混凝土房屋安全控制施工期结构性能实测研究.pdf

第 3 7卷第 3期 2 0 1 1 年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 03 混凝土房屋安全控制施工期结构性能实测研究 范洁群 ， 华建民 1 ． 重庆广播电视大学， 重庆4 0 0 0 5 2 ； 2 ． 重庆大学土木工程学院， 重庆4 0 0 0 4 5 摘要 混凝土结构现浇施工过程中， 尤其是一些高、 大模板支撑体系施工过程中整体垮塌的事故时有发生。其影响因素是 多方面的， 混凝土房屋施工期间的结构性能影响是其中关键的一方面。对某钢筋混凝土超高层建筑施工期结构性能进行实 测研究 ， 包括柱对角钢筋、 梁支座及跨中、 板中及相应模板支撑随不同施工工序进行 的受力变化情况， 同时， 实测了混凝土早 期的抗压强度、 弹性模量及模板支撑钢管的弹性模量。施工期临时受力体系、 混凝土材料性能及施工工序进行等特点对施工 期结构安全控制的影响很大， 有时其安全风险可能高于正常使用状态， 应予以重视。 关键词 混凝土结构； 施工期； 实测； 安全控制 中图分类号 T U 7 4 5 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 81 9 3 3 2 0 1 1 0 31 0 304 On- s i t e m e a s u r e m e n t s o n s a f e t y o f c i v i l e n g i n e e r i n g r e i n f o r c e d c o n c r e t e du r i ng c o n s t r u c t i o n F AN J i e q u n ． HUA J i a n mi n 1 ． C h o n g q i n g R a d i o a n d T V U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 5 2 ， C h i n a ； 2 ． C h o n g q i n g U n i v e rs i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 5 ， C hi n a Ab s t r a c t On - s i t e t e s t t h e c h a r a c t e ris t i c s o f r e i n f o r c e d c o n c ret e s t r u c t u r e d u rin g c o n s t r u c ti o n ． I n c l u d i n g c o l u n ms ， b e a ms ， p l a t e s a n d t h e c o r r e s p o n din g t e mp l a t e s u p p o rt． At t h e s a me t i me， t e s t the c o n c ret e e a r l y c o mp res s i v e s t r e n g t h， mo d u l u s o f e l a s t i c i t y and e l a s t i c mo d u l u s o f s u p po r t i n g p i p e ． Du ri n g c o n s t ruc t i o n， t h e s t res s s y s t e m， t h e c o n c r e t e s ma t e ria l p e rf o r manc e a n d t h e c o n s t r u c t i o n wo r k i n g p r o c e d u r e o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u re i s d i ff e r e n t f r o m t h e n o r ma l s t a t e ． I t i s v e r y i mpo r t ant t o the c o n s t ruc t i o n p e ri od s tr u c t u r e s a f e t y c o n o l ， and s h o uld b e p a i d mo re a t t e n t i o n ． Ke y wo r d s c o n c ret e s t r u c t u re； c o n s t ruc ti o n p e ri od s e c u r i t y； o n - s i t e me asu reme n t s ； s e c u r i ty c o n t r o l O 引 言 混凝土结构房屋施工目前最普遍采用的仍是现 浇方式。