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1、满堂模板脚手架失稳坍塌事故的原因分析及其对策建议前言在工业与民用建筑中，常常遇到较大跨度和较高层高的锅炉房、厂房和餐厅、报告大厅、多功能厅等，其屋顶板很多采用现场浇筑钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构。其施工方案，大都采用搭设满堂模板脚手架。一般说，用扣件式钢管脚手架搭设满堂架，其施工方法简便，钢管可与外脚手架统用，可降低成本，只要经过设计计算并合理搭设，其安全性能是有保障的，成功事例很多，故为许多施工企业采用。但是，对于超高、超重的满堂架，如果施工企业疏于管理，施工方案未经仔细设计计算，选用钢管与扣件材质不合格、搭设构造不符合施工规范和设计要求，结果造成整体坍塌的重大伤亡事故，时有发生。本
2、文从满堂架的设计与计算这一角度重点分析一下可能引起坍塌的原因，并提出几点建议对策。因水平所限，所提观点可能有误，供同行商讨。1、脚手架钢管材质问题建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ-130）规定：钢管应采用国标直缝电焊钢管（GB/T13793）或低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092）中规定的3号普通钢管，其质量应符合国标碳素结构钢（GB/T700）中Q235-A级钢，外径为48mm的钢管，壁厚为3.5mm。当前市场上供应的一些脚手架管材，不仅材质上存在不少问题，就拿管材规格上，漏洞也很大。设计要求的规格483.5mm，规范允许管壁厚度误差为-0.5mm，生产厂家就钻这误差的空子，
3、直接生产483.0mm的管子，因为市场上买脚手管材以米为单位进行计价，壁厚减薄0.5mm，原每吨管材260m，现在每吨为300m，无形之中，他就多赢利15.4%，可轴向抗压强度却下降了12%。当483.5mm变为482.5mm时，管材长度增加到每吨357m，约增加37%，但强度却下降24%。如旧有管材，锈蚀很严重，达1mm，则管材从483.5mm变为462.5mm，其强度下降达33.7%。规范规定，管子直径允许偏差-0.5mm，壁厚允许差距-0.5mm，如二者同时存在，则483.5mm变为47.53.0mm，管材长度从260m/t变为304m/t，长度约增加17%，强度降低14.8%。不同截面
4、几何特性及轴向抗压强度对比见表1。表1 不同截面几何特性及轴向抗压强度对比序号规格(mm)截面积A(cm2)惯性矩I(cm4)截面模量W(cm3)回转半径i (cm)重量(kg/m)轴向抗压强度(KN)强度降低比值1483.5mm4.8912.195.081.583.8418.5502483.0mm4.2410.784.491.593.3316.32-12%3482.5mm3.579.273.891.612.8014.12-24%4462.5mm3.418.103.381.542.6812.30-33.7%547.52.5mm4.1910.424.391.5773.2915.80-14.8%注
5、：钢管的轴向抗压强度设计值按步距1.8m，计算长度按1.1551.5180=311.85cm计。几点建议：（1）管子壁厚标准值3.5mm，规范规定允许偏差为-0.5mm，截面减少13.3%，轴向抗压强度减少12%，降低值太大，允许偏差建议改为-0，+0.5mm，否则设计计算时，截面积按标准值乘以0.85的折减系数，以策安全。（2）脚手架管材的销售应以重量每吨计价，废除以每米长度计价。（3）整顿脚手架管材生产厂家，生产不合格品的，令其改正，否则吊销其执照。2、扣件的质量问题扣件式钢管脚手架和模板支架，所以能组合成一个整体的空间结构，以承受各类施工荷载和风载，关键全在钢管通过各类扣件将其组成整体，
6、故扣件的质量好坏直接关系到脚手架和满堂模架的安全。规范要求扣件应用可锻铸铁制作，材质应符合国标钢管脚手架扣件（GB-15831）的规定。建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130）规定：一个直角扣件、旋转扣件（抗滑）的承载力设计值为8.0KN。据有关部门多年抽样检查发现市场上供应的扣件质量合格率较低，一些小厂生产的扣件合格率甚至达0%。这是一个很大的安全隐患。另外，一个扣件能否达到要求的设计值，还有一些不定因素，例如：（1）扣件螺栓拧紧扭力矩是否能满足40Nm，65Nm，以避免过松、过紧问题。（2）重复使用的扣件，如有裂缝、变形、滑丝、砂眼等现象，应废弃。（3）表面未经清理或清理不干净
7、，存在锈迹，水泥浆和泥土等、影响扣件与钢管的握裹力。举个受力最简单的例子（按GB50204-92取荷载）：当模板是通过楞木搁置在水平钢管上，水平钢管通过直角扣件把力传给立柱(见图1)，则厚度为12cm的钢筋混凝土楼板传给水平钢管的施工荷载：混凝土重 0.12241.2=3.456 KN/钢筋重 1.11.2=1.32 KN/模板 0.31.2=0.36 KN/施工人员与设备重 1.51.4=2.10 KN/合计 q=7.236 KN/当立柱纵、横双向间距均为1m时，则一个扣件承受外力为7.236KN8KN，但余度不大；如考虑水平钢管按三跨连梁计算，则一个扣件反力为7.2361.1=7.96KN
