支撑架坍塌事故技术分析

李 建 赵振东 杨玉栋

(大同市建筑设计研究院，山西 大同 037004)

支撑架坍塌事故技术分析

李 建 赵振东 杨玉栋

(大同市建筑设计研究院，山西 大同 037004)

通过对某支撑架坍塌事故现场基本情况的勘验，全面分析了该事故发生的原因，并提出了防止类似事故发生的具体措施，对支撑架的搭设和现场管理有重要意义。

坍塌，支撑架，垂直支撑，水平支撑

0 引言

2013年11月2日1时许，大同市仓储物流建材市场建筑工地上，在浇筑建筑西南角-1层顶板混凝土将近结束时，发生了一起坍塌事故。

该坍塌建筑位于大同市开源街与友谊街交汇处，规划占地面积3.088 hm2，总建筑面积7.7万m2，计划总投资约2.31亿元。该工程总体建筑层数为地下2层(局部为1层)；地上2层，局部为6层，建筑总高度为23.9 m。该工程于2013年7月开工，功能主要为建材市场，同时具备仓储、物流功能，是集建材销售、建材仓储、货运物流为一体的建筑群体。坍塌范围:-1层顶板东西向轴～轴之间，南北向轴～Ⓕ轴之间,面积约900多平方米(见图1，图2)。混凝土构件支模采用满堂扣件式钢管支撑架，模板采用清水板，木方采用5 cm厚樟子松。事故发生时，已浇筑完轴～轴，Ⓒ轴～Ⓕ轴部分，只剩下西南角轴～轴与轴～Ⓒ轴部分。据现场目击人介绍，坍塌开始于轴～轴与Ⓒ轴相交处框架梁，该梁跨度9 m，支架高8.5 m。该处坍塌后瞬间引发相邻构件连续坍塌，持续时间极短。

1 坍塌事故技术分析

通过对事故现场多次细致勘验，询问当事人现场相关情况，对材料送检报告分析，对支撑架主要构件计算分析，我们认为坍塌事故主要是由以下几方面造成的。

1.1 技术方面原因

1.1.1 现场支撑架情况

经过现状勘验，基本情况如下：支撑架高度8.5 m，立杆间距1.1 m×1.1 m，步距在1.5 m～2.0 m之间；横向水平杆、纵向水平杆在主节点处缺失严重；扫地杆只沿纵向设置，横向缺失严重(见图3)；支撑架与周边已建建筑物没有连接，整个支撑架只有个别地方设置了斜撑，没有设置垂直剪刀撑和水平剪刀撑；70%～80%立杆上下对接接点在同一水平面(见图4)；支撑架搭接存在高低跨，轴～轴为高跨，轴～轴为低跨；轴～轴立杆支撑在木板上(50 mm厚)，轴～轴立杆支撑在混凝土垫层上。

1.1.2 规范构造对比分析

1)根据国标JGJ 130—2011建筑施工扣件式钢管安全技术规范,该支撑架有以下多项不符合规范要求：

第6.3.2条：脚手架必须设置纵、横向扫地杆[1]。

该支撑架扫地杆横向缺失。

第6.3.3条:脚手架立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于1 m[1]。

该支撑架未按要求设置。

第6.3.6条:当立杆采用对接接长时，立杆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[1]。

该支撑架立杆同步接头率近70%～80%。

第6.9.1条:立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不应超过0.5 m[1]。

该支撑架在顶部均未设置纵横水平杆，不符合上述规范要求。

第6.9.3条:满堂支撑架应根据架体的类型设置剪刀撑，并应符合下列规定:在架体外侧周边及内部纵、横向每5 m～8 m，应由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度应为5 m～8 m。在竖向剪刀撑顶部交点平面应设置连续水平剪刀撑。当支撑高度超过8 m……扫地杆的设置层应设置水平剪刀撑[1]。

该支撑架未设置竖向剪刀撑、水平剪刀撑。

2)根据国标JGJ 162—2008建筑施工模板安全技术规范,该支撑架有以下多项不符合规范要求:

第6.1.9条：支撑梁、板的支架立柱构造与安装应符合下列规定:在立柱底距地面200 mm高处，沿纵横水平方向应按纵下横上的程序设扫地杆。可调支托底部的立柱顶端应沿纵横向设置一道水平拉杆……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[2]。

该支撑架未完全按规范要求设置。

第6.2.4条：当采用扣件式钢管作立柱支撑时，其构造与安装应符合下列规定：立杆接长严禁搭接，必须采用对接扣件连接，相邻两立柱的对接接头不得在同步内……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10 m左右设由下至上的竖向连续式剪刀撑，其宽度宜为4～6 m，并在剪刀撑部位的顶部、扫地杆处设置水平剪刀撑[2]。

