摘要：腳手架作為建筑施工中提供工人工作臺(tái)以及擺放建材和設(shè)備的平臺(tái)，對(duì)施工安全有著特別重要的意義。本文通過(guò)三例腳手架事故的調(diào)查報(bào)告以及國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，總結(jié)了腳手架事故發(fā)生的原因。本文中列出這些導(dǎo)致事故的因素，提出了相應(yīng)的措施。并且對(duì)國(guó)外的規(guī)范和最新的研究成果做了回顧，結(jié)合國(guó)內(nèi)的情況，提出了一些建設(shè)性的建議。

關(guān)鍵詞：腳手架，施工安全，施工事故，結(jié)構(gòu)分析

一 引言

腳手架作為臨時(shí)建筑廣泛的應(yīng)用在各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)提供工人的工作通道和平臺(tái)，同時(shí)堆放建筑材料和設(shè)備。很多具有不同的結(jié)構(gòu)形式，不同的構(gòu)件材料，以及不同規(guī)模的腳手架被廣泛運(yùn)用在各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)上，如圖1所示。

由于腳手架作為臨時(shí)建筑來(lái)使用，保證它的安全性非常重要，同時(shí)也比較困難。每年非常多的腳手架事故發(fā)生，其中的一些導(dǎo)致了嚴(yán)重的損失。例如1998年在美國(guó)紐約的時(shí)代廣場(chǎng)發(fā)生的腳手架倒塌事故，還有1978年在美國(guó)的西弗吉尼亞一個(gè)冷卻塔的工地上發(fā)生的腳手架倒塌事故，在后面的事故中，51人死亡 [5][6]。國(guó)內(nèi)也時(shí)有很多的腳手架的倒塌事故的報(bào)道[10]。

為了防止這樣的事故發(fā)生，首先要從這些事故中提取事故的原因，提出相應(yīng)的措施，并且在以后的施工中汲取這些方面的教訓(xùn)。

a）珠海的一個(gè)腳手架工程

b） 中國(guó)香港的一個(gè)腳手架工程

圖1： 典型腳手架工程實(shí)例

本文首先研究了幾起嚴(yán)重腳手架倒塌事故調(diào)查報(bào)告，收集了很多國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，從這些材料中總結(jié)了腳手架倒塌事故的原因，然后提出了應(yīng)對(duì)的措施，并且結(jié)合國(guó)外的規(guī)范和研究成果以及國(guó)內(nèi)的情況，對(duì)提高國(guó)內(nèi)腳手架施工安全提出了一些指導(dǎo)性的意見(jiàn)。

二 案例分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

這里首先分析了幾個(gè)嚴(yán)重的腳手架倒塌案例，一些現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查材料也在這里列出來(lái)。

1. 案例1

Glenn P. Rentschler 等人 （2000） 調(diào)查了美國(guó)紐約市1998年發(fā)生的一起腳手架倒塌事故，如圖2所示。

圖2，坍塌現(xiàn)場(chǎng)照片

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在21層和22層有一些側(cè)向支撐構(gòu)件遺失。這些構(gòu)件施工初期本來(lái)是有安裝的，可是由于工人認(rèn)識(shí)不足，施工中錯(cuò)誤操作將其拆除，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)側(cè)向支撐不足，屈曲承載能力下降，最后導(dǎo)致提前失穩(wěn)坍塌。另一方面，從有限元分析來(lái)看，框架連接的剛度也非常大的影響了結(jié)構(gòu)的屈曲承載能力。結(jié)構(gòu)的屈曲承載能力系數(shù)從2.07 （剛接節(jié)點(diǎn)假設(shè)）減少到1.22（半剛性節(jié)點(diǎn)假設(shè)）。可以看出，如果不是側(cè)向約束不足，即使剛性假設(shè)不符實(shí)際，結(jié)構(gòu)已有足夠的安全空間。所以從整個(gè)的調(diào)查來(lái)看，導(dǎo)致腳手架倒塌的原因是由于21層22層側(cè)向X型支撐的不足[6]。

2. 案例2

Emmaunel E. Velivasakis 等人（1997）調(diào)查了美國(guó)西弗吉尼亞的一個(gè)冷卻塔的腳手架倒塌事故，如圖3所示。這個(gè)倒塌事故導(dǎo)致了嚴(yán)重的損失， 51人在本次事故中死亡。

