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            評我國模板支架事故的原由與安全控制

            文檔作者: 熊耀瑩 劉毅 陸鋒        文檔來源: 安全管理網
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            更新時間: 2021年05月21日
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            建筑模板腳手架 評罪國模被支架事故硇原由與安呈控制 ● 熊耀瑩劉毅陸鋒 摘要:本文就我國模架施工實踐與理論狀態來闡述我國模板支架連連發生事故的原由,一切血鮮的事故似 乎在不經易中發生,其原因并不很復雜。人們習慣于陳舊的老方法,而正是這些不合理的方法在現實中普遍安然 無恙而在特殊情況下造成了悲劇。人們只有在充分理解規范的情況下才會自覺的認真執行規范條款,為此我們將 進一步深刻理解相關規范中的構造措施和不可缺失的力學功能,另一方面對現存模板支架計算理論的欠缺作簡單 的介紹與分析, 以力圖有效的控制模板支架的安全。 關鍵詞:經驗主義; 習慣勢力;水平剪刀撐;理論缺陷;理論污染;思維惰性; 計算長度 【中圖分類號】TU755.21 【文獻標識碼】B 【文章編號】1671-3362 (2006)01-0040-03 一 、模板支架事故的必然性 我國2001年發布了《建筑施工扣件式鋼管腳 手架安全技術規范》JGJ130—2001,該規范5.6節 和6.8節談到有關模板支架的計算與構造要求,每 節僅有三條款項。其計算方法與腳手部分系兩種不 同的方法,雖然是照搬國外現成的東西,細節上說 不上盡善盡美,但按該規范共六條規定大致可以控 制安全。但可惜的是筆者看到的施工現場幾乎沒有 一個工程的執行規范條款的要求,這就必然造成模 板支架事故的發生。而這種必然性并不為人們察覺 其潛在的險情,通常人們不按規范進行設計計算和 丟失許多必要的構造桿件,大部分都平安無事的闖 過去。這是由于住宅工程模板支架負荷較小高度也 不大的條件下造成的偶然性。又由于大部分住宅工 程在目前建設工程中占絕對優勢,所以這種盲目的 行為成為普遍的理論紊亂。造成這種局面的根源是 上層建筑— — 我們的許多專家學者,他們的人格與 著作在讀者中有無限的魅力,一旦出版社和作者出 了問題當然迷惑力也就愈大。江正榮與朱國梁兩位 同志辛苦的編寫了《簡明施工計算手冊》(中國建 筑工業出版社1999年7月第二版),2001年7月又 進行了第十三次印刷。該書發行量之多居建筑技術 書籍榜首,約十萬冊,其影響力之大可想而知。另 40 中國建筑金屬培構2006/1 一方面我們應該注意到建設部在2001年2月9日 已經向全國發出“關于發布行業標準《建筑施工扣 件式鋼管腳手架安全技7f亡規范》的通知”。因而簡 明手冊第十三次印刷發行是欠妥的,如果說兩者時 差較短,似乎情有可原,但江正榮同志在2001年 7月又正式單獨編著大型書籍《建筑施工計算手 冊》問世,2002年2月迅即第二次印刷發行。新 版手冊同樣沒有納入新頒布規范內容,雖然已摘 “簡明” 的帽子,但內容和簡明手冊一樣簡陋,無 視于法規的存在,而更不應該的是在手冊扉頁上標 上“本手冊全都按照國家新頒布規范、標準編寫” 的廣告語言以掩飾未能按新規范的過錯。這一舉措 令人震驚,無疑給年輕的工程師服了一劑迷魂藥。 這就使某些人憑借在小工程不按規設計僥幸的成功 經驗找到合法的理論依據,結果在用同樣方法設計 時在模板負荷較大層高較高的情況下付出了慘痛的 代價,經驗主義加上不健全理論指導造成模架事故 的必然性。另一種情況即使有十分正確的設計,施 工現場的習慣勢力也會直接干擾工程師的正確思 維,特別是施工現場冒險違規操作成功,更使工程 師失去堅持原則的信心,久而久之經驗主義使工程 師喪失了理論主導權。針對模板支架事故累見不鮮 的狀態下,上海市安全質量監督總站迫不得已在 2005年7月8日發出通知以加強模板支架的設計 維普資訊 http://www.cqvip.com 與專家論證的舉措,并對關鍵性的問題加以控制是 十分必要的。