扣件式钢管高支模体系设计

扣件式钢管高支模体系的设计

Email:一、高支模体系坍塌事故示例1.案例一南京电视台演播中心大演播厅模板支架整体倒塌

2000年10月25日上午9:30分左右，南京市电视台新演播大厅在屋盖混凝土浇筑中发生了模板支撑整体倒塌重大事故，造成6人死亡，11人重伤，24人轻伤。演播厅的屋盖进行泵送混凝土浇筑，浇筑分层推进。当浇筑至楼盖混凝土量约一半时，中部支架突然下沉，随即支架整体倒塌，时间延续仅4s，楼面上作业工人及模板下加固支架的工人短时间无法逃生。双向井式屋盖平面尺寸:24m＊26.8m，大梁500＊1600～1800mm，钢管扣件排架支模，梁底支模高度约为36m（地下室两层）。事故现场300多吨倒塌的钢管堆积如山倒塌后坠落的钢管将周边楼板冲切破坏原因一：钢管底部没有专用底座或垫板。原因二：钢管支架的底部均无扫地杆。原因三：架子底部步高约1.8m，在地坑处步高达2.6m，步距过大。原因四：钢管支架的立杆连续多根钢管接头在同一高度。原因五：支撑架与周边已有结构联系少。原因六：原设计板下钢管立杆间距1000＊1000mm，梁下立杆为@500，但梁下未设加密区，且水平剪刀撑未见设置。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仍考虑用扣件钢管排架支模。技术人员先出支模方案，后进行专家论证，修改后再次审定，搭设时关键专家到场检查。Y向两根预应力大梁，截面为500＊1600～1850；X向五根预应力大梁，截面为400＊1600。板下钢管排架间距600＊600，梁下加强区立杆间距300＊600，加强区宽2100mm，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300＊300mm，每柱64杆；加强柱即为“救命柱”，可防止突发性坍塌事故。

为加强超高钢管排架的整体稳定性，沿全高设四道水平加强带，加强带搭设成桁架，沿梁两侧布置，间距为900mm。两片桁架之间设置水平撑和剪刀撑，保证桁架的平面外稳定。

每道剪刀撑约3＊3m的面积。水平杆的步高为1500mm。

70名架子工搭设近两个月，搭设人工费近12万元，2001年1月14日重新浇筑该屋盖。2.案例二

2005年，北京市西城区西单北大街西侧，西西工程4号地项目（总建筑面积20.5万平方米，包括了10万平方米商业、3.5万平方米酒店和1.5万平方米写字楼）。

中国第二十二冶金建设公司负责施工，2005年9月5日22时10分左右，在进行厅堂顶盖模板支架预应力混凝土空心板现场浇筑施工时，模板支撑体系坍塌。

支模高度21m，事发当时，作业面距地相当于六层楼高，四十余名工人坠落，造成8人死亡、21人受伤的重大伤亡事故。事故原因

1、造成事故的根本原因是计算错误。由于计算错误，造成模板支架承载力不够，浇筑混凝土后造成坍塌。

2、在模板施工过程中，施工单位不按有关模板施工的法规和规范编制施工方案，不按有关法规规定履行审批手续进行违章指挥施工。

3、监理单位不按法规规定认真对模板专项施工方案审核查验，对在模板方案未审批就开始施工的行为不予制止。单位处理及个人处理

1、建议建设部分别给予两公司降低一级施工企业资质和一级建设监理资质；

2、取消两公司在北京市建筑市场招投标资格12个月；

3、责成中国第二十二冶金建筑公司立刻对其在北京市所属的施工项目全面停工整顿；

4、提请河北省建设厅对中国第二十二冶金建设公司安全生产许可证实施处理。

5、法院依法判处：土建总工程师李XX，被法院以重大责任事故罪判处有期徒刑4年，项目部总工程师杨XX、项目经理胡XX被判处有期徒刑3年半，监理人员吕XX和吴XX均被判处有期徒刑3年，缓刑3年。3.案例三