混凝土现浇施工过程中， 尤其是一些高、 大 模板支撑体系施工过程中整体垮塌的事故时有发 生。其原因是多方面的， 如支撑材料性能、 施工管理 情况等， 但混凝土房屋施工期间的结构性能对安全 的影响是其中最关键的一方面。 混凝土结构现浇施工过程 中， 结构体系尚没有 完全形成， 结构材料基本性能及荷载也与正常使用 状态有很大不同。现行的混凝土结构设计规范和施 工规范没有对施工期混凝土结构受力分析提供方法 收稿 日期 2 0 1 0 -0 4 - 0 7 作者简介 范洁群 1 9 7 3 一 ， 女， 重庆人， 讲师， 工学硕士， 主要从事 施工技术及管理研究。 基金项目 中国建筑工程总公司资助项 目 C S C E C - 2 0 0 8 一 Z -0 5 Ema i l 1 9 1 h j m1 6 3 ． c o m 或建议及思路， 也没有提供较统一的安全度要求。 这是混凝土结构施工期安全风险有时高于正常使用 期的重要原因之一。此外， 随着超高、 超大体量、 复 杂结构体系建筑的使用， 施工过程结构性能的变化 对结构正常状态使用性能也有越来越大的影响。本 文主要介绍了某混凝土结构性能实测结果并作简要 分析 。 1 混凝土结构施工期受力特点分析 及目的 与正常使用状态不 同， 施工过程 中的钢筋混凝 土结构， 是由柱、 数层楼板和连接多层楼板的模板支 撑系统组成的临时性的受力体系， 此受力体系可能 随着施工工序 如上层混凝土结构绑扎钢筋、 浇筑 混凝土， 下层模板支撑架拆除等 的进行而改变。 在整个施工过程中， 结构的形状、 材料的性质以及所 承受的施工荷载， 均随时间变化 ] 。 1 0 4 四川建筑科学研究 第 3 7卷 新浇筑楼板的 自重及施工荷载通过支撑系统向 下层楼板传递， 楼板随着新浇混凝土强度和刚度的 增长 ， 在环境温度变化、 混凝土早期收缩及徐变等作 用下， 将逐渐承担其结构 自 重， 从而使整个结构的荷 载不断地进行重新分配。荷载效应随着施工进程不 断累积， 可能使施工过程中楼板承担的荷载远超过 结构设计允许的楼板承载能力。 这些特点使得施工期钢筋混凝土结构的特征与 使用期的结构迥然不同， 有时会产生整个结构生命 周期中最危险的状况 。钢筋混凝土结构施工过程中 楼板出现的裂缝 、 挠度过大乃至破坏倒塌往往与此 有关。如何保证混凝土结构在一定的安全水平下， 施工快速高效地进行， 对于当前正在进行大规模建 设 的中国具有特别重要的意义。对施工期钢筋混凝 土结构进行有效的安全控制非常重要， 如何有效控 制也非常复杂。对钢筋混凝土结构施工期的安全性 研究 ， 涉及结构在施工过程中的结构特征、 抗力、 荷 载、 荷载效应及破坏模式等诸多问题- 2 J 。 施工期混凝土结构在养护期间形状没有大的变 化 ， 除构件 自重外 ， 施工荷载主要是施工材料 的堆载 和施工设备及人员荷载。但养护阶段材料性质快速 变化， 同时 ， 由模板及支撑相连的整个时变临时受力 体系， 处于环境温度、 湿度等的变化及混凝土自身收 缩和徐变等各种因素影响之下 图 1 。在施工现场 实测 中， 通过对新浇筑柱、 梁、 板 内钢筋应力及其下 支撑应力 的实测 ， 发现新浇筑 的混凝土构件在养护 期间， 随着混凝土强度、 刚度的增长 ， 由最初 的不承 担任何荷载状态 ， 逐渐开始分担 自身重量和荷载。 这导致混凝土构件施工荷载在其 自身及 由模板支撑 相连的各层中进行重分配。这种荷载重分配会直接 影响临时受力体系的结构特性 ， 直接影响混凝土结 构施工期安全控制 J 。 f 匪 垂 蔓 至 三 三 三 回{ l 萋 努 镣 紊 撑 与 结 构 形 成 时 变 临 时 l l 差 图 1 施工期混凝土结构分析主要影响因素 F i g ． 1 T h e ma j o r e ff e c t f a c t o r a b o u t a n a l y s i s o f c o n c r e t e s t r u c t u r e d u r i n g c o mt r u cte i o n 2 主要实测 内容及方法 以某超限超高钢筋混凝土房屋为实测对象， 该 工程长宽约为 8 O 1T I 3 3 m， 总 5 7层 ， 高度 2 3 2 ． 0 IT I ， 框架一简体结构。 测试由现场和实验室两部分结合进行， 主要测 试工作由基础数据测量和实际结构梁柱板及支撑架 测试两大部分构成。 2 ． 