江苏省支模讲课2010

建设工程高大模板支撑系统施工技术与安全管理东南大学土木工程施工研究所郭正兴——专题讲座

建设工程高大模板支撑系统施工技术与安全管理1与高大模板支撑相关的规范标准动态2日本的施工现场安全管理3超过一定规模模板与脚手架工程的规定4如何把握扣件钢管高大支模架承载力的复核计算5如何编制高大支模专项方案6保证高大支模架安全的几项技巧

1与高大模板支撑相关的规范标准动态重新修订

两本标准通过了审查，正在报批中，增加了模板支撑和满堂承力架

盘扣式钢管支架标准正在报批中，混凝土结构工程施工规范初步完成

2日本施工现场的安全管理日本东京新建医院研究所工地安全施工

工地材料堆放紧紧有条人员进出设置专用的安全通道钢板冲压扣件设置塑料护套，防止人员擦伤工地地面铺设钢板，体现绿色施工作业工人自操作上下的轻型电梯施工入口通道的防护，注意密目安全网与国内不同——防火性能

预制构件吊装前设置扶手索

作业工人全副武装，安全带及工具全部用绳线拴住镀锌门架，安全防护栏及踢脚板齐全进入工地两侧设置通道栏杆

Breakdownoffatalitiesaccordingtotypeofaccidentinconstructionindustry56%fallsfromheight（高空坠落）21%trappedbysomethingcollapsingoroverturning（垮塌或翻转）10%struckbyamovingvehicle（运输机械撞击）5%contactwithelectricityorelectricaldischarge

（触电伤亡）4%struckbyaflying/fallingobjectduringmachineliftingofmaterials（材料吊机坠物伤害）

3%contactwithmovingmachineryormaterialbeingmachined（运转机器伤害）1%exposuretoahotorharmfulsubstance（受热或尖锐物体伤害）国外事故类型统计3超过一定规模模板与脚手架工程的规定

《建设工程安全生产管理条例》规定了对高大模板工程的专项施工方案，施工单位应组织专家进行论证、审查。住房和城乡建设部建质(2009)87号文修定了《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（以下简称管理办法）中，规定了对于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工单位应当组织专家对专项方案进行论证，其中混凝土模板支撑工程：

1)工具式模板工程：包括滑模、爬模、飞模工程。

2)搭设高度8m及以上；搭设跨度18m及以上，施工总荷载15kN/m2及以上；集中线荷载20kN/m及以上。

（1）模板工程通州建总施工的沙钢集团储煤筒仓滑模施工支承杆滑模千斤顶提升架高层爬升模板施工液压自爬升模板苏通大桥桥墩施工爬升模板飞模施工飞模

在澳大利亚昆士兰州的2006模板工程施工规范中，将模板工程分为基本模板工程和特殊模板工程两类。将模板支架高度大于6m以及柱、墙模独立高度大于6m的模板工程列为特殊模板工程，并规定只有职业工程师才能设计特殊模板工程。

高大模板工程所指的对象可以界定为：模板支架高度大于6m，或梁等水平构件自重线荷载大于20kN/m，或板等水平构件自重面荷载大于15kN/m2，或柱、墙等竖向构件独立支模高度大于6m的模板工程。

广州的桥墩混凝土浇筑时发生炸模2007年11月19日中午1时左右，天兴洲大桥铁路南岸引桥工地突发事故，5名工人在12米高处进行桥墩混凝土浇筑作业时，浇筑用的模板突然倒塌，5人坠入旁边的水坑中，造成1人死亡、4人不同程度受伤。

2009年3月27日14时30分左右，哈大铁路客运专线在沈北新区内的一处建筑工地发生一起意外事故。施工人员在对一个桥墩进行混凝土浇灌时，发生了钢筋坍塌事故，两名正在下方作业的工人被困在钢筋和水泥浆中。其中一人只有头部露在水泥浆外，情况万分紧急……

