次“試算”，即反復計算。由于“試算”都是將不同的數據套用同樣的公式，因此，若利用PKPM程序進行計算，則可以通過程序自帶的公式計算功能，解決上述問題，比手算更快更好，且各次計算結果一目了然，方便比較設計。工作表格不僅可存放數字、文字，也可存放公式及計算結果等。當單元格中的數值發(fā)生變化時，PKPM程序將自動修改這些公式的計算結果。當輸入某個工程的設計計算書模式后，可在別的工程中使用，只需輸入新工程的有關數據即可得到新的結果。該計算方法經過若干工程實例的應用，證明是可行的，并取得較好的效果。獨山子汽機梁板高支模板計算方法.則利用PKPM程序進行計算其結果如下:A、施工安排汽機先施工汽機基礎底板，然后再施工至±0.00m，接著施工至框架梁底，施工8.9m層梁板結構。待架子拆除后，再施工通風層?？蚣苤?.9m層施工方法為：先將柱、梁、板鋼筋及模板全部施工完畢，待澆筑混凝土時，先澆筑柱混凝土至框架梁底，然后再緊跟著澆筑梁、板混凝土。B、梁模板扣件鋼管支撐架計算計算參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130-2001）?！妒┕ぜ夹g》2002.3.《扣件式鋼管模板高支撐架設計和使用安全》模板支架搭設高度為13.0米，基本尺寸為：梁截面B×D=2100mm×3500mm，梁支撐立桿的橫距(跨度方向)l=0.50米，立桿的步距h=1.20米，梁底承重立桿0.50米左右，采用的鋼管類型為Ф48×3.2。作用荷載包括梁與模板自重荷載，施工活荷載等。a.荷載的計算：(1)鋼筋混凝土梁自重(kN/m)：q1=25.000×3.500×0.500=43.750kN/m(2)模板的自重線荷載(kN/m)：q2=0.350×0.500×(2×3.500+2.100)/2.100=0.758kN/m(3)活荷載為施工荷載標準值與振倒混凝土時產生的荷載(kN)：經計算得到，活荷載標準值P1=(1.000+2.000)×2.100×0.500=3.150kN均布荷載q=1.2×43.750+1.2×0.758=53.410kN/m集中荷載P=1.4×3.150=4.410kNb.梁底支撐橫向鋼管計算橫向支撐鋼管按照集中荷載作用下的連續(xù)梁計算。集中荷載P取木方支撐傳遞力。經過連續(xù)梁的計算得到最大彎矩最大變形vmax=0.763mm最大支座力Qmax=28.945kN抗彎計算強度f=0.890×106/4729.0=188.10N/mm2支撐鋼管的抗彎計算強度小于205.0N/mm2,滿足要求!支撐鋼管的最大撓度小于570.0/150與10mm,滿足要求!c.梁底支撐縱向鋼管計算梁底支撐縱向鋼管只起構造作用，無需要計算。d.扣件抗滑移的計算縱向或橫向水平桿與立桿連接時，扣件的抗滑承載力按照下式計算(規(guī)范):R≤Rc其中Rc——扣件抗滑承載力設計值,取8.0kN；R——縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值；計算中R=10.95kN單扣件抗滑承載力的設計計算不滿足要求,采用雙扣件即可滿足。e.立桿的穩(wěn)定性計算立桿的穩(wěn)定性計算公式其中N——立桿的軸心壓力設計值，它包括：橫桿的最大支座反力N1=28.95kN(已經包括組合系數1.4)腳手架鋼管的自重N2=1.2×0.186×9.000=2.004kNN=28.945+2.004=30.950kN——軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數,由長細比l0/i查表得到；i——計算立桿的截面回轉半徑(cm)；i=1.59A——立桿凈截面面積(cm2)；A=4.50W——立桿凈截面抵抗矩(cm3)；W=4.73f——鋼管立桿抗壓強度計算值(N/mm2)；[f]——鋼管立桿抗壓強度設計值，[f]=205.00N/mm2；l0——計算長度(m)；考慮到高支撐架的安全因素，適宜由公式l0=k1k2(h+2a)計算k1——計算長度附加系數，按照表取值為1.167；a——立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點的長度；a=0.00m；k2——計算長度附加系數，按照表取值為1.039；計算結果：f=105.20N/mm2，立桿的穩(wěn)定性計算<[f],滿足要求!