满堂模板脚手架失稳坍塌事故的原因分析及其对策建议
前言
在工业与民用建筑中，常常遇到较大跨度和较高层高的锅炉房、厂房和餐厅、报告大厅、多功能厅等，其屋顶板很多采用现场浇筑钢筋混凝土结构或预应力钢筋混凝土结构。其施工方案，大都采用搭设满堂模板脚手架。一般说，用扣件式钢管脚手架搭设满堂架，其施工方法简便，钢管可与外脚手架统用，可降低成本，只要经过设计计算并合理搭设，其安全性能是有保障的，成功事例很多，故为许多施工企业采用。
但是，对于超高、超重的满堂架，如果施工企业疏于管理，施工方案未经仔细设计计算，选用钢管与扣件材质不合格、搭设构造不符合施工规范和设计要求，结果造成整体坍塌的重大伤亡事故，时有发生。
本文从满堂架的设计与计算这一角度重点分析一下可能引起坍塌的原因，并提出几点建议对策。因水平所限，所提观点可能有误，供同行商讨。
1、脚手架钢管材质问题
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ-130）规定：钢管应采用国标《直缝电焊钢管》（GB/T13793）或《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3092）中规定的3号普通钢管，其质量应符合国标《碳素结构钢》（GB/T700）中Q235-A级钢，外径为φ48mm的钢管，壁厚为3.5mm。
当前市场上供应的一些脚手架管材，不仅材质上存在不少问题，就拿管材规格上，漏洞也很大。设计要求的规格φ48×3.5mm，规范允许管壁厚度误差为-0.5mm，生产厂家就钻这误差的空子，直接生产φ48×3.0mm的管子，因为市场上买脚手管材以米为单位进行计价，壁厚减薄0.5mm，原每吨管材260m，现在每吨为300m，无形之中，他就多赢利15.4%，可轴向抗压强度却下降了12%。
当φ48×3.5mm变为φ48×2.5mm时，管材长度增加到每吨357m，约增加37%，但强度却下降24%。
如旧有管材，锈蚀很严重，达1mm，则管材从φ48×3.5mm变为φ46×2.5mm，其强度下降达33.7%。
规范规定，管子直径允许偏差-0.5mm，壁厚允许差距-0.5mm，如二者同时存在，则φ48×3.5mm变为φ47.5×3.0mm，管材长度从260m/t变为304m/t，长度约增加17%，强度降低14.8%。
不同截面几何特性及轴向抗压强度对比见表1。
表1不同截面几何特性及轴向抗压强度对比
序号 规格(mm) 截面积A(cm2) 惯性矩I(cm4) 截面模量W(cm3) 回转半径i(cm) 重量(kg/m) 轴向抗压强度(KN) 强度降低比值 1 φ48×3.5mm 4.89 12.19 5.08 1.58 3.84 18.55 0 2 φ48×3.0mm 4.24 10.78 4.49 1.59 3.33 16.32 -12% 3 φ48×2.5mm 3.57 9.27 3.89 1.61 2.80 14.12 -24% 4 φ46×2.5mm 3.41 8.10 3.38 1.54 2.68 12.30 -33.7% 5 φ47.5×2.5mm 4.19 10.42 4.39 1.577 3.29 15.80 -14.8% 注：钢管的轴向抗压强度设计值按步距1.8m，计算长度按1.155×1.5×180=311.85cm计。
几点建议：
（1）管子壁厚标准值3.5mm，规范规定允许偏差为-0.5mm，截面减少13.3%，轴向抗压强度减少12%，降低值太大，允许偏差建议改为-0，+0.5mm，否则设计计算时，截面积按标准值乘以0.85的折减系数，以策安全。
（2）脚手架管材的销售应以重量每吨计价，废除以每米长度计价。
（3）整顿脚手架管材生产厂家，生产不合格品的，令其改正，否则吊销其执照。
2、扣件的质量问题
扣件式钢管脚手架和模板支架，所以能组合成一个整体的空间结构，以承受各类施工荷载和风载，关键全在钢管通过各类扣件将其组成整体，故扣件的质量好坏直接关系到脚手架和满堂模架的安全。规范要求扣件应用可锻铸铁制作，材质应符合国标《钢管脚手架扣件》（GB-15831）的规定。