2009年11月19日凌晨0点10分左右，杭州市余杭区南苑街道红联村附近，由中铁一局承建的沪杭铁路专线海航特大桥在建桥墩突然倒塌，当时现场有6人正在作业。截至发稿时，事故已造成1人死亡，5人受伤。（2）脚手架工程

1）搭设高度50m及以上落地式钢管脚手架工程。

2）提升高度150m及以上附着式整体和分片提升脚手架工程。

3）架体高度20m及以上悬挑式脚手架工程。（3）承重支撑体系

用于钢结构安装等满堂支撑体系，承受单点集中荷载700Kg以上。

满堂支撑架安装钢结构（4）专项方案编制应当包括以下内容：

（一）工程概况：危险性较大的分部分项工程概况、施工平面布置、施工要求和技术保证条件。

（二）编制依据：相关法律、法规、规范性文件、标准、规范及图纸（国标图集）、施工组织设计等。

（三）施工计划：包括施工进度计划、材料与设备计划。

（四）施工工艺技术：技术参数、工艺流程、施工方法、检查验收等。

（五）施工安全保证措施：组织保障、技术措施、应急预案、监测监控等。

（六）劳动力计划：专职安全生产管理人员、特种作业人员等。

（七）计算书及相关图纸。

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如何把握扣件钢管高大支模架承载力的复核计算（1）高大支模架立杆稳定性承载力计算复核（2）扣件抗滑承载力的计算复核（3）对扣件钢管高大支模架承载力计算的总体认识

（1）高大支模架立杆稳定性承载力计算复核扣件钢管模板支架的两种受力基本形式（轴心受压与偏心受压）南京市玄武区政府大楼支模，密肋楼盖部分钢管加可调托，轴心受力；框架梁部分钢管排架，偏心受力。轴心受压偏心受压扣件钢管立柱的轴心受压与偏心受压承载力相差大轴心受压偏心受压扣件钢管轴心受力状态下稳定承载力设计值

钢管壁厚（mm）步高h(m)长细比λ承载力设计值（kN）

3.5A=489mm21.811449.01.710853.11.610158.11.59562.8

3.0A=424mm21.811343.11.710746.71.610150.41.59455.1扣件钢管偏心受力状态下稳定承载力设计值

钢管壁厚

mm

步高h(m)

偏心距e

（mm）稳定承载力设计值（kN）

3.51.85313.31.75313.51.65313.8

双扣件支模中间增设一道顶撑（立杆）时，扣件的滑移破坏首先发生在中间顶撑扣件处，说明立杆受力不均匀。说明目前施工单位习惯做法（梁下木楞顺梁轴线放置）使多排立杆受力不均匀，这也是很多支架倒塌事故的原因之一。本次试验中，中间立杆的压力值明显比另两排立杆大，其值约为20％（即1.2倍）。当梁下立杆多于2排时应采取措施保证荷载均匀传递至立杆，设置多排立杆时应特别注意。梁下设置的立杆应相互拉结，形成整体，防止梁下立杆失稳引起整架坍塌。梁下增加设置1根顶撑。增设顶杆

模板计算荷载项计算的讨论施工活载的计算

施工人员及设备荷载标准值（）：●当计算模板和直接支承模板的小梁时，均布活荷载可取2.5kN/m2，再用集中荷载2.5kN进行验算，比较两者所得的弯矩值取其大值；●当计算直接支承小梁的主梁时，均布活荷载标准值可取1.5kN/m2；●当计算支架立柱及其它支承结构构件时，均布活荷载标准值可取1.0kN/m2。

活荷载从上到下分别递减传于支架立柱计算面板及小楞活载2.5kN/m2计算支撑小楞的大楞活载1.5kN/m2计算支撑大楞的支架活载1.0kN/m2施工活载传递与影响范围测试