1 基础数据量测 基础数据量测包括 以下几个小部分组成 混凝 土早期强度、 弹性模量； 钢管支撑架弹性模量； 施工 及环境情况等。配合仪器读数情况， 随时记录施工 全过程， 特别是模板支设、 钢筋绑扎、 混凝土浇筑、 模 板支撑拆除以及大型设备、 大宗材料吊放等情况。 随时记录环境情况 关键位置 的温度 、 湿度、 环境及 风速。 2 ． 2 实际混凝土结构 梁板柱 及模板支撑测试 2 ． 2 ． 1 测试 区域及布点情况 对该工程 7号楼 5 2 层 一 5 5层⑩ 一 ⑩／ ⑥ 一 ⑩ 轴线范 围局部区域的混凝土结构及模板支撑架进行 量测 图 2 ， 每层 l O个测点， 4层共计 4 0个测点 ， 具 体布置在柱对角、 梁支座、 梁跨中、 板中及相应模板 支撑等位置。 2 ． 2 ． 2测试读数 主要按施工工序进展读数， 具体控制工序如下 上层模板支设 ； 上层或本层钢筋绑扎 ； 上层或本层混凝土浇筑及浇筑后每天至 2 8 d ； 下层或本层模板支撑拆除； 大型设备、 大宗材料吊放等 吊放进行前后各 读数 1 次 ； 如遇没有工序施工时， 每2 4 h 读数 1 次； 特殊情况下， 有需要时随时加测。 3实测 结果及讨论 3 ． 1 基础数据部分 3 2组混凝土强度及 3 2组弹性模量在 3 d ， 7 d ， 1 4 d和2 8 d 龄期的实测。同时， 为了后续数值分析 结果的准确性 ， 随即抽取了支撑钢管， 标定其弹性模 量。试验结果见表 1 ， 2 。 试验结果表明， 混凝土立方体抗压强度及弹性 模量早期增长较快， 标准条件养护试块 3 d强度已 达2 8 d 强度的4 5 ． 7 ％， 同条件养护试块 3 d 强度已 达 2 8 d 强度的4 9 ． 6 ％。弹性模量早期增长更快， 标 准条件养护和同条件养护试块 3 d 弹性模量已分别 达2 8 d弹性模量的 6 1 ． 7 ％和 6 7 ． 2 ％， 这对施工方 案的优化、 加快施工进度是有益的。 2 0 1 1 N o ． 3 范洁群 ， 等 混凝土房屋安全控制施工期结构性能实测研究 1 0 5 5 0 0 0 5 O o o I． 5 0 0 0 5 0 0 0 l 5 0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 3 0 7 2 l I 3 9 2 0 0 1 ] 图 2 实际测试区域示意 椭圆部分 。 局部 F i g ． 2 T e s t z o n e e l l i p s e p a r t 。 p a r t i a 1 表 1 混凝土立方体抗压强度 包括主要统计特征量 T a b l e 1 T u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i n cl u d i n g s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r is t i c q u a n t i t y 、 s d a 4 d z s d 、 s a 7 d d z s a 标 i一1 1 8 ． 2 O 2 6 ． 6 0 3 5 ． 3 O 3 9 ． 8 O 同 21 I 8 ． 2 O 2 6 ． 6 O 3 4 ． 2 O 3 6 ． 7 O 标 l一2 1 9 ． 5 O 2 9 ． 1 O 3 7 ． 5 O 4 1 ． 8 O 同 22 I 8 ． 3 O 2 4 ． 6 0 3 3 ． 9 0 3 6 ． 8 O 标 13 1 5 ． o o 2 3 ． o 0 3 2 ． 8 O 3 9 ． O O 同 23 i 3 ． 8 O 2 1 ． 7 0 2 5 ． 6 0 3 1 ． 6 O 标 14 1 7 ． 7 O 2 4 ． 9 o 3 3 ． O O 4 O ． o 0 同 24 1 4 ． 7 O 2 1 ． 4 0 2 6 ． o o 3 2 ． 6 O 平均值 1 7 ． 6 O 2 5 ． 9 O 3 5 ． 2 O 3 9 ． 8 O 平均值 1 6 ． 2 5 2 3 ． 5 8 3 1 ． 2 3 3 6 ． 7 O 方差 2 ． 6 8 5 ． 0 3 3 ． 6 9 2 ． 2 1 方差 4 ． 1 0 4 ． 6 1 1 5 ． 8 8 2 ． 2 3 表2 混凝弹性模量 包括主要统计特征量 T a b l e 2 C o mp res s i v e e l a s t i c mo d u l u s I n c l u d i n g s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c q u a n t i t y 、 s a，d 4 a z s a 、 s a a 4 a 2 8 a 标 11 2 ． 