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130）规定：一个直角扣件、旋转扣件（抗滑）的承载力设计值为8.0KN。
据有关部门多年抽样检查发现市场上供应的扣件质量合格率较低，一些小厂生产的扣件合格率甚至达0%。这是一个很大的安全隐患。
另外，一个扣件能否达到要求的设计值，还有一些不定因素，例如：
（1）扣件螺栓拧紧扭力矩是否能满足≥40Nm，≤65Nm，以避免过松、过紧问题。
（2）重复使用的扣件，如有裂缝、变形、滑丝、砂眼等现象，应废弃。
（3）表面未经清理或清理不干净，存在锈迹，水泥浆和泥土等、影响扣件与钢管的握裹力。
举个受力最简单的例子（按GB50204-92取荷载）：
当模板是通过楞木搁置在水平钢管上，水平钢管通过直角扣件把力传给立柱(见图1)，则厚度为12cm的钢筋混凝土楼板传给水平钢管的施工荷载：
混凝土重0.12×24×1.2=3.456KN/㎡
钢筋重1.1×1.2=1.32KN/㎡
模板0.3×1.2=0.36KN/㎡
施工人员与设备重1.5×1.4=2.10KN/㎡
合计q=7.236KN/㎡
当立柱纵、横双向间距均为1m时，则一个扣件承受外力为7.236KN＜8KN，但余度不大；如考虑水平钢管按三跨连梁计算，则一个扣件反力为7.236×1.1=7.96KN，余度基本上没有。当立柱纵、横双向间距均为1.2m时，则一个扣件所承受外力达1.2×1.2×7.236×1.1=11.46KN，大于允许值8KN的43.2%；当立柱间距为1m×1.2m时，则一个扣件承受外力为9.55KN，也大于允许值19.4%。因而，一般楼板下模架其立柱间距最大只能是1m×1m，而且扣件质量必须保证。
图1楼板模板支架布置示意图
3、梁下模架立柱布置
3.1布置方案
上面论述，在楼板下模架立柱间距最大为1m×1m，梁下模架立柱间距必须缩小，才能满足要求。对一般楼面结构的钢筋混凝土梁，在横向宜用二根立柱抬一根梁，纵、横向间距则根据计算需要予以加密，以梁截面为400×1200为例，布置如下图2。
图2梁下模架立柱布置示意图
3.2支承钢管连接扣件计算
直接支承混凝土梁的水平短钢管所承受外荷载：
钢筋混凝土梁自重0.4×1.2×25.5×1.2=14.688KN/m
梁底模和侧模重［0.4+2×(1.2-0.12)］×0.3×1.2=0.922KN/m
混凝土振捣荷载2×1.4×0.4=1.12KN/m
梁下水平钢管的支座反力为：
混凝土自重R1=14.688×0.5/2=3.672KN
模板重R2=0.922×0.5/2=0.231KN
振捣荷载R3=1.12×0.5/2=0.28KN
合计R=4.183KN＜8KN，即一个扣件承载力，安全
如果纵向立柱间距不是500mm，而是1000mm，则反力
R=14.688/2+0.461+0.56=8.365KN，大于8KN，故纵向间距必须缩小。
3.3水平钢管强度计算
当立柱横间距为1m,纵向为0.5m时：
按简支梁计
跨中弯矩M=4.183×0.3=1.255KN.m
弯曲应力f=1.255×106/（5.08×103）=247.1N/mm2＞205N/mm2，不允许。
横向间距改为800mm，
M=4.183×0.2=0.8366KN.m
f=0.8366×106/（5.08×103）=164.7N/mm2＜205N/mm2，可以。
3.4计算结果
当板厚为12cm时，板下模架立柱间距应不大于1m×1m；混凝土梁400×1200下模架立柱纵、横向间距应为500×800mm，才满足一个扣件抗滑承载力的要求。
4、模架立柱强度计算
4.1立柱所承受荷载
上述计算中均未计及满堂架及脚手板的荷载，计算立柱强度时，不能漏算。假定模架高15m，步距为1.8m，共9步。
脚手架重：
