脚手架、模板倒塌事故的原因和防治

曹卫平

摘要：建筑工程中的脚手架及模板系统常发生倒塌事故。文章从脚手架的材料质量、设计计算方法、现场施工管理等多方面探讨了发生倒塌事故的原因，提出了防治的方案。

关键词：脚手架；模板；支撑架；施工单位

中图分类号：TV714 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）12-0113-02

根据建设部统计资料，2007年，在洞口和临边作业发生事故的死亡人数占总数的15.51%；在各类脚手架上作业发生事故的死亡人数占总数的11.86%；安装、拆卸塔吊事故死亡人数占总数的11.86%；模板事故死亡人数占总数的6.82%。近一年来，发生的外脚手架倒塌事故和多起模板坍塌事故表明，分析脚手架及模板系统倒塌事故原因，探讨其防治措施，对保证建筑施工安全具有积极的现实意义。

一、事故原因分析

（一）材料上原因

1．钢管壁厚变薄。在市场上采购钢管，名义上是Φ48×3.5钢管，实际测量时，不少钢管壁厚实为2.8～3.0mm，其轴向抗压能力降低18.7%～13.3％，其截面惯性矩损失约10%左右。钢管使用多年，局部壁厚也变薄，实际的抗弯刚度远小于理论值，致使钢管的轴向抗压承载力降低近1f3，成为脚手架安全的重大隐患。

2．钢管弯曲。钢管经过多年使用后，钢管将产生变形和弯曲，而模板支撑系统设计时均按直线钢管来考虑，不考虑其弯曲变形的，实际上钢管弯曲后的承载能力大为降低。

3．扣件合格率低。规范JGJl30—2001表5.1.7规定对接扣件抗滑承载力为3.2kN，直角与回转扣件抗滑承载力为8kN，从现场检查发现，很难达到此规定，某工地发生重大事故后，对扣件进行检查，其合格率为0％。建设部、国家质检总局、国家工商总局最近赴有关省市进行的检查也表明：近年来，一些地方生产和销售建筑施工用的劣质钢管、扣件行为突出，建筑设施租赁市场混乱，大量不合格的钢管、扣件流入施工工地，施工单位不严格按标准规范使用钢管、扣件，严重危及建筑施工安全生产。

（二）设计原因

1．数学模型与实际受力情况有出入。对于钢管搭设的模板支撑系统、内外脚手架，在设计计算时，杆件的计算模型和简图，计算时一般假设各杆件交于一点，实际搭设产生的偏心问题，计算未必考虑到。扣件连接时，对回转扣件规范JGJ130—2001定锁扣件为8kN，十字扣件为6kN，一字扣件为2.5kN，这与钢管本身强度相差较大，不相匹配。模板支撑系统与脚手架和主体进行必要的连接，规范一般要求做到刚性连接，但施工时很难做到刚性连接的要求。

2．支模架斜杆不足或布置不合理。大多数脚手架和模板支撑系统的倒塌事故，并非由钢管承载能力不足造成，是由于斜杆（剪刀撑）数量不足或布置不合理造成的。规范JGJ130—2001虽对钢管支撑系统中斜杆（剪刀撑）一般只提出构造上要求，未列入设计计算要求，因此，支撑系统设计时，大多忽略了对斜杆进行验算，对于搭设高大的支撑系统往往存在抗侧能力不足的问题。当拆除脚手架或脚手架受意外荷载作用时，常因斜撑设置问题或拆除顺序不当导致整体失稳而倒塌。特别是混凝土柱与楼层梁板一起浇筑时，其支撑系统的抗侧向变形较差，很容易发生变形、失稳甚至倒塌事故。尤其是砼泵送的水平冲击力、混凝土局部堆载过高产生较大变形也会产生较大水平推力，这些是计算无法定量的，应进行构造加强。2007年，某工地模板发生坍塌事故（见图1）。

3．随意加大立杆节间长度。支撑系统设计时，一般不可能按框架或排架进行计算，施工时剪刀撑也常不按规范构造要求进行布置，大多仅凭施工经验进行布置。现行规范第5.1.4条规定支撑系统中的立杆通常都按轴心受压杆件进行设计。而在实际施工中，为了减少杆件、加快施工速度，立杆的节间长度一般比设计的长度要大，因此施工过程中当某处出现较大局部荷载时极有可能导致立杆失稳引发支撑系统倒塌事故。

