安全生产_高大模板及钢管支撑体系安全技术讲义

二 一 年五月 安全技术讲座 高大模板及钢管支撑体系 主要内容 1 设计计算要点 2 破坏分析 3 构造要求及施工 4 坍蹋案例分析 关于印发 福建省建筑模板技术政策公告 的通知 闽建科 2002 9号 淘汰松木小模板 禁止使用弯曲的小直径杂木支撑 限制使用木支撑 建筑工程预防高空坠落 坍塌事故若干规定 建质 2003 82号 福建省建设厅关于加强模板工程安全生产管理的通知 闽建建 2003 47号 木支撑不超过3 5米 门式架支撑高度不超过8米福建省建设厅关于加强建筑模板工程钢管支撑体系施工安全管理的通知 闽建建 2004 35号 针对师大图书馆坍塌 加强对高大模板的监控及方案审核福建省建设厅关于印发 高大模板扣件式钢管支撑体系施工安全管理规定 闽建建 2007 32号 的通知 危险性较大的分部分项工程安全管理办法 建质 2009 87号 建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则 建质 2009 254号 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 JGJ130 2001 建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范 JGJ166 2008 建筑施工模板安全技术规范 JGJ162 2008 一 模板行政文件 规范 高大模板工程属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程 指水平混凝土构件模板支撑系统满足以下四条件之一 1 高度超过8m 2 跨度超过18m 3 施工总荷载大于15kN m2 4 集中线荷载大于20kN m的模板支撑体系 上述条件是根据建设部印发 危险性较大的分部分项工程安全管理办法 建质 2009 87号 中规定的超过一定规模的危险性较大的混凝土模板支撑工程 需专家论证的 二 高大模板范围 荷载应为荷载设计值 由可变荷载效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合 二 高大模板范围 1 钢管钢管应采用Q235 A焊接钢管 目前大部分工地使用的钢管只能达到 48 3 0 计算时以此截面尺寸作为计算依据 钢管应有产品合格证 质量检验报告 钢管表面应平直光滑 弯曲 压扁 锈蚀严重及打孔的钢管不得使用 钢管必须涂防锈漆 三 材料要求 2 扣件扣件应采用可锻铸铁制作的扣件 不推荐采用钢板冲压扣件 其材质应符合现行国家标准 钢管脚手架扣件 GB15831 的规定 扣件螺栓拧紧扭力矩达65N m时 不得破坏 应有生产许可证 产品质量合格证 法定检测单位的测试报告和产品标识 有裂缝 变形的严禁使用 出现滑丝的螺栓必须更换 扣件应进行防锈处理 三 材料要求 3 碗扣上碗扣应采用可锻铸铁或铸钢制造 下碗扣 横杆接头 斜杆接头应采用碳素铸钢制造 采用钢板热冲压整体成形的下碗扣 钢板应符合GB T700标准中Q235A级钢的要求 板材厚度不得小于6mm 并经600 650 C的时效处理 严禁利用废旧锈蚀钢板改制 小于5mm 立杆连接外套管与立杆间隙应小于或等于2mm 外套管长度不得小于160mm 外伸长度不小于110mm 杆件的焊接应在专用工装上进行 各焊接部位应牢固可靠 焊缝高度不小于3 5mm 三 材料要求 三 材料要求 三 材料要求 碗扣节点构成图 4 盘扣 轮扣国家尚无相关标准 可参考 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程 征求意见稿 并进行相关试验 论证 三 材料要求 三 材料要求 5 木材 胶合板市场上提供方木基本上达不到50 100 100 100 计算时应按实际截面尺寸 如45 95 90 90 三 材料要求 6 可调底座 顶托可调底座及可调顶托螺母应采用可锻铸铁或铸钢制造 可调底座钢板厚度不得小于6mm 省规为8mm 可调顶托不小于5mm 可调底座及顶托丝杆与调节螺母啮合长度不得小于6扣 插入立杆内长度不得小于150mm 丝杆直径与钢管的内径相差不得超过3mm 1 永久荷载 1 模板及其支架自重标准值G1k 2 新浇筑混凝土自重标准值G2k 3 钢筋自重标准值G3k 4 新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力标准值G4k 2 可变荷载 1 施工人员及设备荷载标准值Q1k 2 振捣混凝土时产生的荷载标准值Q2k 3 倾倒混凝土时 