模板支撑结构坍塌与对策

吴克刚

模板支撑结构是工程施工过程中很重要的分项之一，它搭设的优劣不但影响工程的重量，更主要的是会引起安全事故，是建筑施工生产安全事故的多发危险源之一。它最大的危险是支撑结构的坍塌会给作业者的生命造成极大的伤害。事故多发生在浇筑混凝土的途中至接近完成之时，在支撑结构受力最大或薄弱部位，因支撑材料的强度达到屈服状态或因构造不合理，在极短的时间内形成局部或整体向下滑塌倾倒，使人、物遭受掩埋、冲击、叠压的恶果。

笔者根据支撑结构坍塌事故的教训及相关规范，对其安全问题作五个方面的简述。

一．造成模板支撑结构坍塌的因素：

1.设计因素，不按规范规定设计，不结合实际情况，参数输入不正确，输出的参数干什么，构造上体现不出；构造设计不按实际，搭设时的习惯性，无法保证支撑结构的刚度。

2.施工因素，在设计到位的情况下，搭设习惯性，体现不出设计的意图，达不到设计的要求；在设计不到位的情况下，连最起码的经验性常识都不具备（主要是杆件的相互制约受力）。

3.材料质量因素，钢管的壁厚薄，强度低，达不到承载力设计值；扣件重量不足，扭力矩达不到规定要求；扣件的内弧度与钢管的外弧度接触面积小，变面接触为点接触，与钢管的握裹力不足，达不到抗滑的设计值，节点的支座变为滑动支座。

4.监控管理因素，支撑结构搭设过程监督检查不严，造成支撑结构误差累计，难易纠正；构造杆件缺失，无法弥补；浇筑之前不检查验收或验收走过场，安全隐患叠加存在。

二．模板支撑结构坍塌因素的分析：

1.竖向受压杆件失稳破坏，是支撑结构坍塌的直接原因。支撑结构一旦出现失稳，会迅速发生滑塌倾倒，浇筑途中作业人员几乎没有躲避和撤离的时间。

2.支撑结构的构造，节点连接及位置、与既有结构拉结、基础承载力、搭设偏差和作用点等方面存在的薄弱部位和潜在的隐患，都会在超载或偏载作用力的激发下，出现局部或整体的危险变形，形成恶性事态变化。

3.混凝土的浇筑工艺（顺序、浇筑层厚和浇筑速度）对支撑结构的承载力影响很大。好的浇筑工艺可以加强支撑结构的整体稳定性，实现杆件的均衡受力和充分利用结构配筋传承力的作用，有利于承载安全。不好的浇筑工艺会造成难以控制的局部超载、偏载和冲击荷载等危险状态出现。

4.搭设人员不懂杆件受力及相互制约关系及力的传递途径，给支撑结构留下了潜在的安全隐患。

三.模板支撑结构的受力分析：

1.支撑结构搭设好后，形成一个局部或整体的平面四边形结构，当它承受荷载时，在支撑材料强度符合要求的前提下，结构的刚度能否抵抗变形？结构能否保持原有形状、位置的平衡？这都是未知数，因为结构本身是几何可变体系。

2.支撑结构受力时：

（1）有静态下的竖向力，即结构受到的轴力。它包括：①支撑结构的自重，②新浇混凝土的自重，③钢筋自重；

（2）有动态下的竖向力，即结构受到的轴力。它包括：①施工人员及设备自重，②振捣时的冲击力，③倾倒时的冲击力；

（3）有动态下的侧向力，即杆件受到的偏心力。它包括：①施工人员及设备活动的侧重量，②振捣时的侧向冲击力，③倾倒混凝土时的侧向冲击力（浇筑混凝土时的方向）；

（4）有动态下的张力，即杆件结构受到的外张力。主要是在浇筑混凝土时，向四周形成的侧压力和水平张力；

（5）施工荷载对支撑结构顶端产生的附加水平荷载。如浇筑砼的过程中支撑结构所受荷载效应的离散性很大，产生一个向四周辐射的水平力；

（6）支撑结构安装偏差产生的对结构顶部的水平荷载。安装偏差主要反映在结构的顶端，支撑结构受荷后产生顶部的水平力。

3.风荷载的作用力，支撑结构完成后，侧模板及支架受风荷载的作用，则结构竖向中点分别受到一个集中水平推力，如果模板支撑结构没有足够的重量（重心处）平衡这个推力，则模板支撑结构会以支撑落地点或结构的中部薄弱点为中心，向一边倾覆失稳。