该支撑架立杆同步接头率近70%～80%，竖向、水平向剪刀撑未设置。

1.1.3 计算分析

该处梁净跨8.4 m,梁宽0.5 m,梁高0.8 m,梁下立杆8根。

1)荷载计算。

钢管自重：0.182 3 kN/m×64 m=11.67 kN。

扣件自重：0.001 5 kN/个×64=0.096 kN。

脚手板重：0.3 kN/m2×12.6 m2=4.032 kN。

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

施工荷载：3 kN/m2×13.44 m2=40.32 kN。

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

单根立杆∑NGk/8=137/8=17.13kN。

单根立杆∑NQk/8=40.32/8=5.04kN。

2)顶层立杆段计算。

单根立杆计算长度：l0=kμ1(h+2a)=1.155×1.298×(1.5+1.8×2)=7.65 m。

不组合风荷载：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。

不满足要求。

组合风荷载：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，不满足要求。

3)底层立杆段计算。

单根立杆计算长度：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。

不组合风荷载：N/(φA)=27.6×103/(0.14×506)=390>f=205 N/mm2，不满足要求。

组合风荷载：N/(φA)+Mw/W=26.9×103/(0.14×506)+0.206×106/5.26×103=419.2>f=205 N/mm2，不满足要求。

通过以上计算，该梁下立杆支撑承载力不足，容易失稳破坏。

1.2 材料情况

根据材料检测报告，对于所选7根支撑架钢管，壁厚偏差都不合格；其中4根外径偏差不合格；2根抗拉强度不合格。对于所选15个直角扣件，其中3个扣件外观和质量不合格；7个扣件扭转刚度不合格；7个扣件抗滑性能不合格；5个扣件抗破坏性能不合格。对于所选15个对接扣件，其中5个扣件外观和附件质量不合格。

1.3 施工方法

坍塌建筑现场浇筑混凝土时，施工顺序是先浇柱，后浇梁板，由北向南推进施工。正确的做法应是梁板浇筑混凝土时由中心向四周均匀对称进行施工，使支撑架均匀受力。

2 支撑架坍塌的原因

支撑架坍塌主要是由以下原因造成的：

1)支撑架纵向水平杆、横向水平杆、扫地杆缺失。2)梁下立杆设置数量不足。3)高低跨连接未考虑构造措施。4)支撑架与墙体没有有效连接。5)支撑架高超过8 m已属高架支撑，未按构造要求设置垂直剪刀撑和水平剪刀撑。6)支撑架立杆间距较大。

南段支撑架失稳的诱因是材质和构造措施存在的隐患集中发生在先坍塌的梁下，形成局部薄弱点，该处首先发生失稳破坏，瞬间引发大面积坍塌事故。

同样的支撑方式北段虽未发生坍塌，但是现场发现有个别立杆已经发生变形，整个支撑体系已处于失稳的临界状态。

总之，该工程坍塌是由局部梁下支杆首先发生失稳破坏，引发相邻杆件连续失稳破坏导致整体支撑架坍塌。

3 避免类似事故发生的防范措施

3.1 管理方面

1)建筑工程的安全问题事关重大，有关各方一定要作为头等大事来抓，业主、施工方、监理方都要加强安全意识，政府监管部门也要监管到位。2)业主、施工方、监理方都要精心履职，及时发现安全隐患，及时排查，堵实漏洞。3)施工人员、监理人员要加强岗位培训，持证上岗，按施工组织计划实施。4)认真把关，对进场材料按国家有关标准进行严格检测、检验。

3.2 技术方面

1)加强主梁梁下支撑，要经过科学计算，高架支撑须在梁下设置垂直剪刀撑，加强构造措施；同时整个支撑架须按规范构造要求设置横向水平杆、纵向水平杆、垂直剪刀撑、水平剪刀撑。

2)在浇筑梁板混凝土时，宜由中心向四周均匀对称推进，使支撑架均匀受力。

3)对“高架支模”等安全性要求较高的工程，施工方案应事先组织进行专家论证，提出合理化建议，论证通过后报验监理，监理同意后方可施工，防止事故发生。

[1] JGJ 130—2011，建筑施工扣件式钢管安全技术规范[S].

[2] JGJ 162—2008，建筑施工模板安全技术规范[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，高级工程师； 赵振东(1986- )，男，助理工程师； 杨玉栋(1957- )，男，教授级高级工程师

1009-6825(2015)12-0240-02

TU714

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