由于施工现场中的材料堆放和施工人员荷载具有随意性，且往往材料堆积越多的地方人员越密集，产生的局部荷载不可忽视，通过现场模拟平板浇注时的施工活荷载的测试试验，可以看出在局部荷载作用的区域内的立杆承受了约90%的荷载，相邻的立杆承担相当少的荷载，而且由于水平杆的作用，某些杆件呈现出受拉状态，在距离两个柱距的杆件几乎不受影响，所以现行规范中过多考虑了局部荷载作用下的扩散作用，从2.5

kN/m2、1.5

kN/m2扩散到1.0kN/m2

来计算立杆有失妥当，本文建议在计算模板，小楞，支承小楞构件和立杆时应采用相同的荷载取值3.0kN/m2。

模板支架立杆的稳定性计算参照脚手架立杆稳定计算不组合风荷载时：组合风荷载时N——计算立杆轴向力设计值——轴心受压构件的稳定系数——长细比，=l0/i（1）《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2010、J84-2010）对模板支架计算的规定（1）模板支架立杆轴向力设计值

不组合风荷载时：

N=1.2∑NGk+1.4∑NQk

组合风荷载时：

N=1.2∑NGk+0.9×1.4∑NQk式中∑NGk——模板支架自重、新浇砼自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和；

∑NQk——施工人员及施工设备荷载标准值、振捣砼时产生的荷载标准值产生的轴向力总和。（2）模板支架立杆的计算长度l0

l0=k

μ（h+2a）

式中h——支架立杆的步距；

a——立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度1.3~1.4（2）模板支架立杆的计算长度l0

l0=k

μ（h+2a）

式中

k——计算长度附加系数，应按表5.7.6-1采用

h——支架立杆的步距；

a——立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度

μ——考虑满堂支撑架整体稳定因素的单杆计算长度系数，普通型构造应按附录E表E—2采用；加强型构造应按附录E表E—3采用高度H（m）H≤88<H≤1010<H≤2020<H≤30k1.1551.1851.2171.291表5.7.6-1满堂支撑架计算长度附加系数取值立杆间距步距1.2×1.21.0×1.00.9×0.90.75×0.750.6×0.60.4×0.4高宽比不大于1.7高宽比不大于1.7高宽比不大于1.5高宽比不大于1.5高宽比不大于2.7高宽比不大于2.7最少跨数4最少跨数4最少跨数6最少跨数6最少跨数5最少跨数81.81.0991.0591.031——————1.51.1741.1231.091——————1.21.2691.2331.2041.168————0.9——1.3771.3521.3021.294——0.6————1.5561.5071.4971.497表E-3满堂支撑架（剪刀撑设置加强型）立杆计算长度系数μ

普通型水平、竖向剪刀撑布置图

加强型水平、竖向剪刀撑布置图

满堂支撑架立杆步距与立杆间距不宜超过附录E表E—2、E—3规定的上限值，立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度a不应超过0.5m。满堂支撑架搭设高度不宜超过30m，超过30m另行专门设计。满堂支撑架宜在支架的四周与中部与结构柱进行刚性连接，且符合《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162）第6.2.4条第6款的规定。在无结构柱部位采取预埋钢管等措施与建筑结构进行刚性连接；在有空间部位，满堂支撑架宜超出顶部加载区投影范围延伸布置3跨。支撑架高宽比不宜大于3。

模板支撑架高宽比应小于或等于3；当高宽比大于3时，必须采取扩大下部架体尺寸或采取其他构造措施。高度H(10m)宽度B(3.3m）高架桥支架整体失稳（3）对模板支架立杆的计算长度l0=h+2a的理解为保证扣件式钢管模板支架的稳定性，规范中支架立杆的计算长度是借鉴英国标准《脚手架实施规范》（BS5975-82)的规定，即将立杆上部伸出段按悬臂考虑，这有利于限制施工现场任意增大伸出长度。若步高为1.8m，伸出长度为0.3m，则计算长度为l0=h+2a＝1.8+0.6=2.4m，其计算长度系数µ＝2.4/1.8=1.333，比目前通常取µ＝1的值提高33.3%，对保证支架稳定有利。µ＝1µ＝0.75µ＝2a（2）上海市工程建设规范《钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程》（DG/TJ08-016-2004J10374-2004）