4.荷载的传递件—节点的受力—摩擦力、承压力，因其质量问题，承载力下降或不能承载。

四．模板支撑结构坍塌因素的对策：

基于模板支撑结构坍塌因素的分析，在考虑其设计、搭设和承载要求时，必须全面地综合考虑以下各方面的因素，以选择和确定安全可靠的施工方案：

1.模板下分布梁（主龙骨）的布置及其承载（强度和弯矩）能力和传递、分布荷载作用的能力，要保证其传给结构的荷载作用基本符合计算值。

2.为适应其承载模式和特点要求的最佳的构造参数。

3.支撑结构竖向受压杆件的强度、计算长度、约束条件必须满足设计承载能力。

4.支撑结构的构造形式必须保证整体刚度和内力重分配的能力。

5.造成支撑结构荷载、内力变化和不均匀分布的各种影响因素。

6.造成支撑结构整体和节点承载能力降低的各种影响因素。

7.造成支撑结构局部超载或偏载及冲击力和侧力作用的影响因素。

8.结构杆件原有变形和结构搭设变形及搭设偏差（错位、垂直、水平度）对受荷后支撑结构安全的影响因素。

9.其他在设计中未予考虑，但却不能忽视的环境因素，可以利用工程既有结构，传递支撑结构的水平荷载。

10.对搭设人员的技术素质及其懂得基本力学知识程度要进行考查和考核。

对以上因素的考虑，只依靠规范和理论知识是不够的，还必须参考现场实况，采取必要的现场试验。要求支撑结构从构造设计加强稳定的承载力。

五．模板支撑结构的构造设计：

依据支撑结构的工作状态和承载特点，加强构造设计，提高支撑结构的整体性、稳定性和内力调整能力是支撑结构设计重中之重。在支撑结构设计方案中最重要，也是极易出现各种疏漏的环节。符合承载和控制变形的要求，不仅可以确保支撑结构的设计要求，也可以弥补设计计算工作的不足，提高支撑结构承受异常荷载，包括超载、偏载、冲力、侧力等的能力。在高大重支撑结构的方案设计中，应从以下方面加强构造设计，提高支撑结构的整体性、稳定性和内力调整能力。

1.高重大与楼盖外围支架构造，通过适当缩小跨距和加强斜杆、剪刀撑设置，使其在满足相应部位承载力的同时，还应成为在整个支架之中具有较强的构架刚度，起到荷载在传递过程中，抵抗水平力的作用。在受到浇筑侧力的作用下，形成相当稳定的构架，使其内较弱的构架提供侧向支撑，并使竖向受压构件的横向约束条件得以加强，因而能显著的加强整个支架的整体性、稳定性和内力调整能力。

2.支撑结构的一面或两面为空间结构时，且与既有结构拉结宽度大于8m时，将其边跨的中间结构搭设成局部的格构柱，增强其抵抗水平力的能力，将其一部分竖向力传递给格构柱，增强结构的刚度和整体承载力。

3.加强支架顶步构造，在模板下第一道与第二道纵横水平杆之间加设一道纵横水平杆并严格控制立杆位于顶横杆之上的伸出长度（a值）。由于模板上的荷载的不均匀，支架顶部各部位的内力分布常会出现相当程度的不均匀情况，一些部位会出现高于2.0倍计算值的荷载作用，因此，应加强顶部支架的整体性构造措施。通过加强水平和竖向斜杆与剪刀撑的设置以加强其整体刚度（形成加强层）和提高其抵抗侧向变形和内力调整的能力。

4.加强重集中荷载之下分布梁（主龙骨）和支架的构造。应采用具有足够

刚度的分布梁（工字钢或对称截面钢梁）按一分二、二分四、四分八的方式将其分散后作用于其下结构上，不宜相当集中地传给其下结构中部的立杆上（会造成这些立杆上部过大的轴力）。位于结构顶部的1～3步应适当缩小步距和加强竖向、水平斜杆或剪刀撑，使其形成能适应巨大内力分布和侧向变形要求的加强层。