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让基础理论“支牢”模架 国标《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》

让基础理论“支牢”模架 国标《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》

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【摘要】:
前年,北京西西工程4号地块因模板坍塌导致8人死亡;去年四月,大连又因模板坍塌致使6人丧命。

  前年,北京西西工程4号地块因模板坍塌导致8人死亡;去年四月,大连又因模板坍塌致使6人丧命。模架支撑事故成为老大难问题,并引起国家重视。模架事故不只是某一企业或某一责任人的问题,是建筑工作者刻不容缓需深思的问题。分析模架事故也不能眉毛胡子一把抓,否则会把我们的视线转移到枝节问题上而忽视事故的真正“元凶”,并忽略对要害问题的控制。比如目前市场上供应的钢管几乎都小于标准,误差可达10%以上;扣件情况可能更差。新华社发表了《三个红头文件管不住一个杀人的扣件》的评论,其实钢管扣件不达标是我们看得见的,容易把握到的,而钢管扣件引起的误差或许只有百分之几十,理论上的失误将可能带来更严重的失误,这点更值得人们关注。笔者以为,极易被人们忽视的理论上的误差才是模架坍塌事故的“元凶”。

 

  “理论环境”污染严重

 

  国标《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)的颁布耗时18年,国标中兼顾了模板支架计算理论与构造方法。在此以前的二十多年中有关扣件钢管的应用计算理论可谓百花齐放:许多学者按照自己的理解提出了不同的计算理论与方法,这也为日后国标统一计算理论带来极大的困难,国标编制过程中多次激烈的论战拖延了国标的颁布的时间和主笔的精力。在国标颁布后,有的同志编著的《建筑施工计算手册》没按新规范内容进行调整,却声称“本手册全部按国家新颁布规范、标准编写”,由此带来的一些差误必然造成风险。此外,国标JGJ130-2001中也存在疏忽。国标《建筑扣件式钢管脚手架安全技术规范》在为脚手架制定规范之外又兼为模板支架作出规定,虽然涉及的相关条款仅有五条(模板支架计算三条、构造二条),但在计算上仍起到了标准控制作用,在构造的规定也有定量的控制。模架构造措施是保证计算理论和安全的重要手段,遗憾的是规范未采取强制性执行条款的规定。另一方面文字叙述中关键词语的疏漏,给模架安全构成威胁。

 

  从地方规程到未来模架构造方向

 

  上海市在全国率先编制了《钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程》(DG/TJ08-016-2004):该规程原则上与国标JGJ130-2001相似(计算理论与构造方法);并提出“诱发荷载”、“安全荷载”以及“安装偏差荷载”几个重要的词语。这几个词汇的出现不是偶然的:英国曾尝过诱发荷载的苦果;日本人也曾因莫明其妙的力使模板坍塌过,只得加上2.5%水平向的安全荷载。因此这两种附加荷载将成为未来模架计算理论研究的重要议题,至于如何取值还可以再进一步商讨。上海规程在总则中明确表明:“除应遵守本规程外,还应遵守其他相关的现行国家和上海市的标准和规定。”上海规程对各种剪刀撑没有具体量化,未能对国标中的疏漏有所察觉。上海规程还提供在侧向力(风力、1%搭设误差荷载及2.5%安全荷载)作用下立杆中所产生的应力的计算例题,可惜还是存在一些笔误。

 

  动力冲击与诱发荷载问题是模架设计中值得关注的重要问题。所有的结构破坏过程无不是动力学过程,但目前世界上结构工程师乃至结构规范都基于静力学计算为主,动力冲击效应充其量以动载系数加以弥补。由于结构工程师对动力学生疏乃致对动力冲击效应估价不足。动力冲击效应往往高达数十倍数百倍的静力效应。比如我们利用不足十公斤的锤子就可轻松切断一根可承受十几吨剪力的的圆钢。在施工实践中我们也吃尽了多种多样动力冲击的苦头。模板支架按上述构造严谨要求之外还应考虑施工过程中的动力伤害,如混凝土的垂直溅落与布料机或布料管的水平震动都是值得关心的重要议题。这里要特别提防由某一杆失稳而诱发相邻杆件应力迅速上升由一点溃及全局,虽然这一过程仅有几秒钟。为此在安全策略上要加固顶层:无论在水平向或垂直向,更要避免将软弱的接头安置在顶部直接承受动力冲击(深埋下部可分散对杆件接头冲击)。

 

  上海规程中2.5%水平安全荷载实际上是从静力学的角度来解决难以定量的水平冲击荷载,但其取值还有待讨论。水平冲击荷载是外来能量,不一定与板重直接挂钩——取决于实际情况,这也必需依靠实际的试验,这一问题是我国模架乃至各国都应关注和不可回避的问题。上海规程中还规定1%搭设误差水平荷载,这一数字在基于模架搭设满足搭设质量时可减小到3‰,因为在规程中要求立杆垂直度≤3‰,从统计规律来看偏差不可能是单向的,取值是安全的。

 

  至于风荷载的计算问题,在结构计算中不必过分关注,人们不会在风的极值下进行施工(几十年一遇的大风理论计算值),因此也没必要和施工荷载进行组合;另一方面如果我们已考虑2.5%水平安全荷载一般情况下是大于风的作用,而两者又不在同时发生,所以不必考虑风载的计算,特殊情况另作别论。

 

  在未来模架构造方向方面,应该注意国标或地方规程中模架计算理论带有模糊性乃至构造上的不太严谨的问题。编制中的《碗扣式钢管脚手架安全技术规范》试图构筑架体为几何不变体系来改变目前的状态,但也存在不少值得研究和进一步完善问题。即使在模架设计时用语很正确,模架立体构造很难设想仅以语言能表达得十分精准,如果不充分运用图纸(平、立、剖面图乃至轴侧投影),也有可能酿成事故:规范编制时就应将图作为主要的工程语言。

 

  模板支架事故是可控的,这需要我们认真细致研究模架理论与构造方法和客观事实。当前,在发展与改革的过程中存在的因经济利益而忽视基础理论研究的现象亟待关注,该行业应以基础理论研究“支牢”模架,谨防模板坍塌悲剧重演。熊耀莹