第3.4.1条规定，支撑立杆的稳定计算公式与《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001、J84-2001）相同，但规定对立杆截面面积，当采用双立杆时，如有对接扣件连接接头时应乘以0.75的系数予以折减；对重复使用的旧钢管，钢材的抗压强度设计值应乘以0.85的折减系数。（2）浙江省建设工程标准《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》（DB33/1035-2006J10905-2006）

对单层模板支架立杆，立杆的稳定性应符合下列公式计算：不组合风荷载

对两层及两层以上模板支架，考虑叠合效应，立杆的稳定性应按下列公式计算：

不组合风荷载

长细比中的立杆计算长度应按下列表达式计算的结果取最大值：

——计算长度附加系数，取自杜荣军发表于2002年第3期《施工技术》杂志“扣件式钢管模板高支撑的设计和使用安全”一文：步距h（m）H≤0.90.9＜h≤1.21.2＜h≤1.51.5＜h≤2.01.2431.1851.1671.163

——考虑支架整体稳定因素的单杆等效计算长度系数，该系数的确定基于：①将整架视为一中心等代压杆；②将单扣件扭转试验所得的扭转刚度考虑为支架节点的半刚性；③用1/100步高初偏心量考虑钢管的初始缺陷，建立有限元模型仿真加载计算后得出模板支架的等效计算长度系数按下表计算（h-步高；la－立杆纵距；lb－立杆横距）：1.1531600/8001600/500

考虑支模架高度调整系数，当支模架高度超过4m时，对立杆的稳定承载力进行调整，其中：式中H——模板支架高度（m）

算例：高大支模架的支撑对象多为大截面梁，一般支架的步高为1.5～1.8m，常规的立杆纵距小于0.8m，横距小于0.6m。若钢管的截面为Ф48×3.0mm，架体高10m，步高1600mm，根据浙江的规程，立杆的计算长度附加系数

＝1.163,模板支架的等效计算长度系数＝1.272，mm，立杆的设计承载力：

作为对比，若同条件下，立杆顶部插入可调托，按最不利限定伸出600mm

＝1600＋1200＝2800mm

＝0.23若支架步高取1800mm，中间部分立杆的承载抗力为20315N若支架步高取1800mm，顶插可调托立杆的承载抗力为16300N将恒载×1.2+活载×1.4得出的立杆设计值与抗力相比

按新修编规范,若同条件下，立杆顶部插入可调托，按最不利限定伸出600mml0=k

μ（h+2a）＝1.185×1.12(1600＋1200)＝3716mm

＝0.133

（2）扣件抗滑承载力的计算复核南京高架桥施工，下部为碗扣架，上部为扣件钢管架三只旋转扣件

检查出的劣质扣件。2003年6月25日，杭州市质量技术监督局曾向社会公布了一项对杭城部分建筑工地脚手架钢管和扣件质量专项检查的结果，发现杭州市30多个施工现场16批次的脚手架钢管和扣件，其中合格钢管只有1批次，合格率仅为6．25％，扣件质量更加糟糕，合格率为零！

南京某工地的劣质对接扣件。2006年7月在浦口工地看到劣质扣件，直角扣件重0.9kg

北京“西西工程”事故调查专家用扭力扳手检查扣件拧紧力矩。

检查结果现场量测到的扣件拧紧力矩为10――40N.m，大多不到20N.m，降低了节点的承载能力。不满足标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》规范要求。扣件的拧紧力矩普遍在20Nm，30Nm以上不敢拧扣件钢管支架扣件的抗滑承载力扣件钢管模板支架单扣件抗滑试验（标准拧紧力矩40N.m）底模下水平钢管与立杆常用单扣件扣接。单扣件抗滑试验表明：扣件滑动1.1～1.2t抗滑设计0.8t加载扣件钢管支架的双扣件抗滑试验用钢管扣件搭设模板支架，水平杆将荷载通过扣件传给立杆。步高在1.8m以内时，其承载力主要由扣件的抗滑力决定。双扣件抗滑试验表明：

