毕业论文高支模施工技术研究.docx

毕业论文高支模施工技术研究.docx

《毕业论文高支模施工技术研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文高支模施工技术研究.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

毕业论文高支模施工技术研究

工程实践研究报告

高支模体系施工技术研究

年级：

姓名：

专业:

校内指导老师:

校外指导老师：

2014年6月

院系土木工程系专业建筑工程

年级2010级姓名

题目高支模体系施工技术研究

指导教师

评语

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩委员会主任

年月日

摘要

随着我国经济的发展，建筑物的大跨度和大空间倍受青睐，建筑结构日趋复杂化，高支模体系被广泛应用。

由于我国目前模板支撑体系设计规范不是十分完善,也缺乏工程经验,高大模板支架坍塌事故屡见不鲜，造成巨大损失.因此，本文在现场调研和试验研究的基础上,结合相关规范及建模分析,对模板支架稳定承载力计算、稳定性影响因素和施工安全控制等进行了深入研究，对高支模体系施工进行安全风险管理研究.

【关键词】高支模体系稳定性风险管理

Abstract

Withthedevelopmentofeconomyinourcountry，thestructureofthelargespanandlargespacepopularity，buildingstructureiscomplicated,highformworksupportsystemiswidelyused.Becauseourcountryisnotperfecttemplatesupportsystemdesignspecification,alsolackofengineeringexperience,largeformworkcollapse,causinghugelosses。

Therefore,thisarticleonthebasisoffieldinvestigationandexperimentalresearch,combinedwiththerelevantspecificationandmodelinganalysis，ofthetemplatesupportstablebearingcapacitycalculation,thefactorsinfluencingthestabilityandconstructionsafetycontrolandsoonwerestudied，onthesystemconstructionofhighsafetyriskmanagement。

Keywords：

highformworksupportsystem,stability，riskmanagement。

第1章绪论1

第2章国内外高支模支撑体系研究现状2

2。

1模板支架施工期荷载研究现状2

2。

1模板支架稳定承载力研究现状2

2。

3模板支架安全风险研究现状3

第3章高支模体系坍塌事故原因剖析5

3.1原材料缺陷5

3.2设计方案缺陷6

3.3构造因素缺陷7

3。

4施工和管理缺陷7

第4章高支模体系稳定承载力影响因素分析9

4。

1原材料因素9

4。

1。

1钢管壁厚9

4。

1.2钢管直径9

4.2构造因素10

4。

2。

1扣件螺栓拧紧力矩10

4。

2.2立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度11

4。

2。

4斜杆及剪刀撑搭设11

4。

2。

3顶托工作长度12

4。

2。

5立杆垂直度13

4.2.6扫地杆高度13

第5章高支模体系施工安全风险管理14

5。

1高大模板支撑体系施工安全性预测14

5.1.1安全预测常用方法14

5.1.2人工神经网络技术16

5.2模板支架施工质量控制17

5。

2.1原材料选择17

5.2.2施工方案17

5。

2。

3搭设质量17

5.2。

4构造措施17

5.2.5施工组织及管理18

总结19

致谢20

参考文献21

第1章绪论

近年来，我国城乡建设快速发展，多高层建筑的数量不断增多，无论是公用建筑或者民用建筑，其设计大多采用框架、剪力墙或框剪结构。

因此,模板工程在主体结构施工中的地位愈显重要。

扣件式钢管模板支撑体系因其施工便捷、适应性强、承载力高、整体刚度大等特点成为当前工程中应用最多的一种支撑体系。

而人们对它的认识远远赶不上它的发展，其方案设计和风险管理成为施工技术和安全监督的重点和难点。

随着我国经济的发展,人们不断追求建筑物的大跨度和大空间，使得建筑结构日趋复杂化,高大模板支撑体系被广泛应用.由于我国模板设计研究起步较晚，也缺乏工程经验，给人们的生命财产安全和建筑业的健康发展造成重大安全隐患，而高大模板支架坍塌事故的代价是巨大和难以承受的。

虽然先进的施工技术和施工机械不断地被开发和引进，但模板支架坍塌事故却从未终止,反而有愈演愈烈的趋势，受到社会各界的关注.