2007年9月6日14时10分，河南省郑州市富田太阳城二期家居广场中心工程，在施工过程中采光井模板支撑系统突然垮塌，造成7人死亡、17人受伤。事故主要原因1、施工人员未按照施工方案搭设模板支撑系统：方案要求现浇梁下立杆间距为0.4m×0.4m，实际搭设1.3m×1.3m，并且缺少剪刀撑和扫地杆。2、监理单位现场监管不力。3、施工单位在浇捣混凝土过程中施工工序错误，造成局部受力集中，超过模板支撑系统承载能力。4.案例四

2008年4月30日中午12时30分左右，长沙上河国际商业广场B区东部裙楼浇注顶盖混凝土时，因模板支撑系统失稳，导致约21米高的整个支模系统坍塌，造成8人死亡、3人受伤。

直接原因：天井顶盖支模架搭设材料的质量和搭设方式均不符合规范要求，立杆钢管承载力不能满足施工荷载要求，致使支模架整体失稳，形成重大不安全状态；天井浇筑施工中出现局部塌陷时，现场施工负责人没有立即撤离天井屋面作业人员，违章指挥支模工冒险作业。

责任追究：长大集团上河国际商业广场B区项目部经理、施工负责人、监理公司董事长和法定代表人等8人追究刑事责任；对湖南长大建设集团股份有限公司法定代表人、总经理、长建监理公司项目部总监等11人追究行政责任；对长大集团、长建监理公司、五江置业公司、天华设计公司等8家相关责任单位给予相应的行政处罚和行政问责。5.案例五

2013年5月4日上午9时20分，山东省济阳县银河路在建的海棠湾国际温泉度假村餐饮楼，在屋面混凝土浇筑时发生了模板和支撑架坍塌，造成了3人死亡、多人受伤的工程事故。

工程坍塌部分为单层单跨框架结构，南北向柱距为9m,东西柱距均为8.5m，屋面为钢筋混凝土斜屋面，板厚120mm，最低处标高13.45m，最高处17.57m；屋面主梁尺寸为450mm×1200mm，次梁尺寸为350mm×900mm。事故原因分析1.模板支撑体系没有计算书和方案。2.钢管材料事故原因分析3.支撑架步高4.支撑架底端无底座（垫板）和扫地杆。5.支撑架无剪刀撑。事故原因分析6.支撑架与周围结构无连接。7.根据实测结果对支撑架进行了复核计算，不满足安全要求。二、高支模的有关规定2004年12月，中华人民共和国建设部印发了《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》。

高大模板工程：水平混凝土构件模板支撑系统高度超过8m，或跨度超过18m，施工总荷载大于10kN/m2，或集中线荷载大于15kN/m的模板支撑系统2009年10月，中华人民共和国住建部印发了《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》（建质254号文）的通知。

高大模板支撑系统：建设工程施工现场混凝土构件模板支撑高度超过8m，或搭设跨度超过18m，或施工总荷载大于15kN/㎡，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。方案编制

施工单位应依据国家现行相关标准规范，由项目技术负责人组织相关专业技术人员，结合工程实际，编制高大模板支撑系统的专项施工方案。专项施工方案内容⑴.编制说明及依据；⑵.工程概况；⑶.施工计划；⑷.施工工艺技术；⑸.施工安全保证措施；⑹.劳动力计划；⑺.计算书及相关图纸。审核论证

高大模板支撑系统专项施工方案，应先由施工单位技术部门组织本单位施工技术、安全、质量等部门的专业技术人员进行审核，经施工单位技术负责人签字后，再按照相关规定组织专家论证。

