論文概要: 《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》已于 2004 年 2 月 1 日開始實(shí)施,條例規(guī)定(第四十九條):施工單位應(yīng)當(dāng)制定本單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援預(yù)案 ..... ;本文從一起模板坍塌事故分析入手,闡述了扣件式鋼管模板支撐體系坍塌事故發(fā)生的原因,以及預(yù)防措施,同時(shí)對(duì)模板坍塌事故應(yīng)急預(yù)案的編制作了簡要的分析。
第一部分 案例技術(shù)分析
模板坍塌事故是建筑施工中極易引發(fā)群體傷亡的危險(xiǎn)源之一,尤其隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展,大層高的建筑越來越多,一些高度大于 4.5 米,且采用扣件式鋼管模板支撐架的模板工程頻頻發(fā)生了坍塌事故,造成重大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
2000 年某月,上海某正在澆筑砼的鍋爐房工程屋面平臺(tái)突然發(fā)生坍塌事故,造成 11 人死亡、 2 人重傷、 1 人輕傷 , 直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 257.5 萬元。坍塌部位位于整個(gè)鍋爐房北側(cè),平面尺寸約為 18m × 34.6m ,標(biāo)高+ 20.00m (+ 21.00m )。屋面為梁板結(jié)構(gòu), 18m 跨度主梁尺寸為 400mm × 1500mm ,主要次梁的尺寸為 250mm × 900mm ,板厚 120mm ??蚣苤?16.50m ~+ 20.00 (+ 21.00m )范圍與梁板一起澆筑。屋面排架支撐采用φ 48 × 3.5 的鋼管搭設(shè),傳力至+ 4.50m 的二層平臺(tái)。
排架搭設(shè)基本以主梁軸線為基準(zhǔn),距梁軸線 0.5m 左右兩側(cè)設(shè)置兩根立桿,其余部分以間距不超過 1.8m 為原則平均分配立桿間距,立桿間距實(shí)際最大值為 1.7m 左右,水平桿的豎向間距為 1.8m 左右。立桿上下搭接大部分采用對(duì)接扣件,僅在接近屋面板模板部位,為了調(diào)整高度而采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件作搭接。據(jù)勘查,水平桿在縱橫方向每隔一個(gè)步距均缺設(shè)一根,排架支撐中沒有設(shè)置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐。在二層平臺(tái)中有三個(gè) 4.0m × 8.6m × 1.5m 集料坑區(qū)域,立桿直接落于坑底。排架搭設(shè)沒有設(shè)計(jì)計(jì)算文件及指導(dǎo)施工的書面技術(shù)文件。施工時(shí),平臺(tái)東端砼采用泵車送達(dá)后人工駁運(yùn),西端為直接布料。
從標(biāo)高+ 20.00m (+ 21.00m )屋面結(jié)構(gòu)平面布置圖分析,得出排架支撐最大受載區(qū)域大體為 3.25 m 2 ( 2.5m × 1.3m ),其下部支撐立桿為 2 根φ 48 × 3.5 的鋼管。下面按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》( JGJ130 - 2002 )對(duì)架體進(jìn)行力學(xué)分析:
㈠荷載分析
⑴結(jié)構(gòu)靜荷載
主梁 0.4 × 1.5 × 1.3 = 0.78m 3
次梁 0.25 × 0.9 × 2.5 = 0.563m 3
樓板 [( 2.5 × 1.3 )-( 0.4 × 1.3 )-( 2.1 × 0.25 )]× 0.12 = 0.27m 3
( 0.78 + 0.563 + 0.27 )× 25000 = 40325N
⑵木模板荷載
3.25 × 300 = 975N
⑶施工活荷載
3.25 × 1000 = 3250N
1.2 [⑴+⑵]+ 1.4 ⑶= 54110N
傳遞至單根立桿的荷載為 27055N
㈡穩(wěn)定分析
用鋼管、扣件作排架的支撐設(shè)計(jì)必須進(jìn)行詳細(xì)的受力分析和計(jì)算,是施工安全管理中的強(qiáng)制性要求,這對(duì)于本案例支撐高度大于 4.5 米的高支撐架尤為重要。而模板支撐的實(shí)際搭設(shè)處理與理論計(jì)算假定是否相近又是極其重要的計(jì)算依據(jù)。由于采用扣件相互連接,各個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在一系列的可變因素,如偏心、位移、緊固扭矩不足等,這些因素均影響到計(jì)算中桿件長細(xì)比的確定。長細(xì)比的難以確定直接影響桿件的穩(wěn)定分析。因此,實(shí)際工程中的計(jì)算模式的假定必須嚴(yán)格按最有利于安全的角度出發(fā)。
由于軸心受壓桿件的長細(xì)比按規(guī)范要求應(yīng)限制在λ= 150 之內(nèi),也就是當(dāng)考慮鋼管的計(jì)算長度 L0 ≤ 2370mm 時(shí),才能符合規(guī)范要求。若要滿足此要求,就必須在計(jì)算桿件兩端形成良好的鉸接狀態(tài)(如安裝水平剪刀撐,形成水平剛度較強(qiáng)的狀態(tài))。本案例支撐水平桿步距雖要求為 1800mm ,但實(shí)際水平桿“在縱橫方向每隔一個(gè)步距均缺設(shè)一根”,因此按 2 步高作為“良好的鉸接狀態(tài)”進(jìn)行驗(yàn)算,則λ= 3600 / 15.78 = 228 ,此時(shí)的φ= 0.146 。
穩(wěn)定驗(yàn)算:σ= N /(φ× A )= 378.8Mpa
以上分析不難看出事故的技術(shù)原因主要是:
⒈本案例屋面設(shè)計(jì)標(biāo)高較大,離地面達(dá) 21m ,與二層平臺(tái)(標(biāo)高+ 4.50m )間距達(dá) 16.5m 。因此,支撐豎向高度較大,采用φ 48 × 3.5 鋼管作豎向立桿,水平間距 1.0m~1.7m 明顯過大,水平桿上下間距 1.8m ,沒有設(shè)置連續(xù)的豎向和水平剪刀撐,導(dǎo)致支撐系統(tǒng)整體性極差,即沒有形成可靠的空間受力結(jié)構(gòu)。
⒉在未計(jì)入施工中泵送砼直接對(duì)模板支撐的沖擊力時(shí),支撐立桿受力已達(dá) 27kN 以上。假設(shè)鋼管立桿的計(jì)算長度為 3600mm ,則鋼管穩(wěn)定驗(yàn)算中的計(jì)算應(yīng)力已達(dá) 378.8Mpa ,此值已大大超過 Q235 鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值 205Mpa 和屈服強(qiáng)度值 235Mpa 。因此支撐立桿已不穩(wěn)定,發(fā)生坍塌事故已是必然。
在我國,扣件式鋼管模板支撐架是建筑施工中常用的支模方式,但因?yàn)槿鄙傧鄬?duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),使現(xiàn)有的設(shè)計(jì)計(jì)算存在著不確定、不安全的因素,尤其是對(duì)于支撐高度大于 4.5m 的梁板模板支撐架,更是由于安全技術(shù)和事故預(yù)案的不完善,導(dǎo)致模板坍塌事故頻頻發(fā)生。加上施工現(xiàn)場缺乏必要的緊急救援系統(tǒng),無法在坍塌事故發(fā)生后及時(shí)施救,以至于造成大量的人員傷亡,為預(yù)防模板坍塌事故的發(fā)生,確??奂戒摴苣0逯渭艿氖褂冒踩褪┕と藛T安全,有必要對(duì)同類事故的預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行分析及探討。