1 1 2 ． 8 1 3 ． 2 5 3 ． 4 2 同 21 2 ． 3 1 2 ． 8 1 3 ． o 4 3 ． 4 4 标 12 2 ． 8 2 2 ． 9 7 3 ． 4 5 3 ． 5 5 同 22 2 ． 3 1 2 ． 6 7 2 ． 9 6 3 ． 3 3 标 13 2 ． 1 2 2 ． 6 6 2 ． 9 5 3 ． 5 6 同 23 1 ． 9 6 2 ． 7 0 2 ． 7 9 3 ． 4 0 标 1 4 2 ． 3 5 2 ． 7 0 3 ． 1 0 3 ． 4 0 同 24 2 ． 0 7 2 ． 4 3 2 ． 6 8 3 ． 4 2 平均值 2 ． 3 5 2 ． 7 9 3 ． 2 2 3 ． 4 2 平均值 2 ． 1 6 2 ． 6 5 2 ． 9 3 3 ． 4 4 方差 o ． 0 8 0 ． 0 1 O ． 0 4 0 ． O 0 方差0 ． 0 2 0 ． 0 2 o ． 0 1 o ． O 0 注 1 ． “ 标 1 一” 表示标准条件养护； “ 同2一 ” 表示同条件养护； 2 ． “一 1 ” 代表 5 2 层数据； “一 2 ” 代表 5 3 层数据； “一 3 ” 代表 5 4层数据； “ 一 4 ” 代表5 5层数据。 1 0 6 四川建筑科学研究 第3 7卷 随机抽取的支撑钢管弹性模量如图3 所示。 图3 支撑钢管弹性模量实测值 平均值 3 ． 0 0 8 ； 方差 0 ． 6 9 4 F i g ． 3 E l a s t i c mo d u l u s o f s u p p o r t i n g s t e e l p i p e me a n v a l u e3 ． 0 0 8； v a r i a n c e0 ． 6 9 4l 3 ． 2 结构构件部分 柱 、 梁 、 板主要测试结果如图 4～9所示 ， 作简要 分析。 1 0． 0 0 O． 0 0 一l 0． 0 0 2 0． 0 0 ．3 0． 0 o 施工进程 l 6 l l l 6 2l 2 6 31 3 6 41 46 51 5 6 61 66 7 1 7 6 81 8 6 图4 柱钢筋应力 5 21 Fig ． 4 S t r e s s o f c o l u mn s t e e l b a r 5 21 l 5 ． 0 0 l 0 ． 0 0 5 ． 0 0 0 ． 0 0 ．5 ． O 0 一 l 0 ． O 0 ．1 5 ． O 0 - 2 0 ． O 0 - 2 5 ． 0 o 施工进程 l 6 l 】 1 6 21 2 6 3 I 3 6 41 46 51 5 6 61 6 6 71 7 6 81 8 6 5 5 层测试区混凝土浇完 图5 柱钢筋应力 5 2 2 Fig ． 5 S t r e s s o f c o l um n s t e e l b a r 5 2 2 3 0 ． 00 20 ． 00 1 0 ． 00 0． 00 一l 0 ． O0 - 2 0 ． O0 施工进程 l 6 l l 1 6 2 i 2 6 3 1 3 6 4 1 4 6 5 1 5 6 6 1 6 6 7 1 7 6 图 6 梁钢筋应力 5 2一支座 F i g ． 6 S t r e s s o f b e a m s t e e l b a r 5 2一s u p por t 上层梁板混凝土浇筑后， 柱钢筋均为压应力， 随 着施工进程的开展， 压应力整体呈逐渐增大趋势， 上 层混凝土浇筑及施工荷载堆放时， 柱钢筋压应力有 突变， 显示施工工序开展会对施工期结构受力产生 较大的影响。 梁支座及跨中钢筋在混凝土浇筑后的 1 2 d 40 ． 0 0 3 0 ． 0 0 20 ． 0 0 1 0 ． 0 0 0 ． 00 ．1 0 ． 0 O - 2 O ． 0 O ．30 ． 0 0 施工进程 1 6 1 1 1 6 2 1 2 6 3l 3 6 4l 4 6 5l 5 6 6l 6 6 7l 76 图7 梁钢筋应力 5 2一跨中 Fig ． 7 S t r e s s o f b e a m s t e e l b ar 5 2一c r o s s 施工进程 l 6 l 1 l 6 21 2 6 3l 3 6 4l 4 6 5 1 5 6 61 6 6 7l 7 6 5 ． 0 o 0 0 ．5 ． O 0 ．1 0 ． O 0 ．1 5 ． 0 0 图 8 板钢筋应力 5 21 F i g ． 