關(guān)于超危模板支撐工程簡易判斷與計(jì)算的探討

黃躍明

(福建新時(shí)代項(xiàng)目管理有限公司 福建泉州 362000)

1 概述

在項(xiàng)目管理理論與技術(shù)長足發(fā)展的今天，作為項(xiàng)目管理內(nèi)容之一的安全管理卻找不到提升的有力支點(diǎn)。安全管理是一門綜合性的系統(tǒng)科學(xué)，安全數(shù)據(jù)分析與計(jì)算逐漸成為管理者的必備技能。從住建部辦公廳近日印發(fā)的《關(guān)于2018年房屋市政工程生產(chǎn)安全事故和建筑施工安全專項(xiàng)治理行動(dòng)情況的通報(bào)》數(shù)據(jù)可以得出圖1及推論：坍塌事故一旦發(fā)生，基本都是較大及以上事故，且占較大及以上事故的45%。坍塌事故中主要類型是模板支撐失穩(wěn)破壞造成的坍塌。那么，模板支撐超危工程是怎么定義的呢？

圖1 2018年較大及以上事故類型統(tǒng)計(jì)

2018年3月8日，住建部發(fā)布《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》，再次把現(xiàn)澆混凝土超限模板支撐工程列入“危大工程”，并明確“超?！狈秶捍钤O(shè)高度8m及以上；搭設(shè)跨度18m及以上；施工總荷載(設(shè)計(jì)值)15kN/m2及以上；集中線荷載(設(shè)計(jì)值)20kN/m2及以上；并且在第十條、第十二條規(guī)定施工單位應(yīng)當(dāng)在危大工程施工前編制施工方案，對(duì)于超危工程應(yīng)當(dāng)組織召開專家論證。所以技術(shù)人員在施工前就得熟悉圖紙進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)，判斷出“危大工程”“超危工程”，并按照《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》編制方案、論證、修改、報(bào)審、實(shí)施、消除危險(xiǎn)源。

如何根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙快速判斷模板支撐工程是否屬于“超危工程”，困擾了很多現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員?；诖?，本文將從超危模板支撐工程簡易判斷與計(jì)算注意事項(xiàng)進(jìn)行探討。

2 超危模板支架工程簡易判斷

“搭設(shè)高度”“搭設(shè)跨度”“高度大于支撐水平投影寬度”，3個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)比較好理解，從設(shè)計(jì)文件上即可進(jìn)行判斷。而施工總荷載和集中線荷載是指荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值(承載力驗(yàn)算應(yīng)采用荷載基本組合，變形驗(yàn)算應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合)，設(shè)計(jì)文件中梁板的尺寸非常多，如何才能快速判斷超危模板工程是個(gè)難題，是否可以從梁、板設(shè)計(jì)尺寸等因素進(jìn)行直接判斷呢？

2.1 梁模板支撐如何簡易判斷超危

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009)規(guī)定：在支撐腳手架荷載的基本組合中，應(yīng)有永久荷載控制的組合項(xiàng)，而且當(dāng)永久荷載值較大的情況下(永久荷載效應(yīng)/可變荷載效應(yīng)≥2.8時(shí))，應(yīng)按永久荷載控制組合進(jìn)行荷載組合及選取對(duì)應(yīng)的荷載分項(xiàng)系數(shù)(1.35/1.4)，模板支撐超危工程滿足這種情況。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[1](GB50666-2011)模板及支架的荷載基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值，可按下式計(jì)算：