目前,我国对于高大模板支撑体系没有明确的定义,建设部《关于印发建设工程高大模板支撑体系施工安全监督管理导则的通知》规定:

高大模板支撑体系（简称高支模体系）是指建筑工程施工中搭设高度超过8m，或搭设跨度超过18m,或施工总荷载大于15kN/m2，或集中线荷载大于20kN/m的模板支撑系统。

由于我国还没有统一的高大模板支撑体系设计规范，也没有统一的设计荷载规定,高支模体系施工的工程经验也不足，因此,高支模施工中造成工程事故的现象时有发生，不仅影响建设工期,严重的还会造成生命财产等的重大损失。

近年来,模板支架坍塌事故发生频率较高，造成人员伤亡和财产损失，例如2005年北京“西西工程"顶盖模板支架垮塌，造成8人死亡、21人受伤.据统计,近14年来，我国模板支架坍塌事故已发生140余起。

因此，要高度重视模板支架施工的安全控制，加强对保证高支模体系施工安全的理论和方法进行研究。

对酿成模板支架坍塌事故的各种原因及各种能够诱发安全事故的隐患形式和状态进行深入研究，融合各方面信息，构建扣件式钢管高大模板支撑体系风险预测模型，建立合理实用的风险预测模型并采取相应的预警和安全控制措施，保证施工安全。

第2章国内外高支模支撑体系研究现状

模板支撑体系在工程施工中被广泛应用，而其施工技术与安全监督也已成为

人们关注的焦点。

为防止模板支架坍塌事故的发生，国内外很多专家和学者分别

从施工期荷载、稳定承载力、安全风险控制等方面进行了深入的试验和理论研究。

2.1模板支架施工期荷载研究现状

荷载是模板支撑体系极限稳定承载能力计算和进行安全控制的基础，但是目前对于这方面的研究很少。

我国目前主要采用的钢筋混凝土结构,大多采用现浇混凝土施工，主要的施工工艺是在模板支撑体系的支护下进行钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣、养护等施工。

材料、机械、人员等活荷载以及振捣、风荷载等动荷载具有极大的不确定性,施工方法也多种多样,而荷载的确定方法目前也没有统一的标准和规范,因此，施工期荷载的研究和确定具有一定难度。

欧洲很多国家在七八十年代就对模板支撑体系荷载进行过统计分析，美国洛杉矶学者Karshenas和Ayoub对美国22个采用模板支撑体系进行施工的工程项目进行了现场荷载调查和统计，统计分析了待浇筑模板在砼浇筑前和浇筑中的人员、材料、施工机械等活荷载的情况，通过分析等效均布荷载的规律，最终得到施工期活荷载的分布规律及相关参数。

在国内，西安建筑科技大学的梅源等通过对西安、上海两地近20个高层和多层工程项目的恒荷载和浇筑期活荷载两项内容进行了调查，通过在荷载调查平面上划分均等网格并将网格内活荷载平均，求得该单元的活荷载值，然后使用DH3816静态应变测试仪和LTR-1型传感器等仪器，实测模板支撑体系各施工阶段的内力值，给出了模板支撑体系施工期荷载的分布特征和取值建议.

2.1模板支架稳定承载力研究现状

在国外,很多国家对模板支撑体系的稳定性计算理论和足尺试验研究已开展

很长一段时间，积累了大量资料。

密歇根大学的Brand将通过弹性稳定理论计算的极限稳定承载力与通过模型试验得到的承载力进行比较，结果验证了取步距为计算长度的弹性屈曲理论解作为模板支撑体系的稳定承载力是合理的。

