可变荷载管理对危大模架工程的影响分析

目前模架工程设计计算依据的GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》（以下简称《荷载规范》）及国家、行业规范中的荷载组合计算方法，均出自GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》（以下简称《可靠性标准》）。由于2018版《建筑结构可靠性设计统一标准》已于2019年4月1日起实施，其中荷载组合计算方法变化较大，而模架设计相关规范暂未改版，因此本文设定算例，对比荷载组合计算方式的变化引起的危大管理范围变化。

1??计算工况    

本算例中架体高度不超过4?m，以工程中常见的大截面梁、厚板作为研究对象。

（1）梁、板模板及支架自重标准值       G       ₁       ：       按JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》取值为0.75??kN/m3。    

（2）钢筋混凝土自重标准值       G       ₂       ：       按JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》梁取25.5?kN/m3，板取值为25.1?kN/m3。    

（3）施工荷载标准值       Q       ₁       ：       按GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》，有水平泵管设置的混凝土结构模板支撑脚手架施工荷载标准值取4?kN/m3。    

（4）振捣混凝土时产生的荷载标准值       Q       ₂       ：       按JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》取2?kN/m3。    

（5）风荷载标准值       Q       ₂ ：按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》基本风压取0.25，风荷载高度变化系数取1.23；GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》中按多榀桁架取风荷载体型系数0.6；按JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录A.0.5取挡风系数0.132，算得风荷载标准值为0.02?kN/m3。

（6）组合值系数       φ       _cj       ：       按JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》取0.7。    

（7）荷载控制值       S       _w       ：       按《住房城乡建设部办公厅关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》施工总荷载（设计值）取15?kN/m3及以上，集中线荷载（设计值）取20?kN/m。    

（8）年限调整系数       γ       _L       ：       按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，使用年限按5年考虑，年限调整系数取0.9。    

2??荷载组合计算    

2.1??梁模架

2.1.1??现行规范要求

当前模架计算依据的GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》、GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，以及不同架体种类的行业标准中，对在荷载分项系数上的规定一致，即：

（1）当由可变荷载控制的组合，永久荷载分项系数       γ       _G       取1.2；    

（2）当由永久荷载控制的组合，永久荷载分项系数       γ       _G       取1.35；    

（3）可变荷载分项系数       γ       _G       取1.4。    

2.1.2??荷载效应设计值对比计算分析

从长期计算结果看，混凝土梁的模架荷载组合最不利情况为永久荷载控制。故本文不做最不利效应设计值判定。

（1）现行GB 50009—2012《建筑结构荷载规       范》，由永久荷载控制的效应设计值按下式计算：    

    （1）  

（2）现行GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》，基本组合效应设计值按（式2）计算：

     （ 2）

上述两式中，计算公式变化不大，而可变荷载和永久荷载分项系数发生了变化，见表1。

表1??两规范有关梁模板的系数取值变化对比

2.1.3??经计算得出结论如下。

（1）由永久荷载控制的同一个构件，若按照现行《可靠性标准》计算，其荷载效应设计值略比《荷载规范》大，以1?250?mm×400?mm的梁为例，增大幅度约为0.8%，基本可以视为未发生变化。

（2）考虑到实际计算过程中存在面荷载与线荷载的转换，所以梁宽也是主要变量。规律上来看，相同截面积的梁，梁宽度大的荷载组合效应设计值也大。

2.2??板模架

从荷载效应控制情况进行分析，现行模架规范中荷载分项系数同前文，不再赘述。从长期计算结果看，混凝土楼板的模架荷载组合最不利情况为可变荷载控制。

现行《可靠性标准》中的基本组合效应设计值计算公式与现行《荷载规范》中由可变荷载控制的效应设计值计算公式一致，均按下式计算：

    （3）

但两规范中，可变荷载和永久荷载分项系数发生了变化，其对比见表2。

表2??两规范中有关楼板模板系数的变化对比

由表2可看出，当采用《可靠性标准》计算常规楼板支撑体系荷载效应设计值时，永久荷载分项系数和可变荷载分项系数均有增大，故计算结果必然增大。

在前述工况下，对照《住房城乡建设部办公厅关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》附件二中“施工总荷载15?kN/m2”的标准，经计算达到超危大模架工程的板厚由251?mm降至215?mm，故由可变荷载控制的效应，采用现行《可靠性标准》计算，其设计值大幅增大，需采取的设计措施和构造措施均应提高，即管理要求须更加严格，管理范围更大，常见的地下室楼板均需编制安全专项施工方案并组织专家论证。

