扣件钢管架支模的安全性

2000年10月25日上午9：30分左右，南京市电视台新演播大厅在屋盖混凝土浇筑中发生了模板支撑整体倒塌重大事故，造成6人死亡，11人重伤，24人轻伤，这是一起典型的用扣件钢管架搭设排架支模的倒塌事故。这起事故给我们很多警示与启示，江苏省乃至全国仍有相当多的工程采用扣件钢管架作为模板支撑架，这就需要项目经理和技术人员以及搭设架子的作业人员排除一些认识上的误区，对扣件钢管架支模的安全性引起足够的重视。
1 搭设材料及存在的不安全因素
1．1 钢管
模板支架用普碳钢钢管采用带钢卷制，拼缝处用高频电焊焊接，亦称电焊钢管，它比无缝钢管成本低，Q235钢管的延伸率18%，比低硬钢管的延伸率（10%）高8%。最新发展和正准备推广的钢管为低合金钢管，规格为?48mm×2.5mm。低合金钢管管壁较薄，当模板支架的尺寸由挠度控制或稳定性控制时，需要注意应比常规普碳钢钢管的尺寸小10%。
钢管的管径优选为48mm；最大长度限制为6.5m，每根重量控制在25kg以内，以确保搭设和拆卸的安全。钢管的检测按国家标准《碳素结构钢》GB700-89中Q235A钢的规定。在模板支架倒塌事故发生后，地方技术监督局通常对现场所用的钢管会作抽样检测。
模板支架钢管存在的不安全因素为：①普碳钢管易锈蚀，严重的出现麻坑，影响其承载力；②租赁的钢管来路不同，钢管管壁厚度严重不均，从2.6~4.0mm不等，一般为3.0mm，设计时必须考虑这一因素，用钢管规格?48mm×3.0mm进行计算复核是可靠的；③钢管的管端经多次气割或电焊割，端面严重不平整，用作立杆时，在对接扣件部位出现初弯曲，严重影响立柱的承载力，易失稳。
1．2 扣件
扣件有钢板冲压的和可锻铸铁的。用于搭设模板支撑架的扣件为可锻铸铁扣件，材料为机械性能不低于KTH33008的可锻铸铁，其机械性能：抗拉强度330N/mm＜sup＞2＜/sup＞，延伸率8%，硬度HB120~163。可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰口铸铁具有较高的韧性，多用于制造成承受冲击荷载的铸件。
扣件检测的基本要求如下：①新扣件必须有产品质量合格证、生产许可证、专业检测单位的测试报告；②扣件螺栓拧紧力矩达70N·m时，可锻铸件扣件不得破坏。
扣件使用中存在的不安全因素为：①扣件来源杂乱，质量不均，特别是有价格很低的劣质扣件进入施工现场（价格为2.5元/个）；②旧扣件的螺栓有滑丝，但仍勉强使用。
2 扣件钢管搭设模板支撑架的基本受力特性
2．1 排架支撑立杆两种不同受力状态的承载力
2．1．1 钢管排架立杆顶端设可调托座传力支模 在钢管顶端插入可调托座，这种支模方法在高架桥或其他连续梁桥施工中应用较多，属典型的轴心受压，因此，减小步高h能显著提高其承载能力。经计算，在相同条件下，因管壁减薄至3.0mm，其承载力降低12%左右。
2．1．2 钢管排架顶部水平钢管传力支模 这种支模方式为一般施工单位典型的支模方式。梁或板等水平混凝土构件的自重和施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至支架的水平钢管，水平钢管又通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆。立杆所受的力为偏心力，偏心距为53mm。模板支架系统的承载力由2个因素决定：①立杆在偏心荷载下的稳定承载力，经计算，支架步高1.8m时，稳定承载力设计值为13.3kN；②支架顶部水平钢管与立杆扣接的直角扣件的抗滑力。当直角扣件的拧紧力矩达40~65N·m时，试验表明：单扣件在12kN的荷载下会滑动，其抗滑承载力可取8.5kN；双扣件在20kN荷载下会滑动，其抗滑承载力可取12kN。对比可知，扣件的抗滑承载力小于偏心受压状态下的稳定承载力，尤其是当扣件拧紧力矩没有确切保证时更是如此。1986年中国建筑机械化研究所曾对北京、上海、广州和深圳4个城市的14个高层扣件钢管脚手架的1230个扣件螺栓扭力矩作了抽查，抽查表明拧紧力矩在40~70N·m间的仅达43.7%，扣件式钢管排架支模的扣件拧紧状况不会好于外脚手架。因此，用扣件式钢管排架支模架时，该支模方式的承载力主要由支架顶部水平钢管与立杆的扣件抗滑力决定，此点有别于扣件式钢管脚手架用作外脚手架的情况。
2．2 支架立杆用对接扣件作钢管接长的承载力
在斜梁支模或支模高度与钢管长度不相符时，木工通常用2只旋转扣件作钢管搭接接长。根据青岛建工学院的试验，用2只旋转扣件作钢管搭接接长后的最大承载力为26.3kN。在相同试验条件下，用对接扣件作对接接长的最大承载力为82.7kN，为搭接接长的3.14倍。该试验结果对钢管排架支模有启示，在可能的条件下，特别是重荷载支模时，应优先采用立杆钢管对接接长的方式。若顶部立杆用单直角扣件扣接在下一部水平钢管上作高度调整时，此时该顶部立杆的承载力决定于单扣件的抗滑力，以小于8kN考虑为宜。若顶部立杆用双旋转扣件搭接接长时，每根立杆的允许荷载以小于8kN为宜，两旋转扣件的间距应在800mm以上。
2．3 高空支模采用双立柱的承载力
当外脚手架搭设高度超过50m时，上海、南京等地80年代曾用双立柱搭设，以增加立柱的稳定性。对双立柱的脚手架，中国建筑机械化研究所做过试验，其承载力比单立柱高16.5%，其破坏形态表现为上部的单立柱失稳。双立柱中，荷载作用在其中的1根主立柱上，通过试验表明，双立柱的主立柱的荷载分配规律为由上而下递减，副立柱为由上而下递增。向下传至第3步时，主立柱承受的荷载降为60%，经7步传递后，主副立柱各承受50%。
外脚手架的双立柱搭法也可移植于高空支模，在满足顶部扣件抗滑的条件下，为增加高度达30m左右的支架的稳定性，在支架下部可搭设成双立柱形式。南京太阳宫工程的大混凝土拱肋施工，其支模高度达40m的支架采用4根钢管组成的加强组合立柱形式。南京国际展览中心工程1000mm×2650mm的大梁；支模高度达8m，工程项目部技术员也曾提出过梁底支架双立柱的支模主案。
2．4 扫地杆和梁下横向水平杆的设置对立柱承载力的影响
由于没有这方面的专门试验，但在施工现场这又是排架支模搭设的通病。参照脚手架的试验，其结果为：①设置纵、横向扫地杆的可使脚手架的承载力提高5.24%；②在立柱与纵向水平杆的相交处间隔设置横向水平杆和不设扫地杆，使立柱的极限承载能力降低11.1%。由此可见，大梁下的支架的每步横向水平钢管和底部的扫地杆都是必须设置的。