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混凝土房屋安全控制施工期结构性能实测研究

文档作者：范洁群，华建民文档来源： 1．重庆广播电视大学 2．重庆大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2024年02月22日
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第37卷第3期
2011年6月
四川建筑科学研究
Sichuan Building Science 103
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400052；
2．重庆大学土木工程学院，重庆400045)
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：TU745．1 文献标识码：A 文章编号：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：2010-04-07
作者简介：范洁群(1973一)，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(CSCEC-2008一Z-05)
E—mail：191hjm@163．com
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 ]。
104 四川建筑科学研究 第37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。
匪垂蔓 至三三三回 {f 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
Fig．1 The major efect factor about analysis of
concrete structure during comtructeion
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8O 1TI×33 m，总57层，高度232．0 ITI，
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52层一55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lO个测点，4层共计40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28 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24 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
32组混凝土强度及32组弹性模量在3 d，7 d，
14 d和28 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28 d强度的45．7％ ，同条件养护试块3 d强度已
达28 d强度的49．6％。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28 d弹性模量的61．7％和67．2％ ，这对施工方
案的优化、加快施工进度是有益的。
201 1 No．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 105
5000 5Ooo I． 5000 5000 l 5000 5000 5000 3072 l
I 39200 1 ]
图2 实际测试区域示意(椭圆部分。局部)
Fig．2 Test zone(ellipse part。partia1)
表1 混凝土立方体抗压强度(包括主要统计特征量)
Table 1 Tube compressive strength(including statistical characteristic quantity)
、 s d a 4 d zs d 、
s a 7 d d zs a
标i一1 18．2O 26．60 35．3O 39．8O 同2—1 I8．2O 26．6O 34．2O 36．7O
标l一2 19．5O 29．1O 37．5O 41．8O 同2—2 I8．3O 24．60 33．90 36．8O
标1—3 15．oo 23．o0 32．8O 39．OO 同2—3 i3．8O 21．70 25．60 31．6O
标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±弹性模量(包括主要统计特征量)
Table 2 Compressive elastic modulus(Including statistical characteristic quantity)
、
s a ，d ·4 a zs a 、 s a a 4 a 28 a
标1—1 2．11 2．81 3．25 3．42 同2—1 2．31 2．81 3．o4 3．44
标1—2 2．82 2．97 3．45 3．55 同2—2 2．31 2．67 2．96 3．33
标1—3 2．12 2．66 2．95 3．56 同2—3 1．96 2．70 2．79 3．40
标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．“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52层数据；“一2”代表53层数据；“一3”代表54层数据；“一4”代表55层数据。
106 四川建筑科学研究 第37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=3．008；方差=
0．694)
Fig．3 Elastic modulus of supporting steel pipe(mean
value=3．008；variance=0．694l
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。
10．00
O．00
一l0．00
— 20．00
． 30．0o
施工进程
l 6 ll l6 2l 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86
图4 柱钢筋应力(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
施工进程
l 6 l】16 21 26 3I 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86
55层测试区混凝土浇完
图5 柱钢筋应力(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
施工进程
l 6 ll 16 2i 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76
图6 梁钢筋应力(52一支座)
Fig．6 Stress ofbeam steel bar(52一support)
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
40．00
30．00
20．00
10．00
0．00
． 10．0O
-2O．0O
．30．00
施工进程
1 6 11 16 21 26 3l 36 4l 46 5l 56 6l 66 7l 76
图7 梁钢筋应力(52一跨中)
Fig．7 Stress ofbeam steel bar(52一cross)
施工进程
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
图8 板钢筋应力(52—1 )
Fig．8 Stress of slab steel bar(52—1 )
施工进程
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
图9 板钢筋应力(52—2 )
Fig．9 Stress of slab steel bar(52—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l0所示。
施工进程
1 3 5 7 9 l1 l3 I5 17 l9 21 23 25
图10 传感器(52—1 )
Fig．10 Sensor(52—1 )
(下转第112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
112 四川建筑科学研究 第37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：
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[J]．北京规划建设，2001(1)：69．
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时代建筑，2000(3)：36．
(上接第106页)
梁中混凝土收缩变形如图11所示。
图11 混凝土应变(52 )
Fig．11 Stress of concrete(52 )
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：
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