对垂直面模板产生的水平荷载标准值Q3k 4 风荷载标准值Wk 5 施工水平荷载 四 荷载及变形值的规定 四 荷载及变形值的规定 泵送混凝土对水平模板的冲击作用 当管径125 Qo 60 100m3 h Vo 1 47 2 46m s时 F随Vo减小而增大 随Qo增大而增大 随 1增大而减小 1 15o F 491 1162N可产生1 96 4 65KN m2冲击力 1 30o F 299 638N可产生1 2 2 56KN m2冲击力 F随h增大而增大 随Vo增大而增大 随Qo增大而增大h 0 75m F 98 189N可产生0 39 0 76KN m2冲击力h 0 9m F 103 196N可产生0 41 0 78KN m2冲击力 F随Vo增大而增大 随Qo增大而增大h 0 75m F 72 230N可产生0 29 0 92KN m2冲击力h 0 9m F 72 215N可产生o 29 0 86KN m2冲击力 3 荷载组合参与计算模板及其支架荷载效应组合的各项荷载的标准值组合应符合表4 3 2的规定 四 荷载及变形值的规定 4 变形值规定当验算模板及其支架的刚度时 其最大变形值不得超过下列容许值 1 对结构表面外露的模板 为模板构件计算跨度的1 400 2 对结构表面隐蔽的模板 为模板构件计算跨度的1 250 3 支架的压缩变形或弹性挠度 为相应的结构计算跨度的1 1000 四 荷载及变形值的规定 五 设计计算 模板设计计算包括 1 模板 次楞 主楞2 扣件 穿梁螺栓3 立杆4 地基基础5 支承楼板验算6 抗倾覆 五 设计计算 1 模板 次楞 主楞抗弯验算 M W f抗剪验算 VS0 Ib fv挠度验算 qgL4 100EI PL3 100EI v 其中 木材强度可取fm 11 13MPa fv 1 3 1 5Mpa 胶合板fjm 12 5MPa 五 设计计算 2 扣件 穿梁螺栓 1 扣件承载力R Rc单扣件Rc 8kN 双扣件Rc 12kN 2 穿梁螺栓验算公式如下 N Ntb Anftb其中N 穿梁螺栓所受的拉力 Ntb 穿梁螺栓轴向拉力设计值 An 穿梁螺栓有效面积 mm2 ftb 穿梁螺栓的抗拉强度设计值 取170N mm2 五 设计计算 3 立杆 N A f其中N 立杆的轴心压力设计值 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比 lo i查表得到 限值 150 模板 210 扣件式 230 碗扣式 i 计算立杆的截面回转半径 cm A 立杆净截面面积 cm2 钢管立杆轴心受压应力计算值 N mm2 f 钢管立杆抗压强度设计值 f 205N mm2 lo 计算长度 m 根据 脚手架规范 立杆计算长度lo h 2a 式中a为立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度 a 0 3m 根据 模板规范 立杆计算长度lo h 但其对顶皮水平杆拉结要求更严 五 设计计算 五 设计计算 4 地基基础立柱底地基承载力应按下列公式计算 p N A mffak式中p 立柱底垫木的底面平均压力 N 上部立柱传至垫木顶面的轴向力设计值 A 垫木底面面积 fak 地基土承载力设计值 应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 的规定或工程地质报告提供的数据采用 mf 立柱垫木地基土承载力折减系数 应按表5 2 6采用 其取值与 脚手架规范 不同 对作用在原土上取值比 脚手架规范 大 五 设计计算 5 支承楼板验算必须验算支承楼板能否承受上部传来的模板和砼自重以及浇砼时的施工荷载 如果支承楼板砼已达到设计强度 可以根据设计院提供的楼板活荷载及恒荷载验算 6 抗倾覆框架和剪力墙的模板 钢筋全部安装完毕后 应验算在本地区规定的风压作用下 整个模板系统的稳定性 其验算方法应将要求的风力与模板系统 钢筋的自重乘以相应荷载分项系数后 求其合力作用线不得超过背风面的柱脚或墙底脚的外边 六 高大模板支架破坏形式1 地基下沉2 扣件失效3 侧向变形4 立杆失稳5 倾覆 六 高大模板支架破坏形式 地基下沉 1 地基下沉地基下沉引起局部立杆下沉 最后导致整个支架下沉甚至失稳破坏 影响因素1 地基承载力不足 影响因素2 地基泡水过长 承载力降低 影响因素3 地基局部回填土未进行处理 影响因素4 立杆垫板过小或放置不稳 六 高大模板支架破坏形式 扣件失效 2 扣件失效扣件沿立杆下滑 引起扣件连锁失效下滑 导致模板坍蹋 影响因素1 立杆间距过大 影响因素2 扣件未拧紧 45 60N m 六 