3??模架风险点分析    

3.1??规范对可变荷载的控制加严

从规范规定的字面意义看，梁模板的可变荷载分项系数增大；板模板（可变荷载控制的效应）的可变荷载分项系数和永久荷载分项系数也均有增大，但无论在何种情况下可变荷载分项系数均有增大。

联系GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》条文说明8.2.9中“可靠度设置水平越高风险水平就越低，相应的一次投资的经济代价也越高”，反映在模架工程之中，此次变化可理解为为降低可变荷载带来的不利因素，而在模架计算上增加了保证率。

3.2??设计构造缺陷

根据实践和公开报道的模架坍塌事故情况发现模架设计的不足如下。

（1）未对大截面混凝土构件支撑条件进行分       析，例如由于主体结构的层高、柱距、结构形式等原因，架体设计连墙措施与现场实际情况不符，导致抱柱措施缺失，无法与竖向构件连接时未考虑抛撑等补强措施；       转角、孔洞、楼梯间等部位未进行针对性设计；       边梁设计简单套用普通梁等。    

（2）模架设计与现场施工脱节，例如设计工况未考虑工程实际情况（如使用布料机）；架体基础不平牢固或架体基础不在同一标高时，两侧架体的连接措施不足；当大截面梁的宽较小时梁底立杆间距过小，不便于施工等。

（3）设计架体时未充分考虑实际使用材料的性能，例如仅考虑架体支撑稳定，而未考虑主次龙骨和模板的承载能力；对市场上的架体材料存在大量非标材料，钢管壁厚不足、卡扣重量不达标等，设计计算时未做相应折减。

（4）架体设计未按规范考虑构造措施，例如架体顶部未缩小步距；剪刀撑布置不合理，例如模架短方向的竖向剪刀撑布置不足，架体顶部的未布置水平剪刀撑等。

3.3??不按方案施工，管理不到位

分析模架事故报告可知，施工中存在的管理问题如下。

（1）未遵循先低跨后高跨，先普通后危大的浇筑顺序；竖向和水平构件未分开浇筑，连系墙、抱柱措施缺失；布料过于集中，例如使用两条泵管对同一跨楼板进行浇筑；振捣部位集中，长时间触碰模板，产生的大量额外荷载等。

（2）架体加固未完善即开始浇筑；泵管未与模板脱开，造成架体增加了额外的动荷载；泵管从架体下部立杆之间穿过碰撞架体；未安排专人看模，未能发现浇筑过程中的异响和晃动等。

（3）架体材料不符合方案要求；进场检验不严格，材料存在缺陷；钢脚手架与竹木脚手架混合搭设。

（4）架体拆除时未遵循“先支后拆，后支先拆”的原则。

4??管理建议    

我国建设工程体量巨大，模架施工工艺成熟，各级主管部门也已出台了大量的模架工程管理文件，各责任主体的管理责任越来越重，多数施工企业能高度重视模架安全管理，主管部门也将模架方案编审和实施作为重点检查项。

上海市已强制要求推广盘扣脚手架，各地根据自身发展情况必然逐步跟进，不合格材料的影响将会逐步减小，但每年仍不能杜绝模架坍塌事故，且多发生在小型或结构简单的工程上，说明个别项目管理还存在薄弱点，特别是对有关人员不安全行为的管理还很不到位。

大量“人的不安全行为”会转化为施工可变荷载，毕竟建筑施工还是劳动密集型行业，架体使用工况与设计工况之间偏差较大，特别严重时将会导致安全事故。

为削弱“人的不安全行为”带来的不利影响，强化架体设计虽可降低安全事故的发生率，但过度提高架体安全的保证率也会增加施工成本，与绿色施工理念不符。

本文根据工程管理经验，提出以下模架安全管理意见。

一是应按照《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》，落实参建各方主体责任；对施工作业人员加强安全警示教育，特别是用以往案例教育。

二是政府部门应加强架体材料的质量管控，引入退出机制；由于工具式脚手架构配件质量保证率高，架体结构清晰，管理部门应出台相关措施大力推广。

三是施工单位和监理单位应尽量避免采用竖向构件和水平构件一体浇筑的施工方法，完善架体构造措施。

四是应提高从业人员的专业素质，架体设计要兼顾可靠性和经济性；审核、论证过程中应结合工程设计特点；施工中严格执行旁站制度，制止违章操作。

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