8、，余度基本上没有。当立柱纵、横双向间距均为1.2m时，则一个扣件所承受外力达1.21.27.2361.1=11.46KN，大于允许值8KN的43.2%；当立柱间距为1m1.2m时，则一个扣件承受外力为9.55KN，也大于允许值19.4%。因而，一般楼板下模架其立柱间距最大只能是1m1m，而且扣件质量必须保证。图1 楼板模板支架布置示意图3、梁下模架立柱布置3.1 布置方案上面论述，在楼板下模架立柱间距最大为1m1m，梁下模架立柱间距必须缩小，才能满足要求。对一般楼面结构的钢筋混凝土梁，在横向宜用二根立柱抬一根梁，纵、横向间距则根据计算需要予以加密，以梁截面为4001200为例，布置如下图2。图
9、2 梁下模架立柱布置示意图3.2 支承钢管连接扣件计算直接支承混凝土梁的水平短钢管所承受外荷载：钢筋混凝土梁自重 0.41.225.51.2=14.688 KN/m梁底模和侧模重 0.4+2(1.2-0.12)0.31.2=0.922 KN/m混凝土振捣荷载 21.40.4=1.12 KN/m梁下水平钢管的支座反力为：混凝土自重 R1=14.6880.5/2=3.672KN模板重 R2=0.9220.5/2=0.231KN振捣荷载 R3=1.120.5/2=0.28KN合计 R=4.183KN8KN，即一个扣件承载力，安全如果纵向立柱间距不是500mm，而是1000mm，则反力R=14.688
10、/2+0.461+0.56=8.365KN，大于8KN，故纵向间距必须缩小。3.3 水平钢管强度计算当立柱横间距为1m,纵向为0.5m时：按简支梁计跨中弯矩 M=4.1830.3=1.255KN.m弯曲应力 f=1.255106/（5.08103）=247.1N/mm2205 N/mm2，不允许。横向间距改为800mm，M=4.1830.2=0.8366KN.mf=0.8366106/（5.08103）=164.7N/mm2205 N/mm2，可以。3.4 计算结果当板厚为12cm时，板下模架立柱间距应不大于1m1m；混凝土梁4001200下模架立柱纵、横向间距应为500800mm，才满足一个
11、扣件抗滑承载力的要求。4、模架立柱强度计算4.1 立柱所承受荷载上述计算中均未计及满堂架及脚手板的荷载，计算立柱强度时，不能漏算。假定模架高15m，步距为1.8m，共9步。脚手架重：立柱： 150.03841.2=0.691 KN纵横水平杆：（9+1）2+330.03841.2=1.336 KN剪刀撑：(1.81.414+11.4152)0.03841.2=1.118 KN扣件：102+15/4+151.4122/（54）+151.412/（52.5）0.01461.2=0.549 KN脚手板（3层）：1130.11.2=0.36 KN施工活载（一层）：1121.4=2.80 KN脚手架荷载：
12、6.854 KN板传来荷载：0.817.236=5.79 KN梁传来荷载：4.183 KN共计：梁侧面一根立柱底部最大轴向压力N=6.854+5.79+4.183=16.827 KN4.2 立柱稳定性计算（1）立柱步距1.8m，其计算长度l0，参照脚手架立柱取用：l0=1.1551.5180=311.85=311.85/1.58=197.4=0.185总的允许轴向承载压力设计值N1=0.185205489=18.55KN，大于实有轴向力 N=16.827KN，可以。（2）如按JGJ130规定，计算长度 l0=h+2a，h为步距取1.8m，a为立杆伸出顶层横向水平杆中心到模板支撑点的长度，取0.
13、2m，则l0=1.8+20.2=2.2=220/1.58=139.2=0.352则总的允许轴向承载压力设计值NN2=0.352205489=35.29KN比按脚手架立柱计算得的N1=18.55KN大了90%，故按此法计算安全度偏低。4.3 立柱计算中的几个问题(1)立柱计算中，切记不能忽视满堂脚手杆的自重（包括脚手板及施工荷载），从上面计算看，它占总荷载16.827KN的6.854/16.827=40.7%。（2）满堂模板支架的高矮只是影响架体的自重，即高度增加几米或减少几米，不会直接导致其结构体系的变化。但满堂架搭设时，其立杆纵横向的间距、垂直方向的步距以及纵横水平杆和剪刀撑的搭设必须严格按
14、设计要求施工。（3）步距大小直接影响立柱的稳定性，如上述计算中，当步距为1.8m 时，其轴向承载力允许值N为18.55KN；当步距为2.0m时，l0=1.1551.5200=346.5cm，=219.3，=0.152，则轴向承载力允许值N降为15.24KN（降低17.8%）；当步距变为2.5m时，l0=2501.151.5=433.13cm，=274.1，=0.0974，则轴向承载力允许值降至9.76KN（降低47.4%）（4）扫地杆不仅是把满堂架组成整体，从计算上看，它还是缩短第一步立柱计算长度的必要保证，如果立柱下部不设扫地杆，则该段立柱相当于“悬臂”，其计算长度l0=1.1552200=462cm，=292.4，=0.0856，轴向承载力允许值为8.58KN（强度降低53.7%），因此，扫地杆必须设置，万万不可忽视。（5）规范JGJ-130对满堂模板支架设计荷载如施工荷载等的要求不够具体；脚手板的铺设也无要求。本文从安全出发，考虑活载取一层2 KN/，脚手板按上、中、下三层计，仅供分析用。5、立柱基础设计