式中：

SGik——第i個(gè)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)值；

SQjk——第j個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)值；

a——模板及支架的類型系數(shù)；對(duì)側(cè)面模板，取0.9；對(duì)地面模板及其支架，取1.0；

ψcj——第j個(gè)可變荷載的組合系數(shù)，宜取ψcj≥0.9。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[1](GB50666-2011)附錄A表4.3.8，模板自重(G1)的標(biāo)準(zhǔn)值取0.3kN/m2;新澆筑混凝土自重(G2)的標(biāo)準(zhǔn)值γc可取24kN/m3；鋼筋自重(G3)的標(biāo)準(zhǔn)值樓板的鋼筋自重可取1.1kN/m3，梁的鋼筋自重可取1.5kN/m3;施工人員及施工設(shè)備產(chǎn)生的荷載(Q1)的標(biāo)準(zhǔn)值取最小值2.5kN/m2。假設(shè)梁截面尺寸為B×H,則判斷超危的集中線荷載需滿足：

q=1.35×((24+1.5)×B×H+0.3×(B+H×2))+1.4×2.5×B≥20kN/m?？赏茖?dǎo)出表1。

從表1可以看出，梁截面面積≥0.5m2時(shí)，與集中線荷載超危判斷值保持相對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)梁寬大于梁高時(shí)，截面面積呈輕微下降趨勢(shì)。因在實(shí)際工程中，梁寬一般小于梁高，所以可推斷出以梁截面面積≥0.5m2作為判斷梁模板支撐工程是否屬于超危工程的初步判斷，然后再通過計(jì)算確認(rèn)。

表1 集中線荷載值推算表

2.2 樓板模板支撐如何簡易判斷超危(計(jì)算公式與板厚有關(guān))

當(dāng)前，混凝土均采用泵送和簡易布料機(jī)進(jìn)行作業(yè)，施工人員及施工設(shè)備產(chǎn)生的荷載(Q1)的標(biāo)準(zhǔn)值取最小值4.0kN/m2，假設(shè)板厚為H，則判斷超危的施工總荷載需滿足：

施工總荷載=E=1.35×((24+1.1)×H×0.001+0.3)+1.4×4≥15kN/m2。

可得H≥265mm(取整)，也就是當(dāng)板厚度≥265mm時(shí)，均可判斷屬于超危模板支撐工程。

2.3 結(jié)論

(1)梁模板及其支撐“超?！迸袛鄻?biāo)準(zhǔn)：B×H≥0.5m2(當(dāng)B

(2)樓板模板及其支撐“超?！迸袛鄻?biāo)準(zhǔn)：H≥265mm(當(dāng)采用布料機(jī)時(shí))。

3 超危模板支撐工程計(jì)算依據(jù)選擇的探討

完成超危模板支撐工程的初步判斷后，就得進(jìn)行超危模板支撐工程的方案計(jì)算與驗(yàn)算。涉及模板支撐工程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有：

《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB51210-2016)[2]；《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB50666-2011)；《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ130-2011)[3]；《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ162-2008)[4]。那么在支撐立桿承載力計(jì)算及立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)如何選擇依據(jù)呢？

3.1 荷載取用及組合的計(jì)算依據(jù)選擇

表2分析了各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的適用性。

表2 各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的適用性分析表

從表2分析可以得出：建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是制定各類腳手架支撐架相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵守的基本準(zhǔn)則，不能作為計(jì)算依據(jù)。建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定：滿堂支撐架用于混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，荷載組合與荷載設(shè)計(jì)值應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。而《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》參與模板及其支架荷載效應(yīng)組合的各項(xiàng)荷載規(guī)定是廢止條文。因此，超危模板支撐工程的荷載取用及組合的計(jì)算依據(jù)，應(yīng)選擇《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB50666-2011)比較合適。

3.2 關(guān)于結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0的選擇

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》(GB50666-2011)在極限承載力驗(yàn)算時(shí)，首次引入結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0，區(qū)分了“重要”和“一般”模板及支架的設(shè)計(jì)要求(重要γ0≥1，一般γ0≥0.9)，其中“重要的模板及支架”包括高大模板支架，跨度較大、承載較大或體型復(fù)雜的模板及支架等。

在《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB51210-2016)中引入支撐架的安全等級(jí)，當(dāng)搭設(shè)高度>8m或荷載標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到超危模板支撐架標(biāo)準(zhǔn)，即為1級(jí)安全等級(jí)，其承載力驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1。