(四)、構造要求1.模板支架立桿的構造應符合下列要求：(1).每根立桿底部應設置底座，并必須按有關規(guī)定設置縱、橫掃地桿。(2).高支模立桿步距不得大于1.5m,并應設置縱橫水平拉桿。(3).立桿接長必須按有關規(guī)定采用對接扣件連接。(4).支架立桿應豎直設置，2m高度的垂直允許偏差為15mm。(5).當梁模板支架立桿采用單根立桿時，立桿應設在梁模板中心線處，其偏心距不應大于25mm。2.滿堂模板支架的支撐設置應符合下列規(guī)定：(1).剪刀撐應縱橫設置，且不少于兩道，其間距不得超過6.5m；支撐主梁的立桿必須設置剪刀撐。(2.)滿堂模板支架四邊與中間每隔四排支架立桿應設置一道縱向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設置。(3.)高于4m的模板支架，其兩端與中間每隔4排立桿從頂層開始向下每隔2步設置一道水平剪刀撐。剪刀撐的構造應符合有關規(guī)定。(五)、模板支架施工1.施工準備：進行技術交底；對構配件進行驗收；清除搭設場地雜物，平整搭設場地，并使排水暢通。2.支架基礎必須滿足支模施工和計算要求，驗收合格后按施工方案的要求放線定位。由于支撐搭設在斜道上，坡度為14.6％，因此，搭設立桿前，要先根據支模平面圖放出每根立桿的位置，然后在斜道上鑿平不小于150×150平面，以確保放置底座面水平，保證立桿垂直。3.按施工方案和上述構造要求搭設模板支架，并應滿足《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204—2002）的有關規(guī)定4.支架的拆除（1）支模的拆除必須經驗算復核并符合《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204—2002）及其它有關規(guī)定，嚴格控制拆模時間，拆模前必須有拆模申請及經審批。（2）拆除時應遵循先上后下，先搭后拆，后搭先拆，一步一清的原則，部件拆除的順序與安裝順序相反，嚴禁上下同時作業(yè)，拆除時應采用可靠的安全措施。（3）卸料時應由作業(yè)人員將各配件逐次傳遞到地面，嚴禁拋擲。（4）運至地面的構配件應及時檢查、整修與保養(yǎng)，清除桿件及螺紋上的沾污物，變形嚴重的，送回倉庫修整。配件經檢查、修整后，按品種、規(guī)格分類存放，妥善保管。(六)、安全管理1.明確支摸施工現(xiàn)場安全責任人，負責施工全過程的安全管理工作。在支摸搭設、拆除和混凝土澆筑前向作業(yè)人員進行安全技術交底。2.支模施工應按經審批的施工方案進行，方案未經原審批部門同意，任何人不得修改變更。3.支模分段或整體搭設安裝完畢，經技術和安全負責人驗收合格后方能進行鋼筋安裝。4.支摸施工現(xiàn)場應搭設工作梯，作業(yè)人員不得從支撐系統(tǒng)爬上爬下。5.支摸搭設、拆除和混凝土澆筑期間，無關人員不得進入支摸底下，并由安全員在現(xiàn)場監(jiān)護。6.混凝土澆筑時，派安全員專職觀察模板及其支摸系統(tǒng)的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象時應立即暫停施工，迅速疏散人員，待排除險情并經施工現(xiàn)場安全負責人檢查同意后方可復工。7.施工期間，要避免材料、機具與工具過于集中堆放。8.支架搭設人員必須持證上崗，并戴安全帽、系安全帶、穿防滑鞋。9.惡劣天氣時應停止模板支架的搭設與拆除。雨后上架作業(yè)應有防滑措施。(七)、設計與施工體會1.按照規(guī)范要求，對木模板系統(tǒng)的計算是采用概率極限狀態(tài)設計法的要求，采用分項系數設計表達式進行的。