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混凝土房屋安全控制施工期結(jié)構(gòu)性能實測研究

文檔作者：范潔群，華建民文檔來源： 1．重慶廣播電視大學(xué) 2．重慶大學(xué)土木工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月22日
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第37卷第3期
2011年6月
四川建筑科學(xué)研究
Sichuan Building Science 103
混凝土房屋安全控制施工期結(jié)構(gòu)性能實測研究
范潔群 ，華建民
(1．重慶廣播電視大學(xué)，重慶400052；
2．重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400045)
摘要：混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工過程中，尤其是一些高、大模板支撐體系施工過程中整體垮塌的事故時有發(fā)生。其影響因素是
多方面的，混凝土房屋施工期間的結(jié)構(gòu)性能影響是其中關(guān)鍵的一方面。對某鋼筋混凝土超高層建筑施工期結(jié)構(gòu)性能進行實
測研究，包括柱對角鋼筋、梁支座及跨中、板中及相應(yīng)模板支撐隨不同施工工序進行的受力變化情況，同時，實測了混凝土早
期的抗壓強度、彈性模量及模板支撐鋼管的彈性模量。施工期臨時受力體系、混凝土材料性能及施工工序進行等特點對施工
期結(jié)構(gòu)安全控制的影響很大，有時其安全風(fēng)險可能高于正常使用狀態(tài)，應(yīng)予以重視。
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；施工期；實測；安全控制
中圖分類號：TU745．1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008—1933(2011)03—103—04
On-site measurements on safety of civil engineering reinforced concrete
during construction
FAN Jiequn ．HUA Jianmin
(1．Chongqing Radio and TV University，Chongqing 400052，China；
2．Chongqing University，Chongqing 400045，China)
Abstract：On-site test the characteristics of reinforced concrete structure during construction．Including colunms，beams，plates and the
corresponding template support．At the same time，test the concrete early compressive strength，modulus of elasticity and elastic modulus
of suppo rting pipe．During construction，the stress system，the concretes material performance and the construction working procedure of
the reinforced concrete structure is diferent from the normal state．It is very impo rtant to the construction period structure safety con~ol，
and should be paid more attention．
Key words：concrete structure；construction period security；on-site measurements；security control
O 引 言
混凝土結(jié)構(gòu)房屋施工目前最普遍采用的仍是現(xiàn)
澆方式?；炷连F(xiàn)澆施工過程中，尤其是一些高、大
模板支撐體系施工過程中整體垮塌的事故時有發(fā)
生。其原因是多方面的，如支撐材料性能、施工管理
情況等，但混凝土房屋施工期間的結(jié)構(gòu)性能對安全
的影響是其中最關(guān)鍵的一方面。
混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工過程中，結(jié)構(gòu)體系尚沒有