圖3，西弗吉尼亞的腳手架倒塌事故現(xiàn)場(chǎng)的瓦礫

這個(gè)調(diào)查報(bào)告的結(jié)論是由于工人施工的時(shí)候不正確的施工順序，在沒(méi)有拆卸承重構(gòu)件之前，錯(cuò)誤的提前拆卸了錨固的受力構(gòu)件，從而導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的坍塌。

在這個(gè)報(bào)告提交之前，曾經(jīng)有幾份報(bào)告的結(jié)論說(shuō)這個(gè)腳手架新穎的結(jié)構(gòu)方案不合理，而且結(jié)構(gòu)方案的缺陷是導(dǎo)致腳手架坍塌的關(guān)鍵原因。這篇報(bào)告批駁了這個(gè)看法，強(qiáng)調(diào)事故的原因在于工人缺乏專業(yè)意識(shí)的操作和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，而不是這個(gè)結(jié)構(gòu)體系的缺陷[5]。

3. 案例3

熊輝（1999）調(diào)查了1998年8月中國(guó)的一個(gè)火電廠鍋爐配套工程安裝中發(fā)生的腳手架事故。在這起事故中，腳手架坍塌，一個(gè)工人從37米的高處掉下來(lái)，當(dāng)場(chǎng)身亡[10]。

報(bào)告分析事故的原因有三個(gè)。首先是扣件質(zhì)量問(wèn)題，從現(xiàn)場(chǎng)取樣的扣件發(fā)現(xiàn)一些扣件存在長(zhǎng)短不一的裂紋，而且更讓人擔(dān)心的是這些扣件都被重新上了油漆，掩飾了扣件的質(zhì)量問(wèn)題。如果不是用專業(yè)設(shè)備，根本無(wú)法用肉眼發(fā)現(xiàn)裂紋，為工程質(zhì)量帶來(lái)了隱患。

其次是不合理，不完整的結(jié)構(gòu)。本來(lái)每個(gè)構(gòu)件應(yīng)該是兩頭都有搭接，這樣的構(gòu)件形成簡(jiǎn)支梁，和構(gòu)件本身的設(shè)計(jì)用途一致，可是在本工程中，很多構(gòu)件只在一頭搭接，這樣就成為了懸臂梁。構(gòu)件承受過(guò)大的彎矩，也導(dǎo)致扣件承受非常大的彎矩，而搭接的扣件本來(lái)是不作承受彎矩用途的，所以這也成為導(dǎo)致腳手架的坍塌因素之一。

還有就是工人不合理的個(gè)人保護(hù)，應(yīng)該是要系安全帶上現(xiàn)場(chǎng)的，可是當(dāng)時(shí)沒(méi)有系，導(dǎo)致發(fā)生事故的時(shí)候沒(méi)有受到保護(hù)，從高空墜下。

3. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料

除了坍塌案例之外，很多的腳手架施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的信息在這里整理列出來(lái)，從這些信息看出來(lái)，很多的潛在因素都可以導(dǎo)致腳手架的坍塌。

a） 結(jié)構(gòu)單元損壞，銹蝕嚴(yán)重

b） 基礎(chǔ)不足

c） 缺乏基礎(chǔ)支撐

d） 危險(xiǎn)的基礎(chǔ)支撐

e） 結(jié)構(gòu)不完整

f） 不恰當(dāng)?shù)暮奢d堆放

g）節(jié)點(diǎn)連接不足

h） 已經(jīng)斷了一條腳的腳手架構(gòu)件

圖4，潛在的坍塌因素

基于這些案例分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，可以得到以下可以導(dǎo)致腳手架坍塌的原因：

1， 對(duì)腳手架沒(méi)有專業(yè)意識(shí)的錯(cuò)誤施工和操作，例如錯(cuò)誤的施工順序，不恰當(dāng)?shù)男冻恍╆P(guān)鍵的支撐構(gòu)件，不完整的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，不穩(wěn)定的基礎(chǔ)，不恰當(dāng)?shù)暮奢d堆積，以及采用有嚴(yán)重缺陷的構(gòu)件等等。

2， 缺乏現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督和質(zhì)量檢測(cè)，特別是在某些重要的施工階段。

3， 對(duì)結(jié)構(gòu)的模擬的不當(dāng)而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力不足，例如節(jié)點(diǎn)的剛度的模擬，從案例1的調(diào)查報(bào)告可以看出來(lái)節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載能力有非常大影響。

從以上提到的原因來(lái)看，可以采用下面的相應(yīng)的措施來(lái)防止這些潛在的事故原因的出現(xiàn)：

1， 編撰施工技術(shù)規(guī)程來(lái)詳細(xì)規(guī)定正確的腳手架施工操作，強(qiáng)制訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)工人以及要求經(jīng)常性的現(xiàn)場(chǎng)檢查；