8 S t r e s s o f s l a b s t e e l b ar 5 21 施工进程 1 6 l 1 1 6 21 2 6 31 3 6 41 4 6 5 l 5 6 61 6 6 71 7 6 l 0 ． 0 0 5 ． 0 0 ． 0 0 - 5 ． 0 0 ．1 0 ． 0 0 ．1 5 ． O 0 图 9 板钢筋应力 5 2 2 F i g ． 9 S t r e s s o f s l a b s t e e l b ar 5 2 2 内， 为压应力 ， 显示此时外荷载尚不起主要作用 ， 此 压应力 由混凝土主动收缩 引起。此后 ， 梁支座及跨 中钢筋均为拉应力 ， 表明混凝土收缩发展 已经较小 ， 外荷载起主要作用 ， 梁底支撑拆除前 ， 由于钢管支撑 承担主要 的外荷载 ， 梁中钢筋应力变化不大。 与柱 、 梁钢筋应力变化情况相 比， 板钢筋受力明 显规律性不强 ， 两个钢筋计均显示出同一趋势 ， 施工 期板受力受材料临时堆放、 环境 等不确定因素影 响 较大。与梁钢筋受力相似的是 ， 板 中钢筋应力均较 小 ， 荷载主要 由板底支撑承担。 钢管支撑及混凝土典型测试结果如图 l 0所示。 施工进程 1 3 5 7 9 l 1 l 3 I 5 1 7 l 9 2 1 23 2 5 图1 0 传感器 5 21 F i g ． 1 0 S e n s o r 5 21 下转第 1 1 2页 自乏 R毽掇器 言鲁、 I n 兽 I 一 、 棚 篱 日 鲁乏 搔器 _ 鲁乏 氇据器 日 莹 、 拯器 d 鲁乏 词擦器 日 ＼ 摄幂 1 1 2 四川建筑科学研究 第 3 7卷 是为了在传统与现代的两类建筑形象之间寻求一种 过渡， 使本已寥寥无几的古建筑不至悄然埋没在现 代建筑 的夹缝中。 比如上海陆家嘴开发陈列室的修缮工程。陆家 嘴地区是上海现代化城市建设的缩影， 高楼大厦云 集， 一幢幢现代商业楼拔地而起， 而在中央绿地中却 有一座典型的清末民宅。风格古朴 ， 具有典型的清 末江南民居的特色， 充满了文气雅风， 与周围的现代 商业建筑形成了强烈的对 比和反差 图3 。 图3 陆家嘴开发陈列室 另外， 在具体实施层面上， 对城市历史建筑保护 的一些观点还会有大量技术问题值得去探讨， 如怎 样加固， 怎样处理新、 老材料的交接， 怎样保护旧的 建筑外立面等 ， 这些都有待在实践中不断探索 、 丰富 和完善。 5 结 语 一 方面量大面广岌岌可危的木结构老房子和破 落的旧街区， 遍布中国城乡， 因年久失修而生存条件 欠佳， 大多数因保护级别较低甚至迄今尚未被列人 保护清单； 另方面城市化迅猛发展的进程， 开发商在 巨大的地产潜值驱动下对其觊觎日久。在如此两厢 夹击之下， 建筑遗产的生存环境 日 益险恶。那么， 又 应采取怎样行之有效 的原则方法 以达到和谐共生 在日益达成共识的保护原则与更新利用的实际操作 之间找到合适的结合点， 仍是进一步努力探索的课 题。 参 考 文 献 [ 1 ] 章见源． 见物见人 有风有貌爱护历史文物 保护古都风貌 [ J ] ． 北京规划建设， 2 0 0 1 1 6 9 ． [ 2 ] 卫东风． 从奥塞车站到奥塞博物馆的启示旧建筑改造的 成功案例解析[ J ] ． 南京艺术学院学报 美术与设计版， 2 0 0 7 4 1 6 8 ． [ 3 ] 伍江． “ 立新” 不必“ 破旧” 浦东一座老房子的保存[ J ] ． 时代建筑 ， 2 0 0 0 3 3 6 ． 上接第 1 0 6页 梁中混凝土收缩变形如图 1 1 所示。 图1 1 混凝土应变 5 2 F i g ． 1 1 S t r e s s o f c o n c r e t e 5 2 4 结 语 混凝土结构在施工期间与正常使用状态相比， 受力体系不同， 主要承重结构材料混凝土的基本性 能随时间变化 明显 ， 施工过程受环境温度、 湿度及混 凝土收缩和徐变影响大。此外， 施工荷载与正常使 用荷载也有较大的不同， 施工期结构安全控制以及 施工期结构性能变化对正常使用期性能影响的分析 越来越重要。本文仅主要介绍了工程实测结果及简 要分析， 数值分析结果没有在此介绍。 参 考 文 献 [ 1 ] 方东平 ， 祝宏毅． 施工期钢筋混凝土结构特性的实测研究[ J ] ． 土木 工程学报 ， 2 o 0 1 ， 3 4 2 7 1 1 ． [ 2 ] 赵挺生， 方东平 ， 张传敏． 施工阶段多 高 层建筑钢筋混凝土 结构统一模型 [ J ] ． 清华大学学报 自然科学版， 2 0 0 4 ， 4 4 1 2 1 6 8 0 1 6 8 3 ． [ 3 ] 耿川东， 方东平， 蓝荣香 ， 等． 施工期钢筋混凝土结构安全分析 与控制软件 S A C 及应用[ J ] ． 建筑技术， 2 0 0 1 ， 3 2 5 3 0 2 3 0 3．