當然更為重要的工程師對關鍵性的措 施應勤于思考,深刻領會這些措施不可缺少的力學 價值。 二、關于規范模板支架的搭設設計原理與 江氏手冊存在的問題 現行規范JGJ130—2o01中附加了關于模板支架 的計算與構造措施共有簡潔的六條,引用條款九 條,實際上共十五條已涵蓋了扣件鋼管模板支架的 全部內容,在計算理論上形成獨立的體系,又與腳 手架有所區別,特別在構造措施上較腳手架有所突 破,即引用了水平剪刀撐。水平剪刀撐的介入使力 學計算較腳手更為清晰,當然又由于頂端探頭長度 a的兩倍并入步高作為桿件計算長度帶有數學上的 模糊外,相比之下還是較為完善的。規范中還是以 理性為主、經驗為輔的結合產物,對此我們應該深 刻的去理解規范中的六條款在支架中對安全的控制 作用,否則我們將會因規范中未用黑體字標明而作 為非強制條款而任意丟失或修改。 其實模板支架的安全無非是構造上對理論桿件 計算長度的保證,次之在構造上又如何承受我們尚 未列入計算程序的附加的客觀存在的外力。 1.關于掃地桿或頂端橫桿(天桿) 無論規范或上海安全質量監督總站的通知 (2o05年7月8日)首先均強調掃地桿的設立和設 立的尺寸控制為200mm為宜。從微觀上講立桿與 支承面不可能完全模合,勢必形成天然的偏心,其 偏心度可能為鋼管的半徑,當縱橫掃地桿設立后其 偏心力矩將由立桿與掃地桿共同分擔承受,又由于 立桿較掃地桿長(節點長度),根據結點各桿剛度 彎矩分配原則,結點的彎矩分配到立桿上的偏心矩 僅有五分之一左右,因而掃地桿已經吸收了大量的 鋼管安裝的偏心矩。另一方面掃地桿使立桿從鉸接 或自由狀態變成剛性或半剛性狀態,這對減小計算 長度極為有利,對降低立桿應力有舉足輕重的影 響。次之掃地桿亦有協助平衡地基應力的不均勻的 作用。當然天桿(支柱主桿頂端的橫桿)與掃地桿 的力學功能相似,規范中為了充分控制立桿自由端 的長度a的尺寸之兩倍并入桿件計算長度,也可以 說是用心良苦,另一方面也足以表明了規范編制者 對天地兩桿的極端重視。一言以蔽之掃地桿與天桿 建筑模板腳手架 將直接影響立桿的計算結果。然而江正榮同志在 《簡明施工計算手冊》或《建筑施工計算手冊》中 提供的計算范例示圖中不僅完全刪去掃地桿,對天 桿設計亦未立人規范計算程序。構造與計算理論的 疏漏對大型模板支架帶來必然的險情。 2.關于縱橫垂直剪刀撐 規范中明確表示模板支架縱橫每隔四個柱距設 一道剪刀撐。人們總認為剪刀撐是構造措施,屬于 非持力構件,其實支架中由任何原因產生的水平方 的力立桿是無能為力來抵抗的,必須仰仗剪刀撐。 水平方向力主要為風力、支架搭設誤差引起的水平 分力和施工中由于各種原因造成的水平沖擊力縱橫 垂直剪刀撐都在默默的承受。從構造上講凡設立剪 刀撐的支架垂直平面內形成幾何不變體系以控制支 架整體穩定并通過水平桿的作用來對沒有剪刀撐的 立桿水平位移有間接的約束作用??v橫方向垂直刀 撐與水平剪刀撐組合時會牢牢控制水平剪刀撐在在 橫向變位的可能性,因而垂直剪刀撐對立桿計算長 度有極其重要必不可少的作用。江氏在手冊示范圖 中已考慮到縱橫雙問剪刀撐,可惜的是沒有更詳盡 的量化,這就好象醫師開處方僅列藥名而不提供劑 量一樣。 3.關于水平剪刀撐 規范中明確指出高于4m 的模板支架從頂層開 始向下每隔2步設置一道水平剪刀撐(兩端與中間 每隔四排立桿)。如前所敘垂直剪刀撐對立桿的約 束是間接有限的,一旦水平支撐的介入就充分保障 在所設水平剪刀撐平面內是可靠的幾何不變體系 (當然要靠垂直剪刀撐的支持),立桿在2倍步高的 上下端自由度受到嚴格的控制;相對于不設水平剪 刀撐的平面橫桿對立桿自由度的控制雖然有但較前 者差,幾方面綜合考慮支柱的計算長度為步高加天 桿上兩倍的探頭長度。所以說水平剪刀撐對立桿計 算長度的保障也是十分重要的,特別當模板高度較 高負荷較大時尤為突出??墒墙龢s同志所做的模 板支架計算例題中(參見原著P469頁)沒有能提 及到水平剪刀撐一詞或者說把規范的規定置之不 理。江氏手冊發行量遠遠大于規范,工程師習慣使 用手冊簡明的計算,因而全國幾乎沒有人使用過水 平剪刀撐,我國施工中如此嚴重不執行規范的狀 態,令人震驚,而作為示范的理論書籍更是如此則 令人匪夷所思。