完全形成，結(jié)構(gòu)材料基本性能及荷載也與正常使用
狀態(tài)有很大不同。現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和施
工規(guī)范沒有對施工期混凝土結(jié)構(gòu)受力分析提供方法
收稿日期：2010-04-07
作者簡介：范潔群(1973一)，女，重慶人，講師，工學(xué)碩士，主要從事
施工技術(shù)及管理研究。
基金項目：中國建筑工程總公司資助項目(CSCEC-2008一Z-05)
E—mail：191hjm@163．com
或建議及思路，也沒有提供較統(tǒng)一的安全度要求。
這是混凝土結(jié)構(gòu)施工期安全風(fēng)險有時高于正常使用
期的重要原因之一。此外，隨著超高、超大體量、復(fù)
雜結(jié)構(gòu)體系建筑的使用，施工過程結(jié)構(gòu)性能的變化
對結(jié)構(gòu)正常狀態(tài)使用性能也有越來越大的影響。本
文主要介紹了某混凝土結(jié)構(gòu)性能實測結(jié)果并作簡要
分析 ¨。
1 混凝土結(jié)構(gòu)施工期受力特點分析
及目的
與正常使用狀態(tài)不同，施工過程中的鋼筋混凝
土結(jié)構(gòu)，是由柱、數(shù)層樓板和連接多層樓板的模板支
撐系統(tǒng)組成的臨時性的受力體系，此受力體系可能
隨著施工工序(如上層混凝土結(jié)構(gòu)綁扎鋼筋、澆筑
混凝土，下層模板支撐架拆除等)的進行而改變。
在整個施工過程中，結(jié)構(gòu)的形狀、材料的性質(zhì)以及所
承受的施工荷載，均隨時間變化 ]。
104 四川建筑科學(xué)研究 第37卷
新澆筑樓板的自重及施工荷載通過支撐系統(tǒng)向
下層樓板傳遞，樓板隨著新澆混凝土強度和剛度的
增長，在環(huán)境溫度變化、混凝土早期收縮及徐變等作
用下，將逐漸承擔(dān)其結(jié)構(gòu)自重，從而使整個結(jié)構(gòu)的荷
載不斷地進行重新分配。荷載效應(yīng)隨著施工進程不
斷累積，可能使施工過程中樓板承擔(dān)的荷載遠超過
結(jié)構(gòu)設(shè)計允許的樓板承載能力。
這些特點使得施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特征與
使用期的結(jié)構(gòu)迥然不同，有時會產(chǎn)生整個結(jié)構(gòu)生命
周期中最危險的狀況。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中
樓板出現(xiàn)的裂縫、撓度過大乃至破壞倒塌往往與此
有關(guān)。如何保證混凝土結(jié)構(gòu)在一定的安全水平下，
施工快速高效地進行，對于當(dāng)前正在進行大規(guī)模建
設(shè)的中國具有特別重要的意義。對施工期鋼筋混凝
土結(jié)構(gòu)進行有效的安全控制非常重要，如何有效控
制也非常復(fù)雜。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期的安全性
研究，涉及結(jié)構(gòu)在施工過程中的結(jié)構(gòu)特征、抗力、荷
載、荷載效應(yīng)及破壞模式等諸多問題-2 J。
施工期混凝土結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護期間形狀沒有大的變
化，除構(gòu)件自重外，施工荷載主要是施工材料的堆載
和施工設(shè)備及人員荷載。但養(yǎng)護階段材料性質(zhì)快速
變化，同時，由模板及支撐相連的整個時變臨時受力
體系，處于環(huán)境溫度、濕度等的變化及混凝土自身收
縮和徐變等各種因素影響之下(圖1)。在施工現(xiàn)場
實測中，通過對新澆筑柱、梁、板內(nèi)鋼筋應(yīng)力及其下
支撐應(yīng)力的實測，發(fā)現(xiàn)新澆筑的混凝土構(gòu)件在養(yǎng)護
期間，隨著混凝土強度、剛度的增長，由最初的不承
擔(dān)任何荷載狀態(tài)，逐漸開始分擔(dān)自身重量和荷載。
這導(dǎo)致混凝土構(gòu)件施工荷載在其自身及由模板支撐
相連的各層中進行重分配。這種荷載重分配會直接
影響臨時受力體系的結(jié)構(gòu)特性，直接影響混凝土結(jié)
構(gòu)施工期安全控制 J。
匪垂蔓 至三三三回 {f l萋努鐐紊撐與結(jié)構(gòu)形成時變臨時 l
l 差
圖1 施工期混凝土結(jié)構(gòu)分析主要影響因素
Fig．1 The major efect factor about analysis of