专家论证会参加人员：⑴.专家组成员；⑵.建设单位项目负责人或技术负责人；⑶.监理单位项目总监理工程师及相关人员；⑷.施工单位分管安全的负责人、技术负责人、项目负责人、项目技术负责人、专项方案编制人员、项目专职安全管理人员；⑸.勘察、设计单位项目技术负责人及相关人员；2010年1月27日，山东省建筑工程管理局印发了《山东省建筑工程安全专项施工方案编制审查与专家论证办法》（鲁建管4号文）的通知1、专项施工方案的范围：第四条：模板工程及支撑体系⑴.工具式模板工程，包括滑模、爬模、飞模、大模板等；⑵.混凝土模板支架工程①.搭设高度5m及以上的；②.搭设跨度10m及以上的；③.施工总荷载10kN/m2及以上的；④.集中线荷载15kN/m及以上的；⑤.高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无结构可连接的。⑶.用于钢结构安装等满堂承重支撑系统工程。2、专家论证的范围：第二条：模板工程及支撑体系⑴.混凝土模板支撑工程①.搭设高度8m及以上的；②.搭设跨度18m及以上，施工总荷载大于15kN/m2的；③.集中线荷载20kN/m及以上的；⑵.工具式模板工程，包括滑模、爬模、飞模工程。⑶.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7kN以上。三、扣件式钢管高支模体系的设计（一）模板支撑架设计的有关规范和规程5.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）2.《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）4.《混凝土结构工程施工规范》（GB50666－2011）6.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）3.《钢结构设计规范》（GB50017-2011）7.《建筑施工手册》（第五版2012年12月出版）1.《木结构设计规范》（GB50005-2003）（二）模板支撑架设计的有关内容⑴.模板及支架的选型及构造设计；⑵.模板及支架上的荷载及其效应计算；⑶.模板及支架的承载力、刚度和稳定性验算；⑷.绘制模板及支架施工图。（三）满堂支撑架的选型及构造（扣件式)1.满堂支撑架步距与立杆间距（规范JGJ130）：⑴.步距：0.6m，0.9m，1.2m，1.5m，1.8m。⑵.立杆间距：1.2×1.2m，1.0×1.0m，0.9×0.9m，0.75×0.75m，0.6×0.6m,0.4×0.4m

。2.满堂支撑架高宽比不宜大于2或2.5，搭设高度不宜超过30m。

高宽比大于2或2.5时，满堂支撑架应在支架的四周和中部与结构柱进行刚性连接，满堂支撑架宜超出顶部加载区投影范围向外延伸布置（2～3）跨。支撑架高宽比不应大于3。扣件式钢管步距和间距可根据需要自由调整，常用为：3.立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不超过0.5m。可调托撑螺杆伸出长度不超过0.3m。4.立杆构造要求：⑴.每根立杆底部应设置底座或垫板。⑵.支撑架必须设置扫地杆。扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。⑶.当立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。⑷.立杆接长接头必须采用对接扣件连接，立杆上的对接扣件应交错布置。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宜小于500mm，各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3；5.剪刀撑设置规定⑴.普通型剪刀撑：①.竖向剪刀撑：架体外侧周边及内部纵、横向每5m～8m，由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度5m～8m。②.水平剪刀撑：在竖向剪刀撑顶部交点平面设置水平剪刀撑。当支撑高度超过8m，或施工总荷载大于15kN/㎡，或集中线荷载大于20kN/m的支撑架，扫地杆设置层应设置水平剪刀撑。水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过8m。5～8m5～8m5～8m5～8m5～8m5～8m≦8m≦8m≦8m≦8m⑵.加强型剪刀撑①.竖向剪刀撑：A.当立杆纵、横间距为0.9m×0.9m～1.2m×1.2m时，在架体外侧周边及内部纵、横向每4跨（且不大于5m），由底至顶设置连续竖向剪刀撑，宽度为4跨。B.当立杆纵、横间距为0.6m×0.6m～0.9m×0.9m时，在架体外侧周边及内部纵、横向每5跨（且不小于３m），由底至顶设置连续竖向剪刀撑，宽度为5跨。C.当立杆纵、横间距为0.4m×0.4m～0.6m×0.6m时，在架体外侧周边及内部纵、横向每3m～3.2m由底至顶设置连续竖向剪刀撑,宽度为3m～3.2m。②.水平剪刀撑：在竖向剪刀撑顶部交点平面设置水平剪刀撑。当支撑高度超过8m，或施工总荷载大于15kN/㎡，或集中线荷载大于20kN/m的支撑架，扫地杆设置层应设置水平剪刀撑。水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过6m,剪刀撑宽度为3m～5m。3～5m3～5m3～5m3～5m3～5m3～5m≦6m≦6m≦6m≦6m（四）模板及支架上的荷载及其效应计算１、荷载分类包括永久荷载G（即恒载）和可变荷载Q（活载）。①.模板及支架自重标准值G1k；根据模板设计图纸计算确定。②.新浇筑混凝土自重标准值G2k；③.钢筋自重标准值G3k；普通砼24KN/m3；其它砼按实际重力密度。根据设计图纸计算确定，对于一般结构，楼板：1.1kN/m3；梁：1.5kN/m3。④.新浇筑混凝土对模板侧面压力的标准值G4k；原规范：现规范：β——混凝土坍落度影响修正系数：当坍落度在大于50mm且不大于90mm时，取0.85;坍落度大于90mm且不大于130mm时，取0.9；坍落度大于130mm且不大于180mm时，取1.0。取小值取小值hH⑤.施工人员及设备荷载标准值Q1k；原规范：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。现规范：可按实际情况计算，一般情况下可取3.0kN/m2。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/m2⑥.施工中的泵送混凝土、倾倒混凝土等未预见因素产生的水平荷载标准值Q2k；⑦.风荷载标准值Q3k；取模板上混凝土和钢筋重量的2%作为标准值，以线荷载形式作用在模板支架上端水平方向。可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定计算。2、模板及支架的荷载基本组合的效应设计值其中：3、荷载组合