因此，在高支模設計中，各種參數的取值是否合理，將影響計算數據的準確性和支撐系統(tǒng)的安全性。2.本模板支架的基礎雖為斜坡，但支承在經夯實并澆筑混凝土的地面上，支架基礎很容易滿足支模施工和使用要求，因此，本設計對基礎考慮得不多。當高、重、大跨度梁板模板支架支承在下層結構樓面上時，則要考慮下層樓面的結構承載力，必要時要進行加固處理。當模板支架支承在泥土地面上時，應在平整、夯實后加設滿足承載力要求的墊塊支承立桿,并采取排水措施。3.經計算分析，鋼管的承載力較大（可用步距調整），其平面間距主要受木枋的強度和剛度影響。當木枋的強度和剛度滿足不了要求時，可考慮使用雙木枋（即兩條木枋疊起來使用）。由于木枋長度一般都是長2m，因此設計時垂直梁軸線方向的間距可以先定下來，一般為2m的1/2、1/4或比之略小，而沿梁軸線方向的間距則要通過試算來決定。4.由于施工中產生的振動荷載較大，豎向支撐由扣件式鋼管腳手架組成，而安裝的誤差很難保證桿件在豎直的一條線上，因此扣件式鋼管腳手架要排列整齊和順直，并要及時安設好縱橫向水平拉桿、剪刀撐等。上下層立桿采用的對接扣件應按規(guī)范要求交錯布置。5.由于支架的搭設是由架子工作業(yè)的，而支架上的模板系統(tǒng)則由木工來完成，因此，在設計與施工過程中，要綜合考慮各班組的情況，協(xié)調好各班組的工作，才能設計出既確保安全、方便施工，又節(jié)約鋼管用量的支模系統(tǒng)。三、高支模坍塌事故教訓的典型案例1南京“10．25”事故2．南京**“9．01”事故3．南京********公園工程事故4．南京*****橋立交東延****門段高架橋工程事故5.模板坍塌——2005年5月25日，烏魯木齊某建筑公司在******幼兒園工程施工過程中，使用商品混凝土澆筑一層頂板時，發(fā)現(xiàn)模板有坍塌情況，技術員帶領5－6名木工到模板下加固（支撐體系采用楊木桿），在加固過程中發(fā)生坍塌，導致2人死亡，4人輕傷。6. 2005年7月12日，伊犁某建筑公司在****卷煙廠生產車間過程施工過程中，1名木工在三層樓面支模，因操作架所鋪一塊木板突然斷裂，墜落至三層樓地面，墜落中安全帽脫落，后腦著地，經搶救無效死亡。7.模板坍塌——2005年8月31日，新疆某建筑公司在******廣場B區(qū)工程施工過程中，在井字梁樓板澆筑時，模板和支架出現(xiàn)下沉和坍塌，導致1人死亡2人重傷。8.坍塌——2006年9月20日凌晨5點20分左右，新疆某建筑公司施工的新疆*****文科綜合樓工程，在澆筑四層整體混凝土時模板支撐體系失穩(wěn)坍塌，一名值班維護模板的作業(yè)人員被壓在坍塌板下，經搶救無效死亡。四.高大支模整體坍塌事故的教訓總結幾起典型的高支模架的整體坍塌事故，有以下幾點共性的教訓：(1)在高支模架的架體中，目前采用的主要架體形式為扣件式鋼管支架，碗扣式鋼管支架以及門式鋼管支架。從國內已發(fā)生的坍塌高支模架事故來看，主要集中在用扣件鋼管搭設的支模架?？奂摴苤Ъ苡写钤O靈活，適應復雜結構支模的優(yōu)點；但也有搭設隨意性大，受作業(yè)工人素質和技術水平影響大的缺點。因此，應將扣件鋼管搭設的高支模架作為安全管理的重點。(2)在構成架體的立桿和水平桿中，水平桿的搭設隨意性太大，木工搭設往往依一般低層混凝土結構支模的經驗去搭設高支模架，水平桿一個方向均設，另一個與之正交的方向每隔兩跨(隔一根立桿)或三跨(隔兩根立桿)設置，也從整體上大大削弱了架體的整體剛度和承載能力。從支架坍塌速度集中在4—5秒之內，就可以看出架體的缺陷之嚴重。事故之后，也可看出有些高支模架是必垮無疑的。(3)在搭設架體墓本尺寸合理時，扣件鋼管架的承載能力主要是由頂部扣件的抗滑能力決定的。南京高架橋的坍塌事故說明了即使架體墓本完善，但若對這種架子的受力特點認識不足，在架體頂部承受荷載大時，還有可能發(fā)生坍塌事故。(4)構造措施完善能有效提高高支模架的整體承載能力。在房屋建筑工程中發(fā)生的幾例坍塌事故均為支架構造搭設有嚴重缺陷的。