4．节点嵌固能力不足。立杆与水平连杆采用回转扣件连接，因此节点的嵌固能力较小。由于钢管的长细比大，支撑系统的变形协调能力较差，不具备超静定结构的优点，当某一根立杆失稳时，邻近立杆也会发生失稳，形成连锁反应导致整个钢管支撑体系倒塌。

（三）施工管理原因

1．施工安全观念薄弱。不少施工现场项目部对模板支撑系统技术要求观念不强，作业人员思想松懈，未按施工组织设计和施工方案进行作业，简化操作程序，且又未进行严格检查或检查不彻底，检查责任不到位，致使薄弱环节未能及时发现。在外脚手架发生坍塌的事故中，相当大的比例就在于作业人员思想松懈，随意拆卸小横杆和连墙杆，又没有及时检查处理而导致的事故。

2．作业人员素质较低。现场管理人员更换频繁，建筑现场一线作业人员素质较低，技术交底和安全培训不到位。

3．安全措施、费用不到位。各种检查不到位，安全责任制得不到落实，甚至流于形式，人员培训不到位，安全措施不到位。低价竞标，安全意识淡薄，安全生产投入费用不到位。

二、防治措施

（一）保证架体稳定的构造措施

关于扣件式钢管模板支撑架的设计计算，仅在近期颁布实施的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）中5.6条作了一些计算规定，但规定是借鉴了国外近似“几何不可变杆系结构”力学模型的计算方法，由于我国现行相关标准对常用的扣件式钢管模板支撑架的构造要求没有国外标准那样严格，加上扣件钢管的安装质量受人为因素的影响较大，使得按规定传统习惯搭设的扣件式钢管模板支撑架不易达到“几何不可变杆系结构”的力学要求。因此，若按现行规范设计计算支撑架，还必须通过构造手段来提高架的整体刚度，以保证架体的使用安全。

1．必须设置纵横向扫地杆和梁下纵横向水平杆。因为根据有关试验，如不设置这两项杆件，立杆的极限承载能力将下降11.1%。为保证立杆的整体稳定，还必须在安装立杆的同时设置纵、横向水平杆。

2．支撑架的步距以0.9m~1.5m为宜，且最大不能超过1.8m。因为支撑架步距的大小与立杆的极限承载力之间存在近似反比的线性关系，当施工荷载较大时，适当缩小纵横向水平杆的步距，以减少立杆的长细比，则可充分发挥钢管的强度，使其更为经济合理。根据测算，杆件的计算长度增大一倍则其极限承载力将降低50%~70%。

3．模板支撑架立杆应优先使用对接接长的方式。立杆接长的方式有对接和搭接两种，根据有关测试，对接的最大承载力是搭接的3倍多。

此外，值得注意的是当顶部立杆使用搭接接上时，由于模板上的荷载是直接作用在支撑架顶层横杆上，并通过扣件与钢管间接的磨擦力将力传到立杆上的，又因为扣件所能传递的力较小，且有一定的偏心，致使支撑架整体受力性能较差。此时搭接接长的构造要求是：扣件间距应大于800mm，且每根立杆的允许荷载以小于12kN为宜。

4．立杆的间距不得超过支撑设计规定，且最大不超过1m，并应符合现行行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）的规定。

立杆底部支承结构必须具有支承上层荷载的能力。当用楼板作支承结构时，由于模板支承立杆所承受的施工荷载往往大于楼板的设计荷载，因此要以计算确定保持两层或多层立杆。为合理传递荷载，立杆底部应设置木垫板，并且使上下层立杆处在同一垂直线上。

5．必须合理设置剪刀撑。剪刀撑有利于提高架体的整体稳定，特别是支撑高度大于4.5m的支撑架，合理设置剪刀撑能有效防止泵送砼对模板支撑的冲击所造成的架体整体失稳。根据相关试验表明，合理设置剪刀撑的支撑体系其极限承载能力可提高17%。因此，满堂的模板支承架应沿架体四周外立面满设竖向剪刀撑，竖向剪刀撑均由底至顶连续设置。支撑架较高时，或者高宽比≥6时，为提高架体的整体刚度，在架体顶部、底部设扫地杆处、以及中部每隔4~6m处必须设置满堂水平剪刀撑，剪刀撑必须与立杆相连接。