扣件滑动：2t

扣件抗滑设计：1.2t下扣件抵住

（3）对扣件钢管高大支模架承载力计算的总体认识

（1）位于支架底部或顶部插入可调托的立杆可以按轴心受压杆稳定性计算，立杆伸出扫地杆下的长度和可调托伸出顶部水平杆的长度即为悬臂长度。在试验量尚不足的情况下，可以按计算。可调托托板离顶层水平杆的长度应限定在600mm以内。总体把握：（2）当采用依靠支架顶部水平杆与立杆的扣接传力模式时，在支架步高小于1.8m的条件下，模板支架已转化为由扣件抗滑力决定其承载力，因此，必须按扣件承载力规划支架尺寸和验算抗滑力。

①大尺寸混凝土构件支模排架的立杆顶部采用水平钢管扣接立杆传力时，其承载力是由扣件抗滑力决定的；②大尺寸混凝土构件支模排架的立杆顶部采用插入可调托传力时，一般将可调托提供给工人使用时，他们往往会充分利用可调托的最大调节范围，因此，此种工况其承载力是由顶层步高及可调托伸出水平杆的长度决定的。因此，适当调小“一顶一底”的步高和限定可调托伸出长度是特别重要的。

高大支模架的支撑对象多为大截面梁，一般支架的步高为1.5～1.8m，常规的立杆纵距小于0.8m，横距小于0.6m。若钢管的截面为Ф48×3.0mm，架体高10m，步高1600mm，若根据浙江的规程试算，得出以下有意思的具有实用意义的两点结论：

限定伸出长度

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如何编制高大支模专项方案“三清楚”：（1）专项方案编得清楚；（2）钢管支架搭得清楚；（3）工程监理监得清楚。5.1专项高大支模施工方案编得清楚基本要求：（1）支模方案概述清楚——

高大支模区域部位交待清楚采用何种支模架清楚大梁下或厚板下基本排架尺寸交待清楚（2）必须有高支模“三图”高支模排架的平面布置图高支模排架的剖面布置图高支模的大梁下或厚板下的局部模板支架构造详图

（3）必须有高大支模的计算书突出排架的立杆稳定性计算（4）必要时应编写应急预案5.2高大支模搭得清楚基本要求：（1）重视方案交底——

结合平、剖、节点详图进行交底钢管基本排架尺寸梁下木枋铺放方向（2）重视一“顶”、一“底”的搭设质量一顶：顶部立杆上的水平杆步高可适当缩小顶部立杆上的双向水平杆均不能少顶部立杆上的双扣件拧紧力矩不能小

5.2高大支模搭得清楚（2）重视一“顶”、一“底”的搭设质量一底：底部立杆上的扫地杆不可少底部立杆的基础牢靠、排水良好底部向下传力直接可靠（3）重视基本的抗侧力、抗扭转等剪刀撑的搭设竖向剪刀撑：搭设部位？跨越几跨？梁下单双？

梁下剪刀撑的设置？5.3高大支模检查得清楚基本要求：（1）是否按方案搭设基本架体尺寸、基本步高、双向水平搭设是否完整、立杆接头部位、竖向和水平层剪刀撑搭设、大梁下的搭设细部等。（2）重点抽查顶层双向水平杆与立杆的扣件拧紧力矩

经典的扣件式钢管支模架南京河西一小学礼堂高支模屋顶反梁支模大梁下钢管加密并双向水平杆均设置周边悬挑混凝土梁支架与外脚手架一体该大梁采用扣件钢管做基本架构体系，梁下用槽钢做纵楞，槽钢下用可调托钢管支撑间距不应过大经典错误：横向支撑过少梁下设置顶撑，应传力可靠（最好用可调托），为保证立杆稳定，加双向水平杆。另一方向加水平杆该支架搭设比较规矩（双向水平杆均有）应十分重视双向交叉梁的节点部位支架，必须均有双向水平杆，形成井字架水平杆太少应重视后浇带的支模，保留支架的双向水平杆不能少查浦口一高支模工程，大梁500×1800mm，支模高度20m。查浦口一高支模工程，大梁500×1800mm，支模高度20m。对外侧边的大梁高支模应特别注意。南京江宁某学校图书馆楼板支模架，缺水平杆。钢管扣件的拧紧力矩40～65N·m。