2， 發(fā)展更加精確和符合實(shí)際的分析方法和軟件來(lái)精確的模擬腳手架的屈曲能力和屈曲模態(tài)。

關(guān)于規(guī)程，國(guó)內(nèi)關(guān)于腳手架的規(guī)范就只有《建筑施工門式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ128-2000》，我國(guó)還未構(gòu)件完整的關(guān)于腳手架的規(guī)范體系來(lái)函蓋腳手架的各個(gè)方面，例如培訓(xùn)，設(shè)計(jì)，施工，檢查，監(jiān)督等方面。關(guān)于腳手架的分析方面的研究現(xiàn)在也沒(méi)有一套成熟而且精確的技術(shù)。針對(duì)以上的問(wèn)題，現(xiàn)在國(guó)際上已經(jīng)有了一些成熟的腳手架規(guī)程以及關(guān)于結(jié)構(gòu)分析的研究成果，其中一些方法和思路可以用來(lái)提高我國(guó)的行業(yè)技術(shù)水平。

三 國(guó)外規(guī)范和相關(guān)技術(shù)

1.BS Code 的回顧

當(dāng)前，英聯(lián)邦規(guī)范BS Code在國(guó)際上享有很高的地位，并且被很多國(guó)家所采用。其中，BS 1139—Metal scaffolding， BS 5973—Code of practice for access and working scaffolds in steel， 和BS2482—Timber scaffolds boards和腳手架的設(shè)計(jì)和施工相關(guān)，這三個(gè)規(guī)范一起構(gòu)成了關(guān)于腳手架設(shè)計(jì)，施工，檢測(cè)的英聯(lián)邦規(guī)范體系。在設(shè)計(jì)中，BS 449也被這三個(gè)規(guī)范引用到。這些規(guī)范可以用來(lái)參考構(gòu)建我國(guó)自己的腳手架規(guī)范體系。

同時(shí)，也可以看出來(lái)，BS Code沒(méi)有考慮竹腳手架的設(shè)計(jì)，施工，檢測(cè)的問(wèn)題。這是因?yàn)橛?guó)本土不產(chǎn)竹子，所以竹腳手架很少采用，而像在中國(guó)的南方和中國(guó)香港，則是有幾千年的使用竹腳手架的歷史，有大批的竹腳手架的熟練工人，直至今日，仍大量的采用竹腳手架。所以在我國(guó)的規(guī)范中，應(yīng)該考慮到這一現(xiàn)實(shí)因素，函蓋竹腳手架。

2.最新的腳手架分析研究成果

由于香港的大量使用竹腳手架的需要，一些關(guān)于竹腳手架的研究已經(jīng)開展并且取得了一些成果。香港學(xué)者S. L. Chan 等人（1998）已經(jīng)進(jìn)行了很多的試驗(yàn)，并且提出了一系列的經(jīng)驗(yàn)公式，編制了軟件來(lái)進(jìn)行竹腳手架的設(shè)計(jì)分析工作。這些工作的成果可以用到國(guó)內(nèi)的規(guī)范規(guī)程的制定中[9]。

其次，關(guān)于設(shè)計(jì)的方法方面，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是假設(shè)所有的單元只承受軸力，采用線性分析獲得內(nèi)力，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，一根桿件一根桿件的檢驗(yàn)。其他因素，例如次要支撐的作用，單元的初彎曲，構(gòu)件的連續(xù)性，節(jié)點(diǎn)剛度等等通過(guò)調(diào)整有效長(zhǎng)度的方法來(lái)考慮（Matthew Marjerrison 1968）。這樣的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮到結(jié)構(gòu)的非線性效應(yīng)，對(duì)節(jié)點(diǎn)剛度，初彎曲，構(gòu)件相互作用等因素的考慮都比較模糊，從而為設(shè)計(jì)的安全帶來(lái)隱患。從第一個(gè)案例分析可以看出來(lái)，結(jié)點(diǎn)剛度對(duì)屈曲極限的影響可以達(dá)到將近50%。另外結(jié)構(gòu)的非線性效應(yīng)，例如圖-5所示的P-? 和 P-δ 效應(yīng)對(duì)于一些高聳的腳手架工程的影響非常的答，所以考慮這些因素的高級(jí)非線性分析驗(yàn)證是非常必要的。