高大模板支架破坏形式 侧向变形 3 侧向变形架体受水平力产生较大侧向变形 并在竖向力共同作用下引起架体倒塌 六 高大模板支架破坏形式 侧向变形 影响因素1 水平荷载施工中产生水平荷载如人员走动 大梁砼不均匀浇灌 泵送管出料 斜楼板等如果超载 容易侧向变形过大而破坏 六 高大模板支架破坏形式 侧向变形 影响因素2 剪刀撑或与结构拉结 六 高大模板支架破坏形式 侧向变形 影响因素3 立杆倾斜受垂直力的立杆倾斜相当于额外增加水平力 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 4 立杆失稳立杆受压弯荷载失稳 模板大幅下陷 最后引起整体坍蹋 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo h 1 5m N 54 8kN 影响因素1 立杆步距 lo H 4 5m N 7 94kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo h 1 5m N 54 8kN 影响因素2 与结构拉结 lo kuh 2 5 3mN 10 20kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo kuh 2 2 5mN 20 30kN 影响因素3 剪刀撑 lo kuh 2 5 3mN 10 20kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo h 1 5m N 54 8kN 影响因素4 顶部外伸长度 lo h 2a 4 5m N 7 94kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo kuh 2 2 5mN 20 30kN 影响因素5 顶部拉结 lo kuh 2 5 3mN 10 20kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 lo kuh 2 5 3mN 10 20kN 影响因素6 水平杆未满设 lo kuh 2 2 5mN 20 30kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 影响因素7 偏心受压N f 1 A e W 立杆通过扣件传力 e 55mm lo h 1 5mN 12 6kN立杆采用搭接接头 e 110mm lo h 1 5mN 7 2kN立杆轴心受压e 0 lo h 1 5mN 54 8kN 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 影响因素8 接头位置立杆对接接头 抗弯能力很差 受弯时 接头处的转动变形大 失稳时波形变坏 相当于计算长度变长 降低了立杆的承载力 如果接头位于离节点小于1 3H处 此处弯矩小 对波形影响较小 Lo HLo h 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 影响因素9 接头形式 六 高大模板支架破坏形式 立杆失稳 影响因素10 扣件拧紧扭力矩模板支架立杆与水平杆连接采作直角扣件 这种连接并不是完全铰接 而是有一定刚度 属于半刚接 扣件拧紧程度对于发挥连接刚性有重要作用 试验表明 当扣件拧紧扭力30N m时 立杆承载力比拧紧扭力为50N m低20 当拧紧力继续增加至70N m 立杆承载力增加已不明显 说明拧紧扭力达50N m时 节点已有比较稳定的刚性 在增加拧紧扭力对支架的稳定性影响已不大了 因此规范要求扣件拧紧扭力控制在45 60N m之间是合适的 六 高大模板支架破坏形式 倾覆 5 倾覆架体沿某支点整体翻倒 影响因素1 架体高宽比影响因素2 周边外挑 七 构造及施工要求 综合上面分析 模板支架倒塌主要原因可归纳为以下几方面 地基承载力不足 局部超载 水平荷载过大 扣件未拧紧 立杆偏心受荷 安装倾斜 立杆接头形式及位置设置不当 水平拉杆设置不足 立杆步距偏大 水平杆未与结构拉结 垂直及水平剪刀撑不足 规范针对这些原因在构造上提出具体要求 七 构造及施工要求 1 地基基础 1 当支撑体系落在地面时 地基承载力设计值取值应经施工单位技术负责人 监理单位总监理工程师确认 必要时应通过试验确定 高模规定 2 当支撑体系落在楼面时 应对楼面承载力进行验算 楼面下应采取可靠的支顶措施 并保证上下层立柱对准 3 支撑架体搭设场地应平整无杂物 确保排水畅通 不得出现地基积水现象 4 当满堂或共享空间模板支架立柱高度超过8m时 