伦敦的Hindson和Home采用足尺试验研究和理论分析对模板支架的竖向承载力和水平向承载力进行了研究。

加尼福利亚大学的Oliveto和Lightfoot分别采用塑性分析及弹性屈曲分析方法对模板支架的极限稳定承载力进行计算。

在国内，很多学者也对模板支架稳定承载力进行了很多理论分析、试验研究和计算模型研究。

当前，我国工程施工中常用的模板支撑体系为扣件式钢管模板支架。

模板支撑体系的计算模型主要有：

排架模型,即把模板支架简化为上下两端铰接的多层排架，其稳定性可以简化为两端铰接的等代柱的稳定性；框架模型，借鉴框架结构计算理论，用钢结构理论中的有侧移框架模型理论对双排脚手架的稳定性进行分析，并应用于模板支撑架的分析.中国建筑工程总公司科技信息中心站副站长杜荣军还阐述了扣件式钢管模板高支撑架稳定性计算方法，从“几何不可变杆系结构"和“非几何不可变杆系结构”两个方面提出了支架稳定承载能力和稳定性的计算方法,并提出了施工搭设和使用要求。

东南大学土木工程学院教授李维滨等通过对整架试验取得的试验数据进行分析，为模板支架整体稳定承载力的计算提出了合理化建议。

西安建筑科技大学土木工程施工与管理教研室主任胡长明等结合压杆稳定理论通过现场试验和实测探讨了高大模板支撑体系的计算理论、节点的半刚性、各构造因素对支架极限稳定承载力的影响，得出了各影响因素对模板支架稳定承载力的影响关系，并提出了考虑初始缺陷的模架稳定承载力计算方法。

2。

3模板支架安全风险研究现状

模板支架坍塌事故危险性巨大,每一次事故都会造成重大伤亡，因此，对模板支架施工进行风险预测和加强风险管理，对保证支架安全和人民生命财产安全具有重要现实意义.

风险分析方法最早出现在20世纪欧美对核电厂的安全性评估中.2002年，瑞士联邦技术研究所的Faber.M.H教授对风险分析的常用方法进行了系统的阐述并将其引入土木工程中应用.

不仅国外如此，近几年来，我国很多工程项目都采用了安全风险管理，尤其

是在地铁建设方面，广州、上海、北京等地的新建地铁项目大都采用了风险管理

与评估。

早在2006年，广州地铁就建立了地铁监测信息平台和安全风险管理体系，对施工前期安全风险进行诊断评价等,有效的控制了风险的产生。

近几年来,建筑结构在施工期间的安全风险的评估研究也日益受到人们的关注.东南大学土木工程学院建筑工程系刘家彬、郭正兴提出了重视“扣件式钢管模板支架的安全性”的提议,从实际事故案例出发，并基于架体不安全因素分析的方法，系统阐述了架体设计和施工管理的要点.国内学者主要运用模糊数学理论、层次分析法等风险分析方法对模板支架的安全性进行评价。

浙江大学宁波理工学院的金伟良、袁雪霞等则将模糊数理论引入到灰关联综合评估领域,提出对模板支架施工安全性进行评价的方法,该方法运用到实际工程中能够有效的降低施工风险，显著提高施工安全水平。

河南理工大学副教授刘建民通过对我国发生的典型模板坍塌事故进行分析和总结，得出模板支架稳定性的主要影响因素，然后利用层次分析法确定各影响因素的权重值，用模糊综合评判法对模板支撑体系施工安全性进行判断。

浙江大学的金伟良、周继忠、王雪艳、景玉华等均采用类似方法对模板支架的安全状态进行了综合评判。

并采用层次分析法设计了一套扣件式钢管模板支架现场施工安全评价系统，对扣件式钢管高大模板支撑体系的施工风险进行识别,针对风险情况提出了相应的安全措施，并结合实际工程对监测方案的制定提出了合理化的建议。

第3章高支模体系坍塌事故原因剖析

模板支架坍塌事故在各类施工事故中的比例居高不下，一直是工程项目施工安全监督的重点和难点。

扣件式钢管高支模体系由于作业高度较高，施工作业人数较多，一旦发生坍塌事故，往往需要人们付出沉重的代价。

本文对近几年来的高支模坍塌事故进行总结,再次揭开人们久伤未愈的伤疤，深入分析事故的成因，用血的事实去警醒人们,总结教训，用科学的手段和谨慎的态度去建造工程，以期高支模工程不再成为伤亡的重灾区。