立柱：15×0.0384×1.2=0.691KN
纵横水平杆：［（9+1）
图3大梁下模板支架布置示意图
6.2荷载计算：
梁自重：0.5×3.0×25.5×1.2=45.9KN/m（标准值38.25KN/m）
侧模、底模重：（3×2+0.5）×0.3×1.2=2.34KN/m（标准值1.95KN/m）
振捣荷载：2×1.4×0.5=1.4KN/m
合计：q=49.64KN/m（标准值40.2KN/m）
6.3梁底模设计
梁底模用18mm厚九层胶合板，楞木50×100mm，间距200mm。
模板弯矩：M=0.107×49.64×0.2×0.2=0.2125KN.m
模板弯曲应力：f=0.2125×106×6/（500×182）=7.87N/mm2
模板挠度：ω=0.677×40.2×2004×12/（100×9000×0.85×500×183）=0.234mm＜200/400=0.50mm，符合要求。
6.4楞木计算
跨中弯矩：M=0.125×（49.64×0.2）×0.52=0.3103KN.m
弯曲应力：f=0.3103×106×6/（50×1002）=3.72N/mm2＜13N/mm2，可以。
挠度计算：=5×（40.2×0.2）×5004×12/（384×9000×0.85×50×1003）=0.205mm＜500/400=1.25mm
6.5立柱计算
脚手架荷载：
参照前面第4节，简化计算可得：
（0.691+1.336+1.118+0.549）×28/15+0.36+2.80=10.056KN
梁的砼、钢筋、模板及振捣荷载：49.64/（5×2）=4.964KN
总的轴向力：N=15.02KN
取立柱步距为1.80m，计算长度l0=1.155×1.5×180=311.85cm，λ=197.4，φ=0.185，
立柱稳定强度［N］=（0.185×205×489）×0.85=15.76KN＞实际轴力15.02KN，安全。
6.6基础设计
当地基为分层夯实的回填土，其承载力标准值取80KN/㎡，调整系数kc=0.4，则基础底面积（在每1m长范围脚手架荷载标准值10.056/1.25=8.045KN）
A=(40.2+8.045)/（0.4×80）=1.51㎡，取1m×1.5m。见下图4。
图4梁下立柱基础图
7、支撑体系
满堂模板支架侧向稳定性，主要靠其支撑来保证。JGJ130规范对满堂模板支架的支撑设置作如下规定：
（1）满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置；
（2）高于4m的模板支架，其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。
（3）每道剪刀撑跨越立杆的根数，不应小于4跨，且不小于6m，跨越立杆最多根数，当斜杆与立杆交角为45°时，不多于7根；当为50°时，不多于6根；当为60°时，不多于5根。
（4）剪刀撑斜杆的接长，采用搭接，搭接长不小于1m，应采用不小于2个旋转扣件固接。
本文认为具体工程如能完全按规范要求实施，能保证整个支架体系符合设计要求，使荷载做到垂直传递，不产生偏心、歪斜；确保立柱计算长度的取值等，但不能理解为有了这些支撑，整体模架就稳定不会倒塌。
结束语
1、影响满堂模架的整体稳定的因素是多方面的。上面只是从设计计算各方面进行了分析，从中可以看到任一环节的不到位，不符合设计要求，都会是致命的安全问题。
2、同时，如果虽有了一个完善的设计与施工方案，现场没有认真的技术交底，施工人员不按设计要求去实施，随心所欲的按自己的老“经验”、老“习惯”去施工，许多事故都是这样产生的。
3、满堂模架在架设过程、使用过程、拆卸过程都必须指定专人加强安全监督检查，要确保每一环节都通过验收，尤其是混凝土浇筑过程对模架进行监视，一旦有异象，立即报警并进行处理，必要时进行疏散。
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