concrete structure during comtructeion
2 主要實測內(nèi)容及方法
以某超限超高鋼筋混凝土房屋為實測對象，該
工程長寬約為8O 1TI×33 m，總57層，高度232．0 ITI，
框架一簡體結(jié)構(gòu)。
測試由現(xiàn)場和實驗室兩部分結(jié)合進行，主要測
試工作由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量和實際結(jié)構(gòu)梁柱板及支撐架
測試兩大部分構(gòu)成。
2．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量測
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量測包括以下幾個小部分組成：混凝
土早期強度、彈性模量；鋼管支撐架彈性模量；施工
及環(huán)境情況等。配合儀器讀數(shù)情況，隨時記錄施工
全過程，特別是模板支設(shè)、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、模
板支撐拆除以及大型設(shè)備、大宗材料吊放等情況。
隨時記錄環(huán)境情況：關(guān)鍵位置的溫度、濕度、環(huán)境及
風(fēng)速。
2．2 實際混凝土結(jié)構(gòu)(梁板柱)及模板支撐測試
2．2．1 測試區(qū)域及布點情況
對該工程7號樓52層一55層⑩ 一⑩／⑥ 一⑩
軸線范圍局部區(qū)域的混凝土結(jié)構(gòu)及模板支撐架進行
量測(圖2)，每層lO個測點，4層共計40個測點，具
體布置在柱對角、梁支座、梁跨中、板中及相應(yīng)模板
支撐等位置。
2．2．2 測試讀數(shù)
主要按施工工序進展讀數(shù)，具體控制工序如下：
上層模板支設(shè)；
上層或本層鋼筋綁扎；
上層或本層混凝土澆筑及澆筑后每天至28 d；
下層或本層模板支撐拆除；
大型設(shè)備、大宗材料吊放等(吊放進行前后各
讀數(shù)1次)；
如遇沒有工序施工時，每24 h讀數(shù)1次；
特殊情況下，有需要時隨時加測。
3 實測結(jié)果及討論
3．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)部分
32組混凝土強度及32組彈性模量在3 d，7 d，
14 d和28 d齡期的實測。同時，為了后續(xù)數(shù)值分析
結(jié)果的準(zhǔn)確性，隨即抽取了支撐鋼管，標(biāo)定其彈性模
量。試驗結(jié)果見表1，2。
試驗結(jié)果表明，混凝土立方體抗壓強度及彈性
模量早期增長較快，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護試塊3 d強度已
達28 d強度的45．7％ ，同條件養(yǎng)護試塊3 d強度已
達28 d強度的49．6％。彈性模量早期增長更快，標(biāo)
準(zhǔn)條件養(yǎng)護和同條件養(yǎng)護試塊3 d彈性模量已分別
達28 d彈性模量的61．7％和67．2％ ，這對施工方
案的優(yōu)化、加快施工進度是有益的。
201 1 No．3 范潔群，等：混凝土房屋安全控制施工期結(jié)構(gòu)性能實測研究 105
5000 5Ooo I． 5000 5000 l 5000 5000 5000 3072 l
I 39200 1 ]
圖2 實際測試區(qū)域示意(橢圓部分。局部)
Fig．2 Test zone(ellipse part。partia1)
表1 混凝土立方體抗壓強度(包括主要統(tǒng)計特征量)
Table 1 Tube compressive strength(including statistical characteristic quantity)
、 s d a 4 d zs d 、
s a 7 d d zs a
標(biāo)i一1 18．2O 26．60 35．3O 39．8O 同2—1 I8．2O 26．6O 34．2O 36．7O
標(biāo)l一2 19．5O 29．1O 37．5O 41．8O 同2—2 I8．3O 24．60 33．90 36．8O
標(biāo)1—3 15．oo 23．o0 32．8O 39．OO 同2—3 i3．8O 21．70 25．60 31．6O
標(biāo)1—4 17．7O 24．9o 33．OO 4O．o0 同2—4 14．7O 21．40 26．oo 32．6O
平均值 17．6O 25．9O 35．2O 39．8O 平均值 16．25 23．58 31．23 36．7O
