扣件式钢管高支模体系安全性分析

扣件式钢管高支模体系安全性分析

苗建伟

沈阳职业技术学院辽宁沈阳110000

【摘要】扣件式钢管模板支撑体系因其装拆方便、通用性强、承载力大、整体刚度好等优点而被广泛使用，但现场施工中因该支撑体系失稳导致模板坍塌的事故时有发生，已成为施工中易引发群体伤亡的重大危险源之一，对该体系的安全可靠性进行分析成为建筑行业的一个重要课题。

【关键词】高支模；整体稳定性；安全性

1引言

随着我国社会和经济的发展，出现多种超常规的混凝土结构形式。例如重荷载大跨度大截面混凝上框架梁、超高门厅、多功能厅、顶部楼盖的双向或单向大跨度混凝土梁板、混凝土转换层结构、城市高架桥的混凝土箱梁、跨越两楼或马路的廊道、大悬挑大截面的混凝土梁板等。这些结构通常面积大、高度高、空间跨度大、自重大。在施工中，扣件式钢管高大模板支撑架不同于普通的脚手架，它们的搭设跨度大，高度高、受力情况十分复杂。当上部混凝土结构自身强度尚未形成时，支撑架要承受结构自身荷载同时还要承担混凝土结构施工时的各种荷载，浇筑混凝土时产生的振动荷载，还要承担一些对结构不利的荷载，如风荷载、基础的不均均匀沉降等，所以高支模体系所承受的荷载值通常较普通结构大。《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》规定：高大模板支撑体系，简称高支模，是指搭设高度超过8m，或跨度超过18m，或施工总荷载大于10kN/m2，或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑体系。

近年来，因施工过程中模板问题导致的施工质量和施工安全问题日益突出，据一些文献报道[2]，近些年在美国发生的模板坍塌事故中，72%发生在混凝土浇筑期，其中因模板施工设计错误而导致的工程事故占50%以上；据不完全统计[3]，自2005年至2011年，国内在模板施工过程中发生的坍塌事故达70多起，其中死亡人数200余人，受伤人数400余人。这些数据足以显示模板工程的安全问题应该引起有关人员的重视。在我国建筑行业中只要涉及现场安全检查，模板工程施工安全肯定列入其中。从现场事故调查中发现，建筑事故多发生在施工建造阶段，其中模板支撑体系的坍塌是事故发生的最主要原因之一，因此对建筑施工模板支撑体系的研究是一项迫切和重要的工作。

对近些年来发生的模板坍塌事故进行分析，从以下几个方面提出合理性的建议：

(1)材料的安全性

(2)设计的合理性

(3)满足构造要求

(4)合理的施工工艺

(5)加强监管作用

2扣件式钢管高支模体系的组成

扣件式钢管模板支撑体系是前几年国内高大模板支撑体系中最常用的一种形式，它是传统模板支撑体系的延伸，是在传统扣件式脚手架基础上添加了必要的构造措施。一般由立杆、水平杆、水平剪刀撑、垂直剪刀撑、水平加强层、扣件、底支座等部件构成的半刚性框架结构体系。水平杆应搭设成纵横向并和立杆采用扣件连接，扣件一般采用直角扣件。水平剪刀撑应在水平面上和立杆形成夹角45°至60°夹角的交叉斜杆并与立杆用转角扣件相连接。垂直剪刀撑应在垂直面上和立杆形成夹角45°至60°的交叉斜杆，并与立杆用转角扣件相连接。底支座一般为用于立杆底面和支撑基础之上的连接件。其作用在于能和立杆共同承力并适当增大承力面积及便于调节支撑高度。

2.1扣件式钢管模板支撑体系的构件组成：

1）钢管

扣件式钢管模板支撑体系是由立杆、横杆、剪刀撑组成的半刚性框架体系，这些杆件使用的钢管应采用现行国家标准《直缝电焊钢管》或《低压流体输送用焊接钢管》中规定的3号普通钢管，其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》中Q235-A级钢的规定。