6．严格控制支撑架的变形，确保架体的稳定性。除架体承载引起架体变形外，还有地基的不均匀沉降导致立杆受力不均发生局部失稳。模板下部的支撑梁变形过大，也会引起支撑架的变形。当特殊结构施工或支撑荷载较大时，支撑架要尽可能通过已具备一定强度的相邻构件（墙、柱等）实施卸载，并尽量与建筑物实现可靠连接。

（二）模板支撑系统设计改进意见

1．设计时应考虑各种不利因素，如现场钢管已使用多年的实际情况，应考虑到扣件的承载能力远低于钢管承载能力，当扣件承载能力不足时，可采用双扣件。

2．立杆稳定计算时应综合考虑各种偏心的存在，按偏心受压构件来进行设计计算。

3．规范JGJ130—2001中第5.1.7条规定回转扣件抗滑力设计值为8kN，而通过对工地现场使用的扣件进行检测发现，其实际抗滑力远达不到8kN。据统计结果分析，可靠的抗滑力只能达到5kN。山东省通过试点在脚手架操作规程中规定其值为5kN，在实践中应用较好地解决了回转扣件的抗滑能力不足的问题，因此在模板支架设计时，建议回转扣件抗滑力设计值定为5kN比较合适。

（三）加强施工管理

1．模板工程支架应先设计后施工。模板设计不仅要有计算书，而且要对细部构造画出大样，包括材料选用、规格尺寸、接头方法、水平横杆布置间距和剪刀撑设置要求等。模板施工技术方案，须包括模板制作、安装、拆卸的安全措施，以及安全交底。

2．在模板工程实施过程中，操作人员应严格按照模板设计技术方案进行操作，不准随意更改，如存在问题，必须经模板设计人员同意或经上一级技术主管批准后方可进行修改。模板工程在使用过程中，特别是处于大风时期，必须及时进行检查和监视，一旦发现变形超过允许范围，必须停止使用，经检查和修复后方可重新使用。此外，模板拆除必须满足混凝土施工规范要求。

3．钢管在使用前应先进行检查，凡是变形的钢管应调直，过度变形和严重磨损的钢管不得使用。扣件应经过检查后才能使用，达不到锁扣能力的扣件不能使用。

4．技术交底必须有书面文字为依据，必须向一线操作工人直接口头交底，交底不能仅仅为班组长；严禁在模板支模上集中堆放建筑材料。

（四）各主体对钢管、扣件进行全过程监管

1．政府部门必须加大监管力度，严格市场准入制度，加强对钢管、扣件的生产、租赁和使用全过程的管理。在严管重罚的同时，还要广泛发动社会各方面的力量参与专项整治，广泛发动群众举报生产、销售和施工工地使用劣质钢管、扣件的违法活动。

2．扣件生产单位必须持有生产许可证，并按核准的经营范围从事生产销售活动；生产单位必须生产符合国家有关标准规范的产品，并对其质量负责；在产品上必须标明生产厂家和生产日期；钢管、扣件出厂时，应当附有产品质量合格证明。

3．钢管、扣件租赁单位对材料的采购，出租和回收三阶段的质量保证，对材料的质量负责，杜绝不合格的产品入库，并应及时报废。

4．施工单位要严格按国家标准规范搭建施工脚手架，必须购买、租用合格的钢管、扣件；使用前应按有关技术标准的规定，按批次进行抽样，送法定检测单位检测，经检测不合格的钢管、扣件一律不得使用；已搭设的脚手架，要认真做好检测加固工作。

三、结语

脚手架、模板倒塌事故严重危害着施工人员的生命，对超高、超重、大跨度工程及特殊、复杂、技术含量高的大型公共建筑，如果发生事故将带来不可估量的损失。但只要我们首先从杆件、扣件材料进场把关，切实执行脚手架、模板支撑专项设计与架设方案的编制、审批及检查验收等系列保证措施，同时加强对施工人员的培训，政府部门加大监管力度，并且发动社会力量齐抓共管，此类事故一定会减少或避免发生。

参考文献

[1]建筑施工安全检查标准（JGJ59—99）．

[2]落地双排脚手架技术规程（DBJ13—34—2000）．

[3]建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130—2001）.

[4]建设部．全国2007年建筑施工安全生产形势分析报告．