圖5， P-? 和 P-δ 效應(yīng)的描述

隨著計(jì)算機(jī)和有限元方法（FEA）的發(fā)展，現(xiàn)在更精確的分析方法可以考慮以上的因素，從而可以更好的預(yù)測(cè)腳手架結(jié)構(gòu)體系的行為了。

Goman Wai-Ming Ho等人（1993）提出了一個(gè)方法精確的模擬框架結(jié)構(gòu)。在考慮了P-? 和 P-δ 效應(yīng)的同時(shí)，半剛性節(jié)點(diǎn)也可以在分析中考慮進(jìn)去。因此，用這樣的方法，可以更好的預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)荷載和失穩(wěn)模態(tài)，從而避免由于不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)而導(dǎo)致的事故。

Albermani和Kitipornchai （2003） 已經(jīng)提出了一個(gè)程序AK-Tower，可以進(jìn)行輸電塔結(jié)構(gòu)的整體分析，在這個(gè)程序中，可以考慮幾何非線性和材料非線性，同時(shí)考慮截面的不對(duì)稱性，螺栓的滑移等因素。這個(gè)程序已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在輸電塔設(shè)計(jì)中，和已經(jīng)進(jìn)行了的足尺模型進(jìn)行對(duì)比，其計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合的非常好。盡管輸電塔和腳手架結(jié)構(gòu)是不同的結(jié)構(gòu)，但是都屬于鋼框架結(jié)構(gòu)體系的范疇，可以將這個(gè)分析方法移植到腳手架體系的分析設(shè)計(jì)中，開發(fā)出適用于腳手架結(jié)構(gòu)的精確模擬程序。

以上的成果都可以借鑒用來(lái)提高我國(guó)的腳手架行業(yè)水平。

四 討論和結(jié)論

從案例分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得出了腳手架結(jié)構(gòu)坍塌的潛在原因，為了防止這樣的事故的發(fā)生，提出了相應(yīng)的方法來(lái)為腳手架的施工，檢查，培訓(xùn)提供一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)。

為了提高國(guó)內(nèi)的行業(yè)水平，回顧了國(guó)外的規(guī)范并介紹了一些研究成果，其中一些先進(jìn)的東西可以被我們所借鑒，來(lái)建構(gòu)我國(guó)自己的腳手架規(guī)范體系，提高我國(guó)的腳手架的施工和設(shè)計(jì)水平，減少事故。

致謝

真誠(chéng)感謝香港城市大學(xué)建筑系康文江博士提供的意見(jiàn)，資料，討論，以及在本文的研究中提供的其他無(wú)私幫助。

參考文獻(xiàn)

1， Albermani， F. Kitipornchai， S. （2003）， Numerical Simulation of Structural Behaviour of Transmission Towers， Thin-Walled Structures， 41（2-3）， p.167-177.

2， British Standards Institution. （1990） BS 1139： Metal scaffolding， Parts 1 to 5

3， British Standards Institution. （1969） BS 449： Structural steel

4， British Standards Institution. （1993） BS 5973： Code of practice for access and working scaffolds in steel

5， Emmanuel E. Velivasakis， P.E.， F.ASCE. （1997） “The willow island cooling tower scaffold collapse--America’s worst construction accident”. Forensic engineering： proceedings of the First Congress ： October 5-8， 1997， Minneapolis， Minnesota， USA. pp. 94-105.

6， Glenn P. Rentschler， Stephanie Walkup. （2000） “Times Square scaffold collapse”. Forensic engineering： proceedings of the second congress， May 21-23， 2000， San Juan， Puerto Rico. pp. 75-84.

7， Goman Wai-Ming Ho， Siu-Lai Chan. （1993） “An accurate and efficient method for large deflection inelastic analysis of frames with semi-rigid connections”. Journal of Constructional Steel Research， Volume 26， Issues 2-3. pp. 171-191.

8， Matthew Marjerrison. （1968） “Electric transmission tower design”. Journal of the power division， ASCE， 94（PO1）， pp. 1-23

9， S. L. Chan， Francis K. W. Wong， Francis Y. S. So and S. W. Poon. （1998） “Empirical design and structural performance of bamboo scaffolding”. Symposium on bamboo and metal scaffolding--the Proceedings organized by HKIE in 1998， Hong Kong. pp. 5-21.

10， 熊輝（1999），一起臨時(shí)行腳手架倒塌事故分析，安全和健康，第九期，pp. 25-26.

薛春學(xué)：深圳巴士集團(tuán)股份有限公司，工程師。