通过对模板支架坍塌事故进行分析，本文认为在建筑领域引发模板支架坍塌事故的环境、条件、因素和隐患长期存在，而且同类事故重复发生。

因此，模板支架坍塌事故属于多发事故，需要高度重视，深入探究事故原因和预防措施。

扣件式钢管模板支撑体系坍塌事故之所以发生，是计算理论不规范、设计方案不得当、搭设材料质量缺陷、现场搭设随意性大、支架构造因素缺陷、施工管理和监管不善等原因造成的或者综合作用的结果。

总的来讲，引起模板支架坍塌事故的原因可以归结为四个方面：

原材料缺陷原因、设计方案缺陷原因、构造因素缺陷原因、施工和管理缺陷原因。

3.1原材料缺陷

原材料是组成结构主体的基础，如果原材料质量不过关,再完美的方案和精致的施工都是徒劳的。

在导致模板支架坍塌事故的因素中,构成模板支架的钢管和扣件质量缺陷，是主导因素之一。

规范规定脚手架用钢管采用Φ48×3.0mm焊接钢管或无缝钢管,但由于目前监管缺失,钢管、扣件生产不规范，普遍存在质量问题，而由于一些地方租赁市场混乱和项目管理者把关不严，使得质量不合格的钢管、扣件等流入施工现场，致使施工现场使用的钢管和扣件普遍达不到规范要求。

另外,由于其多次周转使用，加上维护保养不到位,更加重了它们的质量缺陷和不合格程度。

这些原材料大多存在初始缺陷，例如钢管壁厚不足、锈蚀严重、钢管出现弯曲和变形、由于多次切割造成的端面严重不平整、扣件螺栓滑丝等。

这些原材料缺陷将使模板支撑体系的稳定承载能力大大降低，是造成模板坍

塌事故的重要安全隐患.因此，在当前条件下,在模板支架施工前，首先要把好原材料质量关.使用前，对原材料进行筛选,不得使用初始缺陷严重的材料，取其几何参数和力学参数的实测值进行设计计算。

3。

2设计方案缺陷

工程施工是将设计方案转化为实体的行为活动，在这个过程中设计方案是基础和根本，设计方案的重要性是不言而喻的，如果设计方案存在缺陷，施工项目质量和安全性便无从谈起。

实践也证明，设计方案存在缺陷的项目，出现安全事故的概率非常高。

设计缺陷包含三个方面：

一个方面是因为设计计算错误或未进行设计计算使得模板支架承载能力不足，在正常施工过程中，施工荷载随时都会达到支架临界荷载或变形极限，引发坍塌事故；另一个方面是在设计过程中对一些可能出现的荷载和偶然原因估计不足，造成模板支架承载能力富裕度不足，在实际施工中一旦出现过大偶然荷载,就会从局部引发，导致整个支架坍塌；第三个方面是未合理设计混凝土浇筑方案，普遍采用从一侧向另一侧推进的浇筑工艺，使得施工过程中荷载分布不均匀，产生的诱发荷载导致模板支架坍塌。

工人施工具有很大随意性,任意减少杆件数量和加大构件尺寸，将本身已经存在的设计缺陷放大，很容易引发工程事故.南京某演播中心工程模板支架坍塌事故（图3。

1）就是由于设计缺陷原因引发的，该工程的高大模板支架，没有进行方案设计，凭工人随意搭设，有的梁底搭设三排立杆，有的搭设两排，导致立杆之间受力不均，某些部位立杆步距竟超过2。

6m，这是规范不允许的,因此，其出现坍塌事故是必然的。

图3.1南京某演播中心工程模板支架坍塌事故现场

3。

3构造因素缺陷

模板支架的设计是通过承载力计算确定的，规范为提高模板支架安全程度，在模板支架搭设过程中提出了很多构造措施，比如，剪刀撑设置、连墙件设置、立杆a值（立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度）、扫地杆设置等.在当前规范不完善,计算理论不清晰的条件下，构造措施往往是保障模板支架稳定性的最后一根稻草，因此，需重视构造措施的设置，构造因素对于加强模板支架安全性具有重要作用。