赛虹桥高架桥的模板支架为底部碗扣架支墩，顶部贝雷架跨越，检查重点为：支墩的宽高比。

当露天支架立柱为群柱架时，高宽比不应大于3～5；当高宽比大于3～5时，必须加设抛撑或缆风绳，保证宽度方向的稳定。

双桥门立交卡子门段跨越原高架桥桥面的模板支架，有安全隐患

6保证高大支模架安全的几项技巧

（1）技巧之一：在高大支模区域设置高承载力核心柱苏州工业园区国际大厦转换梁楼盖施工钢管排架支模地上19层，地下2层大厅井式转换梁层平面尺寸为18m27m，上抬12层9m9m柱网框架绍兴一建于1999年8月施工大厅井式转换梁层平面尺寸为18m27m，板厚250mm，支模高度25m模板支架方案进行了专家论证：

方案一：钢管排架方案二：型钢桁架大厅井式转换梁尺寸为X向1000mm3500mm，跨度27m;Y向10003200mm，跨度18m；C55砼。在双向预应力大梁交叉点设4根高承载力钢柱，俗称“救命柱”江苏国投大厦转换梁施工钢管排架支模江苏国投大厦的预应力砼转换梁的尺寸为10004200mm，跨度16m，位于第6～７层，上抬26层通州四建1999年１0月施工

三根转换梁底模下木枋与梁轴正交布置，钢管排架间距@400，板下@800在每根转换梁下跨度中间增设3根60912钢管

作用：（1）主要荷载由钢管柱传至地下室同位置的砼柱（2）减少超高支模空间的跨度（3）防止支架整体坍塌的“救命柱”南京电视台演播中心大演播厅屋盖重新施工钢管排架支模板下钢管排架间距600600，梁下加强区立杆间距300600，加强区宽2100mm图中黑直线交点为满堂架立杆的定位点新方案排架钢管总用量约1000t板下中心区域在双向交叉点设置6个加强柱，加强柱的立杆间距为300300mm，每柱64杆加强柱即为“救命柱”，可防止突发性坍塌事故图为重新支模的现场，钢管排架已搭到顶部，顶部立杆均设双扣件70名架子工搭设近两个月，搭设人工费近12万元（2）技巧之二：利用边缘构件卸载大厅边缘构件预埋钢板，焊接钢三角挑架，利用边缘构件卸载

江苏国投大厦转换梁施工钢管排架支模三根转换梁底模下另设钢横梁和钢斜撑卸载，在对准下部60912钢管的位置设槽钢焊接的方立柱常州九洲广场悬挑梁支模

桁架、吊筋内力图

工程背景

新型撑拉梁式悬空结构模板支撑体系标高95.3m井字梁顶盖结构平面示意图标高95.3m井字梁顶盖结构剖面示意图工程在一层至MF（标高93.2m）层设八角形中庭，中空八角形中庭内切圆直径为18m，在中庭顶、MF层上标高95.3m位置设计布置了1000mm×300mm的钢筋混凝土井字梁顶盖结构。142中心岛式支撑平台平台结构系统剖面布置示意图中心岛式斜拉悬吊支撑平台实景图中心岛式斜拉悬吊支撑方案1431、吊装中央环筒和索安装2.支撑平台体系定位吊装中央环筒安装承重索调整索长、定位中央环筒1443.安装工字梁和撑杆4.安装侧向支撑、铺设木枋、铺钉九夹板，搭支模架吊装工字钢和撑杆工字钢和撑杆对位铺钉平台面145（3）技巧之三：高支撑排架设置加强带苏州工业园区国际大厦转换梁楼盖施工钢管排架支模转换梁下25m高的钢管支架设置加强带，以保证支架的整体刚