若地基土达不到承载要求 无法防止立柱下沉 则应先施工地面下的工程 再分层回填夯实基土 浇筑地面混凝土垫层 达到强度后方可支模 5 每根立杆底部应设置底座 厚度不小于50mm的木垫板 七 构造及施工要求 各规范地基基础构造比较 七 构造及施工要求 2 施工荷载 1 施工时 在已安装好的模板上的实际荷载不得超过设计值 已承受荷载的支架和附件 不得随意拆除或移动 所有的节点必须都有扣件连接 不得遗漏 2 混凝土梁的施工应采用从跨中向两端对称进行分层浇筑 每层厚度不得大于400mm 3 扣件 1 扣件的拧紧扭力矩应控制在45 60N m之间 2 支撑体系搭设过程和完毕后 施工单位应采用扭力扳手对扣件螺栓拧紧扭力矩进行检查并形成书面记录 监理单位应实施旁站监理 抽检的数量为扣件数量的10 七 构造及施工要求 4 立杆 1 承重的支架柱 其荷载应直接作用于立杆的轴线上 严禁承受偏心荷载 并应按单立杆轴心受压计算 钢管的初始弯曲率不得大于1 1000 其壁厚应按实际检查结果计算 2 立杆垂直度偏差应不大于1 500H H为架体总高度 且最大偏差应不大于 50mm 省 高模规定 3 立杆接长必须对接 严禁搭接 4 严禁将上段的钢管立柱与下段钢管立柱错开固定于水平拉杆上 5 梁和板的立柱 纵横向间距应相等或成倍数 七 构造及施工要求 6 钢管立柱顶部应设可调支托 U型支托与楞梁两侧间如有间隙 必须楔紧 其螺杆伸出钢管顶部不得大于200mm 螺杆外径与立柱钢管内径的间隙不得大于3mm 安装时应保证上下同心 七 构造及施工要求 7 立杆 水平杆 剪刀撑斜杆的接头应错开在不同的框格层中设置 两根相邻立杆的接头不应设置在同步内 同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不小于500mm 各接头中心至主节点的距离不大于步距的1 3 模板支撑体系杆件不得与外脚手架 卸料平台等连接 七 构造及施工要求 各规范立杆主要构造比较 七 构造及施工要求 5 扫地杆 1 在立柱底距地面200mm高处 沿纵横水平方向应按纵下横上的程序设扫地杆 2 当立柱底部不在同一高度时 高处的纵向扫地杆应向低处延长不少于两跨 高低差不得大于1m 立柱距边坡上方边缘不得小于0 5m 七 构造及施工要求 各规范扫地杆构造比较 七 构造及施工要求 6 水平杆可调支托底部的立柱顶端应沿纵横向设置一道水平拉杆 扫地杆与顶部水平拉杆之间的间距 在满足模板设计所确定的水平拉杆步距要求条件下 进行平均分配确定步距后 在每一步距处纵横向应各设一道水平拉杆 当层高在8 20m时 在最顶步距两水平拉杆中间应加设一道水平拉杆 当层高大于20m时 在最顶两步距水平拉杆中间应分别增加一道水平拉杆 所有水平拉杆的端部均应与四周建筑物顶紧顶牢 无处可顶时 应在水平拉杆端部和中部沿竖向设置连续式剪刀撑 六 高大模板支架破坏形式及构造要求 七 构造及施工要求 七 构造及施工要求 七 构造及施工要求 各规范水平杆构造比较 七 构造及施工要求 7 连墙件当支架立柱高度超过5m时 应在立柱周圈外侧和中间有结构柱的部位 按水平间距6 9m 竖向间距2 3m与建筑结构设置一个固结点 七 构造及施工要求 七 构造及施工要求 各规范连墙件构造比较 七 构造及施工要求 8 剪刀撑 1 满堂模板和共享空间模板支架立柱 在外侧周圈应设由下至上的竖向连续式剪刀撑 中间在纵横向应每隔10m左右设由下至上的竖向连续式的剪刀撑 其宽度宜为4 6m 并在剪刀撑部位的顶部 扫地杆处设置水平剪刀撑 剪刀撑杆件的底端应与地面顶紧 夹角宜为45 60 8米 2 当建筑层高在8 20m时 除应满足上述规定外 还应在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑 在有水平剪刀撑的部位 应在每个剪刀撑中间处增加一道水平剪刀撑 3 当建筑层高超过20m时 在满足以上规定的基础上 应将所有之字斜撑全部改为连续式剪刀撑 层高8 20m时 水平拉杆与斜撑平面布置图 层高8 20m时 水平拉杆与斜撑立面布置图 层高大于20m时 水平拉杆与斜撑平面布置图 层高大于20m时 水平拉杆与剪刀撑立面布置图 七 构造及施工要求 各规范垂直剪刀撑比较 七 构造及施工要求 各规范水平剪刀撑比较 水平 竖向剪刀撑平面布置图 水平 竖向剪刀撑立面布置图 七 构造及施工要求 9 高宽比当露天支架立柱为群柱架时 高宽比不应大于5 当高宽比大于5时 必须加设抛撑或缆风绳 保证宽度方向的稳定 碗扣规范 模板支撑架高宽比应小于或等于2 当高宽比大于2时可采取扩大下部架体尺寸或采取其他构造措施 七 构造及施工要求 