支撐架坍塌事故技術(shù)分析

李 建 趙振東 楊玉棟

(大同市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 大同 037004)

支撐架坍塌事故技術(shù)分析

李 建 趙振東 楊玉棟

(大同市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 大同 037004)

通過(guò)對(duì)某支撐架坍塌事故現(xiàn)場(chǎng)基本情況的勘驗(yàn)，全面分析了該事故發(fā)生的原因，并提出了防止類(lèi)似事故發(fā)生的具體措施，對(duì)支撐架的搭設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)管理有重要意義。

坍塌，支撐架，垂直支撐，水平支撐

0 引言

2013年11月2日1時(shí)許，大同市倉(cāng)儲(chǔ)物流建材市場(chǎng)建筑工地上，在澆筑建筑西南角-1層頂板混凝土將近結(jié)束時(shí)，發(fā)生了一起坍塌事故。

該坍塌建筑位于大同市開(kāi)源街與友誼街交匯處，規(guī)劃占地面積3.088 hm2，總建筑面積7.7萬(wàn)m2，計(jì)劃總投資約2.31億元。該工程總體建筑層數(shù)為地下2層(局部為1層)；地上2層，局部為6層，建筑總高度為23.9 m。該工程于2013年7月開(kāi)工，功能主要為建材市場(chǎng)，同時(shí)具備倉(cāng)儲(chǔ)、物流功能，是集建材銷(xiāo)售、建材倉(cāng)儲(chǔ)、貨運(yùn)物流為一體的建筑群體。坍塌范圍:-1層頂板東西向軸～軸之間，南北向軸～?軸之間,面積約900多平方米(見(jiàn)圖1，圖2)。混凝土構(gòu)件支模采用滿(mǎn)堂扣件式鋼管支撐架，模板采用清水板，木方采用5 cm厚樟子松。事故發(fā)生時(shí)，已澆筑完軸～軸，?軸～?軸部分，只剩下西南角軸～軸與軸～?軸部分。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)目擊人介紹，坍塌開(kāi)始于軸～軸與?軸相交處框架梁，該梁跨度9 m，支架高8.5 m。該處坍塌后瞬間引發(fā)相鄰構(gòu)件連續(xù)坍塌，持續(xù)時(shí)間極短。

1 坍塌事故技術(shù)分析

通過(guò)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)多次細(xì)致勘驗(yàn)，詢(xún)問(wèn)當(dāng)事人現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)情況，對(duì)材料送檢報(bào)告分析，對(duì)支撐架主要構(gòu)件計(jì)算分析，我們認(rèn)為坍塌事故主要是由以下幾方面造成的。

1.1 技術(shù)方面原因

1.1.1 現(xiàn)場(chǎng)支撐架情況

經(jīng)過(guò)現(xiàn)狀勘驗(yàn)，基本情況如下：支撐架高度8.5 m，立桿間距1.1 m×1.1 m，步距在1.5 m～2.0 m之間；橫向水平桿、縱向水平桿在主節(jié)點(diǎn)處缺失嚴(yán)重；掃地桿只沿縱向設(shè)置，橫向缺失嚴(yán)重(見(jiàn)圖3)；支撐架與周邊已建建筑物沒(méi)有連接，整個(gè)支撐架只有個(gè)別地方設(shè)置了斜撐，沒(méi)有設(shè)置垂直剪刀撐和水平剪刀撐；70%～80%立桿上下對(duì)接接點(diǎn)在同一水平面(見(jiàn)圖4)；支撐架搭接存在高低跨，軸～軸為高跨，軸～軸為低跨；軸～軸立桿支撐在木板上(50 mm厚)，軸～軸立桿支撐在混凝土墊層上。

1.1.2 規(guī)范構(gòu)造對(duì)比分析

1)根據(jù)國(guó)標(biāo)JGJ 130—2011建筑施工扣件式鋼管安全技術(shù)規(guī)范,該支撐架有以下多項(xiàng)不符合規(guī)范要求：

第6.3.2條：腳手架必須設(shè)置縱、橫向掃地桿[1]。

該支撐架掃地桿橫向缺失。

第6.3.3條:腳手架立桿基礎(chǔ)不在同一高度上時(shí)，必須將高處的縱向掃地桿向低處延長(zhǎng)兩跨與立桿固定，高低差不應(yīng)大于1 m[1]。

該支撐架未按要求設(shè)置。

第6.3.6條:當(dāng)立桿采用對(duì)接接長(zhǎng)時(shí)，立桿的對(duì)接扣件應(yīng)交錯(cuò)布置，兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)[1]。

該支撐架立桿同步接頭率近70%～80%。

第6.9.1條:立桿伸出頂層水平桿中心線(xiàn)至支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)0.5 m[1]。