北京西西工程模板支撑体系坍塌事故（见图3。

2）现场量测到立杆顶部伸出顶层水平杆中心线至支撑点长度竟达到1。

8m,悬臂端过长，很容易造成偏心受压，严重降低了立杆承载力，导致立杆伸图3.2北京西西工程模板支撑体系坍塌事故

出段失稳扭转而酿成安全事故。

3。

4施工和管理缺陷

方案是施工的基础，而施工和管理决定施工主体的质量。

方案和预案仅是设想，实际施工才是质量控制的重点和核心,施工过程中存在很多偶然性和不确定性,很多情况是预想不到的，因此，需要通过精心施工和完善管图3.3郑州富田太阳城工程中庭模板

理保障施工安全。

施工现场工人支架坍塌事故

工程理论不足，对施工技术理解不到位，管理人员交底不彻底,工人施工随意性很大，这对工程质量有较大影响.如果管理人员和监理单位把关不严,没有进行有效的质量控制和施工管理，极易造成工程事故。

要充分认识到管理的重要性，好的管理能显著提高施工质量，郑州富田太阳城工程中庭模板支架垮坍事故（图3。

3）就是由于监理单位等管理人员监管不力原因造成的。

第4章高支模体系稳定承载力影响因素分析

高大模板支撑体系施工的安全问题一直是建筑领域亟待解决的问题，因为它是施工期荷的主要载体，也是造成施工人员伤亡的主要原因。

尽管,近几年来施工技术日新月异，但并没有阻止高支模体系坍塌事故的频繁发生。

对待安全事故唯一正确的做法是进行科学的分析，提出切实有效的预防措施,避免事故的再次发生。

本文在对模板支架坍塌事故进行分析的基础上，结合现场试验，将影响模板支架稳定的因素分为三类：

原材料因素,构造因素,其它因素。

然后逐类进行统计分析和深入研究，力求从局部深入到整体,全面了解模板支架稳定性的机理。

4.1原材料因素

4.1。

1钢管壁厚

我国《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）规定：

钢管的尺寸采用Φ48×3。

5钢管.但是通过收集大量现场实测数据进行统计,发现钢管壁厚能够达到3.5mm的并不多，它们的平均值仅为2。

77mm,其截面积为393.6mm2，为标准值489mm2的80.5%，立杆抗压强度降低率为18%（见表4。

1）,与规范差距较大，不能满足要求。

然而，在进行模板支撑体系承载能力计算时通常取钢管的壁厚为3.5mm,据此计算出的承载能力往往偏大，有较大安全隐患。

因此,建议在进行模板支撑体系计算时,特别是高支模体系方案设计计算时取实测平均值进行计算，即取2.77mm。

规格/mm

Φ48×3.0

Φ48×2.8

Φ48×2。

5

Φ48×2.2

截面面积/mm2

424

398

357

317

强度降低率

13％

18%

27％

35％

表4。

1钢管壁厚与立杆抗压强度的关系

4.1。

2钢管直径

钢管直径是材料几何参数，对高支模体系稳定承载能力具有直接影响。

规范规定钢管直径为48mm，通过收集大量现场实测数据进行统计，发现钢管的直径大部分均达到了48mm的规范值，实测钢管直径平均值为48.121mm，比规范值稍大,主要是由于现场使用的钢管均涂有油漆和有不同程度的锈蚀，且多次周转使用过的钢管经常还覆盖有混凝土，使得钢管直径增加。

有关施工用钢管的国家标准规定：

外径为10mm～48mm的钢管的允许偏差为0。

5mm。

因此,现场使用钢管直径符合规范要求，在实际计算中取钢管直径为48mm是安全可靠的。

4.2构造因素

4.2。

1扣件螺栓拧紧力矩

扣件是连接横杆与立杆，立杆与立杆，以及斜杆与横杆、立杆的构件,扣件螺栓拧紧力矩直接关系到高大模板支撑体系的刚性程度,对模板支架的稳定承载力具有很大影响。

我国《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）第7.3。

10条规定，扣件螺栓拧紧力矩不应小于40N·m，且不应大于65N·m.经大量实践调查表明，扣件拧紧力矩均值为24N·m，且有相当一部分力矩值在10N·m以下。

经过分析得知原因主要是工人在现场搭设脚手架时，对于扣件的拧紧程度没有严格的标准，一般用没有力矩显示的扳手进行拧紧，没有明确的指示，随意性非常大，导致扣件螺栓拧紧力矩达不到规范要求.特别在冬季，由于天气及工人体力原因，工人很难将扣件拧紧.另外,经过多次重复使用的扣件螺栓、螺母锈蚀严重,存在一定程度的削弱和拧不紧的问题。