根據(jù)《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：支撐腳手架的綜合安全系數(shù)指標(biāo)β≥2.2(相當(dāng)于保險(xiǎn)倍數(shù))。當(dāng)采用施工規(guī)范“重要γ0≥1”計(jì)算綜合安全系數(shù)指標(biāo)為β≥2.38>2.2，滿足要求；當(dāng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)“1級(jí)重要性系數(shù)γ0=1.1”計(jì)算綜合安全系數(shù)指標(biāo)為β=2.62>2.2，滿足要求。

雖然統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)在1.0.2條文解釋中表明僅作為基本變量的取值原則，不作為取值、參數(shù)確定的依據(jù)，但綜合安全系數(shù)指標(biāo)越大，說明結(jié)構(gòu)越可靠，對(duì)于超危數(shù)值較大的模板支撐工程，重要性系數(shù)γ0取1.1比較合適。

3.3 關(guān)于立桿穩(wěn)定性計(jì)算依據(jù)選擇

在《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》規(guī)定：架體立桿穩(wěn)定性僅驗(yàn)算容許長細(xì)比(受壓立桿180)，查表得標(biāo)準(zhǔn)鋼管的慣性矩為12.71cm4，計(jì)算得出的立桿容許步距達(dá)2287mm(遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于超危模板支撐立桿步距不得大于1500 mm的規(guī)定)。因此，立桿穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)選擇JGJ162-2008或JGJ130-2011作為計(jì)算依據(jù)。

當(dāng)立桿承載力(軸向力設(shè)計(jì)值)和立桿材料及截面均不變時(shí)，立桿穩(wěn)定性與穩(wěn)定系數(shù)φ成正比(N/φA≦f)，穩(wěn)定系數(shù)通過長細(xì)比查表獲取，長細(xì)比(λ=l0/I)越大，穩(wěn)定系數(shù)呈非線性減少，所以穩(wěn)定性計(jì)算的決定因素是立桿的計(jì)算長度(即l0立桿步距)，步距越小越穩(wěn)定性可靠。下文分別按照兩個(gè)規(guī)范分別計(jì)算分析其可靠性。

(1)JGJ130-2011規(guī)范第5.4.6條規(guī)定立桿的計(jì)算長度按頂部立桿段和非頂部立桿段分別計(jì)算，取整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果最不利值(a為頂部懸臂長度)：

頂部立桿段：l0=kμ1(h+2a)；非頂部立桿段：l0=kμ2h。

(2)JGJ162-2008規(guī)范5.2.5條：立桿的計(jì)算長度取最大步距(即l0=h)。

假設(shè)超危模板支架(剪刀撐設(shè)置普通型)的高寬比<2，架體立桿間距1m，步距1.5m，懸臂長度0.5m。則驗(yàn)算長細(xì)比時(shí)前者(JGJ130)的計(jì)算長度為3.1m，后者(JGJ162)為1.5m，兩者差距為2倍，也就是同一根立桿用JGJ162-2008規(guī)范計(jì)算的承載力是用JGJ130-2011規(guī)范計(jì)算的2倍，為保證超危模板支撐工程的安全可靠，建議穩(wěn)定性驗(yàn)算采用JGJ130-2011規(guī)范作為計(jì)算依據(jù)。

4 結(jié)語

4個(gè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不僅在適用性存在差異，在立桿承載力荷載基本組合及取值計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算之間的差異較明顯，站在超危工程的安全可靠性的角度以及考慮材料性能及工藝水平偏差，立桿承載力計(jì)算采用《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》，穩(wěn)定性驗(yàn)算采用《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》還是相對(duì)可靠的。

本文針對(duì)超危模板工程計(jì)算與驗(yàn)算過程中總結(jié)的一些看法，對(duì)于使用哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更切合實(shí)際(經(jīng)濟(jì)適用)更安全的問題，歡迎大家討論。