承载力验算应采用荷载基本组合，变形验算应采用荷载标准组合。该组合用于高大模板支架的抗倾覆验算风荷载只用于模板位于风速大和离地高度大的场合；（五）模板及支架的承载力、刚度和稳定性验算１、计算模型⑴.一般可采用等效为均布荷载及假定为等代梁单元的简化分析方法。①.计算模板面板：沿垂直于面板背后的小梁（次楞）方向截取单元板带，单元板带当作“梁”，该梁按三跨（或四跨）连续梁考虑，小梁作为支座。②.计算小梁（内楞）：以主梁（主楞）为支点，将小梁按三跨（或四跨）连续梁考虑。③.计算主梁（主楞）：以立柱（或对拉螺栓）为支点，将主梁按三跨（或四跨）连续梁考虑。2、计算公式（JGJ162）⑴.对于胶合板、小梁、主梁的抗弯、抗剪、挠度计算公式：①.抗弯强度计算公式：其中：Mmax———最不利弯矩设计值；W———截面抵抗矩；fm———抗弯强度设计值。②.抗剪强度计算公式：其中：V———最大剪力设计值；S0———计算截面面积矩；I———计算截面惯性矩。b———计算截面宽度。fV———木材顺纹抗剪强度设计值。矩形截面公式可简化为：③.挠度计算公式：其中：v———计算最大挠度值；[v]———容许挠度值。均布荷载作用下：例：三跨等跨梁L=6m，静载q1=15kN/m，活载q２=20kN/m，计算中间跨的跨中最大弯矩。

⑵.立杆稳定性计算公式（JGJ130）①.不考虑水平荷载计算公式：其中：Ｎ———计算立杆段轴向力设计值；Φ———轴心受压杆件稳定系数；Mw———计算立杆段由水平荷载设计值产生的弯矩；②.考虑水平荷载计算公式：f———钢材抗压强度设计值。W———截面抵抗矩；立杆计算长度：①.顶部立杆段：②.非顶部立杆段：其中：k———立杆计算长度附加系数；h———立杆步距；a———立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点长度；u1、u2———考虑支撑架整体稳定因素的单杆长度计算系数；3、复杂支架系统的结构计算分析对于用军用梁、贝雷架以及其他型钢结构加工的复杂支架系统的结构计算分析，可采用SAP2000、ANSYS、MIDAS等结构计算软件协助进行计算分析。4、计算规定⑴.计算模板及支架的变形限值为：①.结构表面外露，1/400模板跨度；②.结构表面隐蔽，1/250模板跨度；③.清水混凝土模板，挠度应满足设计要求；④.支架压缩变形值或侧向弹性挠度，1‰计算高度或跨度。⑵.模板支架的高宽比不宜大于3；否则应增设稳定性措施，并进行支架的抗倾覆验算。⑶.模板支架的抗倾覆验算其中：⑷.模板支架的钢构件容许长细比⑸.立杆稳定性计算有关规定：①.支撑架采用相同的步距、立杆纵距、立杆横距时，应计算底层与顶层立杆段；②.当支撑架的步距、立杆纵距、立杆横距有变化时，除计算底层与顶层立杆段外，还必须对出现最大步距、最大立杆纵距、最大立杆横距等部位的立杆段进行验算。（六）常用模板材