2）扣件

扣件是扣件式钢管模板支撑体系重要的组成部分，决定其整体性。根据用途通常分为三种形式，分别为对接扣件、旋转扣件以及直角扣件。扣件常采用可锻铸铁制作，其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》的规定。并且在螺栓拧紧扭矩大65N.m时，不破坏。

2.2扣件式钢管模板支撑体系的优点

扣件式钢管模板支撑体系是目前使用比较广泛的一种脚手架形式，同时在我国建筑行业使用较早，因此对其性能及特点了解比较透彻，通常具有以下优点：

1）加工、装拆简便钢管和扣件均有国家标准，加工简单，通用性好，且扣件连接简单，易于操作，装拆灵活，搬运方便。

2）搭设灵活，适用范围广钢管长度易于调整，扣件连接不受高度、角度、方向的限制，因此扣件式钢管脚手架适用于各种类型建筑物结构的施工。

3）比较经济。加工简单，一次投资费用较低。

2.3扣件式钢管模板支撑体系用于髙支撑时存在的问题

1）扣件式模板支撑体系作为髙支撑体系，其承载力不足。应用髙支撑体系的建筑结构其上部荷载通常较大，立杆承受的轴力比较大，同时由于立杆的截面积较小，其长细比较大，容易引起高支撑体系整体失稳。

2）扣件式钢管模板支撑体系的抗侧刚度偏低，因此其整体稳定性差。虽然在施工时，作为髙支撑体系，扣件式钢管脚手架都必须按设计要求设置必要的剪刀撑来提高侧向稳定性。但是由于髙支撑体系的特殊性，这种设置剪刀撑的脚手架也会由于失稳而倒塌。因此在选用髙支撑形式时，必须根据建筑结构特点综合考虑。

3）扣件式钢管模板支撑体系节点存在缺陷。其缺陷主要表现在以下三个方面，首先扣件式节点的转动刚度不高，横杆对立杆的约束不足，因此降低了其抗侧刚度。其次扣件式节点的抗滑承载力偏低，重荷载易引起节点滑移破坏而导致整体失稳。再次扣件式节点使得立杆存在偏心受力，立杆由于受到附加弯矩影响，承载能力大幅度降低。

3结论

随着大空间、大跨度结构的不断出现，高支撑体系在我国建筑工程中的地位越来越重要，虽然不作为建筑的主体结构，但是如果高支撑体系在施工中失稳倒塌，造成的后果极其严重。我国高支撑体系从设计理论到施工技术都不成熟，导致在工程建设时难以确保其安全可靠，因此研究高支撑体系是我们刻不容缓的课题。

（1）、通过对架体变形量的分析发现：扣件式钢管高支模支撑体系的板底和梁底为薄弱部位，需要构造加强，避免产生过大的附加弯矩，从而使立杆变为偏心受力，不利于立杆的承载。

（2）、水平剪刀撑不能提高架体整体承载能力，水平剪刀撑主要通过对立杆、水平杆的拉结作用来提高架体的整体性；梁底竖向剪刀撑可以提高架体整体承载力但提高幅度不大，梁底部竖向剪刀撑可以大幅度减小梁底立杆变形，还可以减弱架体的扭曲变形；四周连续竖向剪刀撑提高架体整体承载力的能力略高于梁底竖向剪刀撑，四周连续竖向剪刀撑对减弱架体扭曲变形的有较大作用。

（3）、架体高度越高，水平侧移量越大，剪刀撑对提高架体整体承载力的作用越大。

参考文献：

[1]魏銮新.扣件式钢管高大模板支撑架稳定性研究[D].华侨大学硕士学位论文,2011.

[2]赵挺生、蔡明桥.混凝土建筑结构施工设计[M].中国建筑工业出版社,2004:13-18.

[3]糜嘉平.脚手架、模板倒塌事故的原因及对策[M].建筑技术,2001:260.

[4]章雪峰,混凝土结构扣件式钢管模板高支撑体系整体受力分析,浙江工业大学硕士学位论文,2006.1.