方差 2．68 5．03 3．69 2．21 方差 4．10 4．61 15．88 2．23
表2 混凝±彈性模量(包括主要統(tǒng)計特征量)
Table 2 Compressive elastic modulus(Including statistical characteristic quantity)
、
s a ，d ·4 a zs a 、 s a a 4 a 28 a
標(biāo)1—1 2．11 2．81 3．25 3．42 同2—1 2．31 2．81 3．o4 3．44
標(biāo)1—2 2．82 2．97 3．45 3．55 同2—2 2．31 2．67 2．96 3．33
標(biāo)1—3 2．12 2．66 2．95 3．56 同2—3 1．96 2．70 2．79 3．40
標(biāo)1—4 2．35 2．70 3．10 3．40 同2—4 2．07 2．43 2．68 3．42
平均值 2．35 2．79 3．22 3．42 平均值 2．16 2．65 2．93 3．44
方差 o．08 0．01 O．04 0．O0 方差0．02 0．02 o．01 o．O0
注：1．“標(biāo)1一”表示標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護；“同2一”表示同條件養(yǎng)護；
2．“一1”代表52層數(shù)據(jù)；“一2”代表53層數(shù)據(jù)；“一3”代表54層數(shù)據(jù)；“一4”代表55層數(shù)據(jù)。
106 四川建筑科學(xué)研究 第37卷
隨機抽取的支撐鋼管彈性模量如圖3所示。
圖3 支撐鋼管彈性模量實測值(平均值=3．008；方差=
0．694)
Fig．3 Elastic modulus of supporting steel pipe(mean
value=3．008；variance=0．694l
3．2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件部分
柱、梁、板主要測試結(jié)果如圖4～9所示，作簡要
分析。
10．00
O．00
一l0．00
— 20．00
． 30．0o
施工進程
l 6 ll l6 2l 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86
圖4 柱鋼筋應(yīng)力(52—1 )
Fig．4 Stress of column steel bar(52—1 )
l5．00
l0．00
5．00
0．00
．5．O0
一l0．O0
． 15．O0
-20．O0
-25．0o
施工進程
l 6 l】16 21 26 3I 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86
55層測試區(qū)混凝土澆完
圖5 柱鋼筋應(yīng)力(52—2 )
Fig．5 Stress of colum n steel bar(52—2 )
30．00
20．00
10．00
0．00
一l0．O0
-20．O0
施工進程
l 6 ll 16 2i 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76
圖6 梁鋼筋應(yīng)力(52一支座)
Fig．6 Stress ofbeam steel bar(52一support)
上層梁板混凝土澆筑后，柱鋼筋均為壓應(yīng)力，隨
著施工進程的開展，壓應(yīng)力整體呈逐漸增大趨勢，上
層混凝土澆筑及施工荷載堆放時，柱鋼筋壓應(yīng)力有
突變，顯示施工工序開展會對施工期結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生
較大的影響。
梁支座及跨中鋼筋在混凝土澆筑后的1—2 d
40．00
30．00
20．00
10．00
0．00
． 10．0O
-2O．0O
．30．00
施工進程
1 6 11 16 21 26 3l 36 4l 46 5l 56 6l 66 7l 76
圖7 梁鋼筋應(yīng)力(52一跨中)
Fig．7 Stress ofbeam steel bar(52一cross)
施工進程
l 6 l1 l6 21 26 3l 36 4l 46 51 56 61 66 7l 76
5．0o
0()0
．5．O0
．10．O0
． 15．00
圖8 板鋼筋應(yīng)力(52—1 )
Fig．8 Stress of slab steel bar(52—1 )
施工進程
1 6 l1 16 21 26 31 36 41 46 5l 56 61 66 71 76
l0．00
5．()0
0．00
-5．00
．10．00
． 15．O0