該支撐架在頂部均未設(shè)置縱橫水平桿，不符合上述規(guī)范要求。

第6.9.3條:滿(mǎn)堂支撐架應(yīng)根據(jù)架體的類(lèi)型設(shè)置剪刀撐，并應(yīng)符合下列規(guī)定:在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每5 m～8 m，應(yīng)由底至頂設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度應(yīng)為5 m～8 m。在豎向剪刀撐頂部交點(diǎn)平面應(yīng)設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐。當(dāng)支撐高度超過(guò)8 m……掃地桿的設(shè)置層應(yīng)設(shè)置水平剪刀撐[1]。

該支撐架未設(shè)置豎向剪刀撐、水平剪刀撐。

2)根據(jù)國(guó)標(biāo)JGJ 162—2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范,該支撐架有以下多項(xiàng)不符合規(guī)范要求:

第6.1.9條：支撐梁、板的支架立柱構(gòu)造與安裝應(yīng)符合下列規(guī)定:在立柱底距地面200 mm高處，沿縱橫水平方向應(yīng)按縱下橫上的程序設(shè)掃地桿。可調(diào)支托底部的立柱頂端應(yīng)沿縱橫向設(shè)置一道水平拉桿……所有水平拉桿的端部均應(yīng)與四周建筑物頂緊頂牢。無(wú)處可頂時(shí)，應(yīng)在水平拉桿端部和中部沿豎向設(shè)置連續(xù)式剪刀撐[2]。

該支撐架未完全按規(guī)范要求設(shè)置。

第6.2.4條：當(dāng)采用扣件式鋼管作立柱支撐時(shí)，其構(gòu)造與安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：立桿接長(zhǎng)嚴(yán)禁搭接，必須采用對(duì)接扣件連接，相鄰兩立柱的對(duì)接接頭不得在同步內(nèi)……滿(mǎn)堂模板和共享空間模板支架立柱，在外側(cè)周圈應(yīng)設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐；中間在縱橫向應(yīng)每隔10 m左右設(shè)由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，其寬度宜為4～6 m，并在剪刀撐部位的頂部、掃地桿處設(shè)置水平剪刀撐[2]。

該支撐架立桿同步接頭率近70%～80%，豎向、水平向剪刀撐未設(shè)置。

1.1.3 計(jì)算分析

該處梁凈跨8.4 m,梁寬0.5 m,梁高0.8 m,梁下立桿8根。

1)荷載計(jì)算。

鋼管自重：0.182 3 kN/m×64 m=11.67 kN。

扣件自重：0.001 5 kN/個(gè)×64=0.096 kN。

腳手板重：0.3 kN/m2×12.6 m2=4.032 kN。

混凝土、鋼筋自重：(0.8×0.5×8.4+0.12×8.4×1.1)×26=116.2 kN。

施工荷載：3 kN/m2×13.44 m2=40.32 kN。

∑NGk=11.67+0.096+4.032+5.04+116.2=137kN。

單根立桿∑NGk/8=137/8=17.13kN。

單根立桿∑NQk/8=40.32/8=5.04kN。

2)頂層立桿段計(jì)算。

單根立桿計(jì)算長(zhǎng)度：l0=kμ1(h+2a)=1.155×1.298×(1.5+1.8×2)=7.65 m。

不組合風(fēng)荷載：N=1.2∑NGk+1.4∑NQk=1.2×17.13+1.4×5.04=27.7kN。

λ=l0/i=765/1.59=481。

φ=7 320/(481×481)=0.031 6。

N/(φA)=27.6×1 000/(0.031 6×5.06×100)=1 726>f=205。

不滿(mǎn)足要求。

組合風(fēng)荷載：Wk=μzμsw0=1×1.2×0.55=0.66。

Mw=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4×Wk×1.1×1.52/10=0.9×1.4×0.66×1.1×1.52/10=0.206。

N=1.2∑NGk+0.9×1.4∑NQk=1.2×17.13+0.9×1.4×5.04=26.9kN。

N/(φA)+Mw/W=26.9×103/(0.031 6×5.06×100)+0.206×106/5.26×103=1 721.5>f=205 N/mm2，不滿(mǎn)足要求。

3)底層立桿段計(jì)算。

單根立桿計(jì)算長(zhǎng)度：l0=kμ2h=1.155×2.089×1.5=3.62 m。

λ=l0/i=3.62×100/1.59=227.7。

查表：φ=0.14。

不組合風(fēng)荷載：N/(φA)=27.6×103/(0.14×506)=390>f=205 N/mm2，不滿(mǎn)足要求。

組合風(fēng)荷載：N/(φA)+Mw/W=26.9×103/(0.14×506)+0.206×106/5.26×103=419.2>f=205 N/mm2，不滿(mǎn)足要求。