(5)要充分重視在城市邊緣地區(qū)的高支模架的安全，這些地區(qū)由于土地價格相對較低，建設速度發(fā)展快，常有高大支模的混凝土結構出現(xiàn)，但施工隊伍相對較弱，施工分布廣，也造成工程管理上的盲點。五.加強高支模安全監(jiān)督的措施1.重視高支模方案審批階段的手續(xù)完備及專家論證工程施工單位和監(jiān)理在接手工程項目時，首先要認真查看有無屬于高支模的混凝土結構施工。若有高支模的內容，應按以下幾個方面加強方案階段的監(jiān)督：(1)承擔項目施工的項目經理和技術負責人應認真編制高支模的專項施工方案，施工方案中要有計算書、安全驗算結果和必要的參考資料。除了文字性的方案外，特別是必須附有高支模部位的詳細而明確的搭設方案圖。這些圖包括：①支模架的平面布置圖。圖中標明結構梁板的主要尺寸，梁下鋼管支模架搭設的基本尺寸(一般加密搭設)，板下鋼管支模架搭設的基本尺寸；支模架的水平層剪刀撐布置，一般每隔4～6m設置；支模架的豎向剪刀撐設置位置用虛線表達，宜設置在大梁的軸線位置上，以增加抵抗混凝土泵管的水平沖擊力；整個高支模區(qū)域支架與周邊結構的拉結設置等。相關支架搭設的技術總要求也要在平面總圖中列條文敘述。②支模架的立面布置圖。圖中標明結構剖面，主要構件的標高以及被支模結構的上下層關系。梁板下的模板支架應標明基本步高，掃地桿離地距離，豎向剪刀撐布置，與周邊結構拉結的位置。立面布置應特別注意高支模的大截面梁重荷載下支架底部結構的承載能力是否滿足要求，必要時應驗算和設計支架底部結構下的傳力二次支撐。對于支模高度在10rn以上的支架，一般應每隔8～10rn設置加強層，加強層的做法為：在步高范圍內搭設折線狀剪刀撐，形成鋼管搭設的桁架，桁架兩端與周邊結構形成有效拉結，以加強超高支架的整體剛度，并調整立桿的荷載傳力。③局部構造布置圖。構造圖中重點標明大截面梁的從側模到底模的支模構造，底模下傳力木枋的排放方向及間距，鋼管立桿的細部布置。一般應重視大梁底部直接傳力的立桿布置，盡可能采用具有軸心受壓傳力特點的可調托式立桿。頂部立桿的伸出水平桿的長度應嚴格控制在0．6m以內。(2)項目施工單位編制出高支模專項施工方案后，應當組織不少于5人的專家組，對已編制的安全專項施工方案進行論證審查?，F(xiàn)場監(jiān)理應參加專家組的論證審查會，進一步聽取專家對該工程高支模的難點、重點和對策的意見，以便從總體上把握安全施工。安全專項施工方案專家組必須提出書面論證審查報告，施工企業(yè)應根據論證審查報告進行完善，施工企業(yè)技術負責人、總工程師簽字后，報監(jiān)理審查通過方可實施。監(jiān)理接到報批的專項方案后，應重視手續(xù)的完備，即有方案，有專家論證，有施工單位技術負責人簽字。項目總監(jiān)理工程師在資料完備后方可簽字準許實施。從最近一些工程高支模施工的具體操作來看，尚有施工企業(yè)的項目部對高支模方案階段不夠重視，也常遇見無方案先搭設高支模架的狀況。事實大截面梁底下加密的立桿搭設寬度必須與架體總高度有一合適的比例。若梁截面尺寸為500mm×2000mm，支模高度為20m，有些施工項目隊雖考慮了梁下鋼管支架立桿的加密，但加密的寬度往往在1．2m左右，這對于20m高的支架，在考慮搭設的垂直度偏差后(實際檢查經常能達到200mm)，架體的寬度就顯不足。因此，建議梁下加密的立桿區(qū)寬度B與架體高度H的比值控制在0．1～0．15之間；獨立塔架(與周邊不能形成有效拉結)的比值控制在0．2～0．3之間。(3)若高支模架的頂部以扣件為主，將梁板底模上，規(guī)劃好高支模方案能達到事半功倍的效果。特別是有明確的高支模的平面布置圖、立面布置圖和局部構造圖后，現(xiàn)場監(jiān)理就有清晰的檢查依據，可避免依照純文字方案搭設支架中造成理解不同的失誤。2.重視搭設安裝階段的過程檢查及措施到位對于高支模的安全施工，完善的專項方案僅是成功的一半，在具體支架搭設和模板安裝中，監(jiān)理還應重視過程的檢查，要