圖9 板鋼筋應(yīng)力(52—2 )
Fig．9 Stress of slab steel bar(52—2 )
內(nèi)，為壓應(yīng)力，顯示此時外荷載尚不起主要作用，此
壓應(yīng)力由混凝土主動收縮引起。此后，梁支座及跨
中鋼筋均為拉應(yīng)力，表明混凝土收縮發(fā)展已經(jīng)較小，
外荷載起主要作用，梁底支撐拆除前，由于鋼管支撐
承擔(dān)主要的外荷載，梁中鋼筋應(yīng)力變化不大。
與柱、梁鋼筋應(yīng)力變化情況相比，板鋼筋受力明
顯規(guī)律性不強，兩個鋼筋計均顯示出同一趨勢，施工
期板受力受材料臨時堆放、環(huán)境等不確定因素影響
較大。與梁鋼筋受力相似的是，板中鋼筋應(yīng)力均較
小，荷載主要由板底支撐承擔(dān)。
鋼管支撐及混凝土典型測試結(jié)果如圖l0所示。
施工進程
1 3 5 7 9 l1 l3 I5 17 l9 21 23 25
圖10 傳感器(52—1 )
Fig．10 Sensor(52—1 )
(下轉(zhuǎn)第112頁)
自乏R毽掇器
言魯、I n+獸I×一、棚 籬
日魯乏 搔器 _魯乏 氌據(jù)器
日瑩、 拯器 d魯乏 詞擦器 日
112 四川建筑科學(xué)研究 第37卷
是為了在傳統(tǒng)與現(xiàn)代的兩類建筑形象之間尋求一種
過渡，使本已寥寥無幾的古建筑不至悄然埋沒在現(xiàn)
代建筑的夾縫中。
比如上海陸家嘴開發(fā)陳列室的修繕工程。陸家
嘴地區(qū)是上海現(xiàn)代化城市建設(shè)的縮影，高樓大廈云
集，一幢幢現(xiàn)代商業(yè)樓拔地而起，而在中央綠地中卻
有一座典型的清末民宅。風(fēng)格古樸，具有典型的清
末江南民居的特色，充滿了文氣雅風(fēng)，與周圍的現(xiàn)代
商業(yè)建筑形成了強烈的對比和反差(圖3) 。
圖3 陸家嘴開發(fā)陳列室
另外，在具體實施層面上，對城市歷史建筑保護
的一些觀點還會有大量技術(shù)問題值得去探討，如怎
樣加固，怎樣處理新、老材料的交接，怎樣保護舊的
建筑外立面等，這些都有待在實踐中不斷探索、豐富
和完善。
5 結(jié) 語
一方面量大面廣岌岌可危的木結(jié)構(gòu)老房子和破
落的舊街區(qū)，遍布中國城鄉(xiāng)，因年久失修而生存條件
欠佳，大多數(shù)因保護級別較低甚至迄今尚未被列人
保護清單；另方面城市化迅猛發(fā)展的進程，開發(fā)商在
巨大的地產(chǎn)潛值驅(qū)動下對其覬覦日久。在如此兩廂
夾擊之下，建筑遺產(chǎn)的生存環(huán)境日益險惡。那么，又
應(yīng)采取怎樣行之有效的原則方法以達到和諧共生?
在日益達成共識的保護原則與更新利用的實際操作
之間找到合適的結(jié)合點，仍是進一步努力探索的課
題。
參考文獻：
[1] 章見源．見物見人有風(fēng)有貌——愛護歷史文物保護古都風(fēng)貌
[J]．北京規(guī)劃建設(shè)，2001(1)：69．
[2] 衛(wèi)東風(fēng)．從奧塞車站到奧塞博物館的啟示—— 舊建筑改造的
成功案例解析[J]．南京藝術(shù)學(xué)院學(xué)報：美術(shù)與設(shè)計版，2007
(4)：168．
[3] 伍江．“立新”不必“破舊”—— 浦東一座老房子的保存[J]．
時代建筑，2000(3)：36．
(上接第106頁)
梁中混凝土收縮變形如圖11所示。
圖11 混凝土應(yīng)變(52 )
Fig．11 Stress of concrete(52 )
4 結(jié) 語
混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間與正常使用狀態(tài)相比，
受力體系不同，主要承重結(jié)構(gòu)材料混凝土的基本性
能隨時間變化明顯，施工過程受環(huán)境溫度、濕度及混
凝土收縮和徐變影響大。此外，施工荷載與正常使
用荷載也有較大的不同，施工期結(jié)構(gòu)安全控制以及
施工期結(jié)構(gòu)性能變化對正常使用期性能影響的分析
越來越重要。本文僅主要介紹了工程實測結(jié)果及簡
要分析，數(shù)值分析結(jié)果沒有在此介紹。
參考文獻：
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土木工程學(xué)報，2o01，34(2)：7—11．
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與控制軟件(SAC)及應(yīng)用[J]．建筑技術(shù)，2001，32(5)：302—
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