通過(guò)以上計(jì)算，該梁下立桿支撐承載力不足，容易失穩(wěn)破壞。

1.2 材料情況

根據(jù)材料檢測(cè)報(bào)告，對(duì)于所選7根支撐架鋼管，壁厚偏差都不合格；其中4根外徑偏差不合格；2根抗拉強(qiáng)度不合格。對(duì)于所選15個(gè)直角扣件，其中3個(gè)扣件外觀和質(zhì)量不合格；7個(gè)扣件扭轉(zhuǎn)剛度不合格；7個(gè)扣件抗滑性能不合格；5個(gè)扣件抗破壞性能不合格。對(duì)于所選15個(gè)對(duì)接扣件，其中5個(gè)扣件外觀和附件質(zhì)量不合格。

1.3 施工方法

坍塌建筑現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土?xí)r，施工順序是先澆柱，后澆梁板，由北向南推進(jìn)施工。正確的做法應(yīng)是梁板澆筑混凝土?xí)r由中心向四周均勻?qū)ΨQ(chēng)進(jìn)行施工，使支撐架均勻受力。

2 支撐架坍塌的原因

支撐架坍塌主要是由以下原因造成的：

1)支撐架縱向水平桿、橫向水平桿、掃地桿缺失。2)梁下立桿設(shè)置數(shù)量不足。3)高低跨連接未考慮構(gòu)造措施。4)支撐架與墻體沒(méi)有有效連接。5)支撐架高超過(guò)8 m已屬高架支撐，未按構(gòu)造要求設(shè)置垂直剪刀撐和水平剪刀撐。6)支撐架立桿間距較大。

南段支撐架失穩(wěn)的誘因是材質(zhì)和構(gòu)造措施存在的隱患集中發(fā)生在先坍塌的梁下，形成局部薄弱點(diǎn)，該處首先發(fā)生失穩(wěn)破壞，瞬間引發(fā)大面積坍塌事故。

同樣的支撐方式北段雖未發(fā)生坍塌，但是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有個(gè)別立桿已經(jīng)發(fā)生變形，整個(gè)支撐體系已處于失穩(wěn)的臨界狀態(tài)。

總之，該工程坍塌是由局部梁下支桿首先發(fā)生失穩(wěn)破壞，引發(fā)相鄰桿件連續(xù)失穩(wěn)破壞導(dǎo)致整體支撐架坍塌。

3 避免類(lèi)似事故發(fā)生的防范措施

3.1 管理方面

1)建筑工程的安全問(wèn)題事關(guān)重大，有關(guān)各方一定要作為頭等大事來(lái)抓，業(yè)主、施工方、監(jiān)理方都要加強(qiáng)安全意識(shí)，政府監(jiān)管部門(mén)也要監(jiān)管到位。2)業(yè)主、施工方、監(jiān)理方都要精心履職，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)排查，堵實(shí)漏洞。3)施工人員、監(jiān)理人員要加強(qiáng)崗位培訓(xùn)，持證上崗，按施工組織計(jì)劃實(shí)施。4)認(rèn)真把關(guān)，對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)、檢驗(yàn)。

3.2 技術(shù)方面

1)加強(qiáng)主梁梁下支撐，要經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，高架支撐須在梁下設(shè)置垂直剪刀撐，加強(qiáng)構(gòu)造措施；同時(shí)整個(gè)支撐架須按規(guī)范構(gòu)造要求設(shè)置橫向水平桿、縱向水平桿、垂直剪刀撐、水平剪刀撐。

2)在澆筑梁板混凝土?xí)r，宜由中心向四周均勻?qū)ΨQ(chēng)推進(jìn)，使支撐架均勻受力。

3)對(duì)“高架支模”等安全性要求較高的工程，施工方案應(yīng)事先組織進(jìn)行專(zhuān)家論證，提出合理化建議，論證通過(guò)后報(bào)驗(yàn)監(jiān)理，監(jiān)理同意后方可施工，防止事故發(fā)生。

[1] JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管安全技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 162—2008，建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].

Technical analysis of formwork support collapsing accident

Li Jian Zhao Zhendong Yang Yudong

(DatongInstituteofArchitecturalDesign，Datong037004，China)

Through the investigation on the site basic situation of a support frame collapse accident, the paper makes a comprehensive analysis on the cause of the accident, and puts forward the measures of preventing similar accidents, which has certain guiding significance for setting up support frame and site management.

collapse, formwork support, vertical bracing, horizontal bracing

2015-02-11

李 建(1971- )，男，高級(jí)工程師； 趙振東(1986- )，男，助理工程師； 楊玉棟(1957- )，男，教授級(jí)高級(jí)工程師

1009-6825(2015)12-0240-02

TU714

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