通过对比试验表明，拧紧扭力矩30N·m的模板支架承载力比50N·m约降低20％左右，而JGJ130规范制订时所做试验使用的都是足尺寸的标准扣件和钢管，拧紧力矩为50N·m。

用扣件严格拧紧的模板支架试验得出的计算公式去计算拧紧力矩为24N·m的模板支架，对稳定承载能力的降低值很大。

天津大学陆征然由有限元分析结果得到，扣件的扭转刚度与扣件螺栓的拧紧力矩有关，拧紧程度越大,则扣件表现出的刚性越强，其承载能力也就越高。

因此，加强施工过程管理，实施全过程监控,施工单位和监理单位应把高大模板支撑体系扣件拧紧程度列入验收范围，对扣件拧紧程度进行抽检（抽检数量不得少于20个）,进行施工质量控制。

另外，在建模计算稳定承载能力时对于立杆与横杆的节点的弹簧刚度值的选定进行修正，取40N·m的规范值,存在一定安全隐患.在实际计算中建议修改为24N·m作为扣件的转动刚度,在模板支架搭设过程中，要求采用扣件扳手对扣件拧紧，保证扣件拧紧力矩在40~65N·m。

4.2。

2立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度

立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度，即立杆悬臂端,我国规范并没有给出明确规定，但是在《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）5.6.2条规定模板支架立杆的计算长度采用公式L=h+2a计算，为确保安全，立杆按悬臂端进行计算。

如果立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度过大，在力的作用下，变形增大,产生附加弯矩，对模板支架的稳定承载力影响很大，因此有必要进行深入分析。

在现场实测中发现，立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度与模板支架搭设高度和结构主梁高度有关。

在支架搭设至顶端时,由于有时剩余高度不足一步,为了省时省力，施工人员往往不再继续搭设，而是将立杆顶端直接支撑在支撑点上，不另外加设横杆，造成立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度偏大。

另外,由于主梁高度较大，为满足主梁的支撑，往往在梁底加设横杆，至于板底立杆就不再加设横杆,造成立杆超出顶层水平杆中心线至支撑点的长度偏大。

4。

2.4斜杆及剪刀撑搭设

在对高支模体系施工现场实地调查中发现，对于横向和纵向竖向剪刀撑，都能按规范要求从顶端到底部进行连续设置，但是只有一个工地搭设了水平剪刀撑，仅搭设了一层且搭设非常随意。

对于剪刀撑的搭设,施工人员往往忽视水平剪刀撑的搭设，认为搭设了竖向剪刀撑对于支撑模板施工已经绰绰有余，实践证明这种认识是错误的。

由于扣件的约束能力较弱，很难达到刚性连接的要求，扣件的拧紧程度与施工人员的素质息息相关,目前工人素质参差不齐，有待提高。

实际测量结果证明扣件的拧紧力矩平均值仅为24N·m，为半刚性连接，这使得剪刀撑成为加强扣件式钢管模板支架刚度的极为重要的保障。

因此，要重视剪刀撑的搭设,把剪刀撑的设置要求和设置数量做出规范，并将规范具体化，以利于执行。

在搭设模板支架时，要在架体沿外侧周边及内部纵、横向每隔5m～8m（一般为4跨），设置由底至顶的连续竖向剪刀撑，在模板支架顶部和底部设扫地杆处,以及竖向剪刀撑顶部交点处平面设置连续水平剪刀撑，一般每隔4~6米设置一道,且水平剪刀撑距架体底面或相邻两层水平剪刀撑的间距不得超过8米。

4。

2.3顶托工作长度

我国《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008