江正榮同志所做的例題是一個高度 維普資訊 http://www.cqvip.com 建筑模板腳手架 不大、負荷較小的模板工程,而且即使按不規范的 設計方法也不會出問題(該題計算結果鋼管應力為 50帕,而與鋼材允許設計強度205帕相差遙遠), 這就好象你放大了靶心就很難說明你即使中靶的槍 法。如果說對規范有不同看法和更好的建議我們主 張公開進行討論,但不能我行我素,這畢竟是人命 關天的事。其實在上海安全質量監督總站通知的精 神中當負荷每平方米小于10KN高度小于4米時也 不強求計算,因而江氏手冊的算例也失去代表性。 對于計算手冊雖然方便了工程師,但也養成了工程 師的思維惰性,甚至對理論是非失去判斷能力。在 計算公式之外的模板支架構造措施是計算公式正確 的保障,絕不能孤立在計算公式之外??陀^上江正 榮同志編著的《建筑施工計算手冊》某些方面已經 在全國范圍內形成了廣泛的理論污染不良的后果。 三、關于其它問題的討論 1.關于風荷載的計算 通常人們對風荷載的考慮的注意力集中在對單 桿的壓彎應力校核而忽視了整體應力計算。如何對 整體模板支架的風荷進行應力校核是一個重要的課 題,現行相關規范中未能給予指示,有些學者就此 問題曾進行過探討,但方向上又有偏差。筆者認為 水平風荷的作用只有由有剪刀撐來承受,對于沒有 斜撐的支柱理論上是不應承受風荷的(將所有節點 視作為鉸)。換一個角度來觀察,對于沒有斜撐的 支柱水平剛度極小,所以在承受水平力時所分配的 荷載必將很少。我們進一步再討論由于水平力的作 用將會重組立桿應力,立桿垂直應力有增加和減小 的必然趨勢。同理立桿應力的變化也主要集中在有 剪刀撐的結構柱上,為此模板支架校核風荷載應力 時為了計算方便在設計剪刀撐時要注意條理以使計 算方便。 2.關于沖擊荷載與萬向扣件 從力學的角度自在世界范圍內建筑結構的設計 都以靜力學為主導,這是宏觀理論缺陷,因而工程 師對沖擊能的破壞作用估價不足,特別是對較小的 結構體積如剪切在受到沖擊后材料比能驟然上升 (第四強度理論— — 形狀改變比能理論),從而導致 應力數十數百倍的增加,工程實踐中已有不少血的 教訓。 現行規范中規定鋼管搭接要用兩個旋轉扣件 42 中固建筑金屬培構2006/1 (萬向扣件), 其塔接部位限于頂層頂部(規范 6.3.5和6.3.5—2)。假如我們僅使用兩旋轉扣件時 其旋鈕不可能同步受剪,有各個擊破的風險,為此 筆者認為應改成四個為宜,從模板坍塌的現場來觀 察旋轉鈕破壞的居多數。另一方面把搭接部位放在 頂部對模板支架而言不相宜(從靜力學上看是合理 的),因為頂部將直接受到模板施工荷載的直接沖 擊力,如果在下部將大大緩沖了沖擊荷載。規范規 定的原意可能是針對腳手架而言,但該規定被模板 支架引用就不妥。 當然對于模板支架可能出現的垂直與水平方向 (包括混凝土泵水平向的搐動和混凝土垂直自由的 散落)的動力沖擊及其影響應力度將應作為我們今 后重點研究的施工技術的前沿問題。 3.關于模板支架的工程語言表達 如果有完美的模板支架設計又如何表達完整的 設計思想和意圖也是我們應該認真考慮的大問題, 如果我們詞不達意也要出事情。很難設想如果一幢 建筑物僅用一個立面圖來說清一個三度空間的實體 構造,如果用文字語言來加以補充是何等的困難。 為此我們應充分運用視圖來表現空間結構和鎖定支 架的結構構造,一般不應少于三個視圖(即不同的 立面和橫剖面)來表示,對于這一點許多書籍乃至 規范做得十分不足,今后在模板支架視圖方法也應 規范化并嚴格加以控制。 4.關于地基問題 澳門機場架空跑道曾因雨水浸濕地基而使模板 支架坍塌而延誤工期,為此高重的模板支架尤加小 心,必要時必須用混凝土整體復蓋防基礎被水浸泡 軟化降低強度或不均勻下沉。 四、結語 作為模板支架的事故發生綜上所述因素太多 (如扣件與鋼管幾乎全不達標), 目前更為重要的還 是要遵守規范。另一方面由于復雜的動力沖擊我們 還不能十分有把握的定量分析,為此設計模板支架 時要有宏觀定性的估價并充分留有余地,以彌補現 有的理論缺陷。另一方面設計者應削理論之足來適 現實扣件與鋼管非標之履。 (作者單位:深圳市瑞華建設股份有限公司)
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