扩大底部架的构造 七 构造及施工要求 10 其它构造要求 1 模板结构构件的长细比应符合 a 受压构件长细比 支架立柱及桁架不应大于150 钢管 2 4米 拉条 缀条 斜撑等联系构件不应大于200 b 受拉构件长细比 钢杆件不应大于350 木杆件不应大于250 2 高大模板可采用各种加强措施增加架体稳定性 10 其它构造要求 2 模 梁底斜杆的构造 单水平加强层的构造 双水平加强层的构造 纵向加强带 加强柱 的构造 横向加强带与纵向加强带 钢柱 的构造 网架式加强带的构造 七 构造及施工要求 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 1 福州师大图书馆附楼坍塌事故2004年08月16日上午8时30分左右 某局三公司开始用泵送混凝土浇捣附楼报告厅屋面 尺寸25 2米 38 39米 高度为17 65米 模板支撑系统为扣件式钢管满堂模板支架 于20时40分全部浇捣结束 屋面留3人对混凝土表面进行收光 木工班组长在补插钢筋 21时20分左右 模板支撑系统突然整体坍塌 4名工人随之坠落 木工班组长经抢救无效死亡 直接原因1 模板支持系统钢管支架水平和竖向剪刀撑设置严重不足 2 经省中心检验所检测 扣件 旋转 垂直 抗滑和抗破坏性能不合格 钢管壁厚普遍偏薄 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 2 厦门同安湾大桥引桥坍塌事故 直接原因1 模板专项方案未考虑高海潮水位对支架立杆基础的不利影响 该地段原为海堤外浅滩涂 施工单位使用袋装海砂在两侧码砌 中间回填海砂筑岛 填筑的高度4 5米作为满堂支架的基础 但是 在方案中未考虑筑岛回填砂基遇潮水浸渗对支架立杆基础的不利影响 2 扣件式钢管脚手架支撑体系搭设不符规范要求 水平向未设置剪刀撑 纵 横向剪刀撑设置不足 扫地杆设置高度偏高 70cm 立杆对接接头未按规定错开 均在一个平面内 底托伸出钢管的长度超过300 时未采取可靠措施固定 钢管壁厚不足 扣件重量偏轻 3 基础沉降量根据经验取值 模板满堂支架设计方案中未进行支架立杆基础沉降量计算 仅根据个人经验取值 2006年8月29日15 40左右 位于厦门某在建大桥的引桥及部分接线工程 在浇筑箱梁 跨径40m 混凝土时 发生支架坍塌事故 事故发生时17位工人在箱梁模板上施工 均受伤 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 3 厦门市福隆体育公园运动馆工程2007年2月4日 厦门市福隆体育公园运动馆工程在浇注屋面板和预应力梁混凝土时发生整体垮塌 跨塌面积达1150平方米 梁跨度28 36m 层高15 7m 混凝土约250方 29个正在屋面施工作业的人员随之坠落 造成4名工人受伤 其中1人重伤 事故主要原因 方案未按规定组织论证 模板满堂架未严格按模板专项技术方案搭设 扫地杆 水平拉杆 剪刀撑及主梁顶托等漏设严重 混凝土浇注过程中 临时增加一台混凝土输送泵且单方向浇注 造成局部施工水平方向动荷载过大 模板支撑体系失稳 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 4 泉州某工地 2007年12月 泉州某工地工人正在浇注混凝土时 模板突然坍塌 3名工人同时从10米高处摔下 被杂物掩埋 造成1死2伤 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 5 北京 西西 工程 2005 9 5北京 西西 工程4 地中庭延连五层 总高21 8m 长3 8 4m 宽2 8 4m 楼盖面积423 36 浇筑中庭楼盖砼时 模板支撑体系突然坍塌 造成8人死22伤 1 主要原因 立杆顶端伸出长度1 2 1 5m未设牵杠 相当于自由长度1 2 1 5m 模板支架稳定的立杆计算长度为 L0 h 2 a 1 5 2 1 2 3 9m该工程使用的钢管 48 壁厚 3 0mm 则截面积A 424mm2 回转半径i 1 595cm 则 L0 i 390 1 595 244 5 查 0 122允许承载力 N A 0 122 205 424 10604N 10 6KN 远小于每根立杆的最大轴压力23 6KN 可能在顶端首先破坏 八 模板支撑体系倒塌典型实例分析 2 事故调查出的存在问题 支架方案未经审批就进行搭设 在报送二稿时 支架已搭设完毕属应组织专家组论证项目 但没有组织论证审查监理虽未在方案送审稿上签字 但也没有行文制止搭设和浇筑混凝土方案未对支架立杆上部的自由长度a作出限制 主管