模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响.精品文档.模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响第22卷第4期2005年8月工程ENGINEERING力学MECHANICSVb1.22NO.4Aug.2005文章编号:10004750(2005)04.0137.05模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响赵挺生,张传敏,方东平(清华大学土木水利学院建设管理系,北京100084)摘要:对现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间,模板支撑系统架设中可能存在的薄弱层对施工荷载分布的影响,提出了简化分析方法,并用工程实测结果进行了验证,表明模型计算结果的正确性.分析表明,模板支撑薄弱层将导致模板支撑薄弱层的上部楼板承担的施工荷载增大,而模板支撑薄弱层下部楼板承担的施工荷载减小;实测表明,模板支撑薄弱层上的楼板承担的施工荷载同比增大约4.3%,薄弱层下的楼板承担的施工荷载减小约3.9%.施工期间应避免模板支撑薄弱层的出现,以防模板支撑薄弱层可能带来的风险.关键词:钢筋混凝土结构;施工阶段;模板支撑;薄弱层;分析;测试中图分类号:TU318文献标识码:AEFFECToFWEAKENEDSHoRINGLAYERoNLoADDISTRIBUTIoNoFREINFoRCEDCoNCRETESTRUCTURESDURINGCoNSTRUCTIoN'ZHAOTing-sheng,ZHANGChuanmin,FANGDong-ping(DcparnentofConstructionManagement,TsinghuaUniversity,Beijing100084,Chma)Abstract:Newlyplacedreinforcedconcretestructuresduringconstructiongenerallyaresupportedbyformwork,whichtransfersconcretedeadweightandliveloadstotheplacedRCfloors.Thistemporarilyloadcarryingstructurewhichconsistsofearlystageconcretestructuresandformworkistimedependent.Itsform,materialpropertyandspacelocationallcontinuouslyvarywithconstructionprogress.Intheanalysisofthetimedependentstructure,spacinguniformityandunchangedpositionofshoresinupperanddownlevelaregenerallyassumed.butinpracticethereiSformworkwhichiSnotconsistentwiththatofshoresinupperanddownlayers.Thisresultsinredistributionofconstructionloadsbetweenearlystageconcreteslabsandshores.Foranalyzingtheeffectofweakenedshoringlayeronloaddistributionofreinforcedconcretestructuresduringconstruction,onesimplifiedmethodisproposed,andverifiedbytheresultsofengineeringmeasurement.ItisfoundthatconstructionloadcarriedbytheslababovetheweakenedshoringlayeriSincreased.andtheconstructionloadontheslabbelowtheweakenedshoringlayeriSdecreased.Themeasurementsforonehighriseconcretebuildingduringconstruction,indicatethattheloadcarriedbytheslababovetheweakenedshoringlayeriSincreasedbyabout4.3percent.andtheloadcarriedbytheslabbelowtheweakenedshoringlayeriSdecreasedbyabout3.9percent.Therefore,weakenedshoringlayershouldbeavoidedtoreducetheriskofreinforcedconcretestructuresduringconstruction.Keywords:reinforcedconcretestructures;weakenedshoringlayer;constructionprocess;shores;analysis;measurement收稿日期:20030813;修改日期:20030928基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2003033159):国家自然科学基金资助项1I(50378051)作者简介:?赵挺生(1963),男,河南人,高级工程师,博士后,从事结构分析和建筑可靠性鉴定加固研究(E-mail张传敏(1973),男,河南人,硕士生,从事工程管理和结构工程研究;方东qz(1963),男,北京人,教授,博士,从事工程管理,结构工程及古建筑保护研究.or吕cn);138工程力学现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间,新浇注楼层混凝土结构自重荷载以及施工活荷载通常由模板和支撑系统支撑,将其传给先前已浇好的一层或多层楼板.这一由模板支撑系统和早龄期钢筋混凝土结构组成的临时承载体系,是材料性能,结构形状,空间位置均随时间变化的时变结构体系.它是施工期现浇钢筋混凝土建筑结构设计验算的对象,正确分析这一时变结构的受力性能,是现浇钢筋混凝土建筑结构施工安全控制和施工质量控制的关键.为此,自1953年Neilsen1J首次研究模板支撑与早龄期钢筋混凝土结构共同作用性能以来,国内外不少学者针对多高层板柱建筑施工期间早龄期钢筋混凝土结构与模板支撑体系分析模型进行了研究,相继建立简化分析模型【2J,精化分析模型|jJ,等效框架分析模型【4】,针对梁板柱体系(包括剪力墙体系)建筑结构的平面杆系线弹性分析模型【5】,并得到工程实测验证【6】.这些分析模型的一条重要假定是模板支撑在楼层内均匀分布,各楼层模板支撑轴线位置相同.而在施工中,由于人为地设置行人通道,运输通道,以及碰撞等无意的施工差错,往往会出现某层模板支撑与上下层模板支撑轴线偏离,支撑数量减少,导致模板支撑系统出现薄弱层,它对施工荷载分布有无影响,影响如何,就成为一个有待回答的重要问题.本文基于模板支撑系统与早龄期钢筋混凝土楼板共同作用原理,对模板支撑系统的薄弱层对施工荷载分布的影响进行了分析,并对某实际工程施工中出现的模板支撑薄弱层的支撑内力进行了现场实测.1简化分析方法为分析模板支撑薄弱层对施工荷载分布的影响,假定在施工期间由早龄期钢筋混凝土结构和模板支撑系统组成的临时承载体系中,模板支撑在楼层内均匀分布,除模板支撑薄弱层外,其余楼层模板支撑轴线位置相同,不考虑混凝土的收缩和徐变,与楼板刚度相比基础为无限刚性.设标准楼层模板支撑单位面积平均刚度为,薄弱层模板支撑单位面积平均刚度F,设为标准层的1/倍,即K=KP/.假定模板支撑设置层数为层,在由模板支撑系统和早龄期钢筋混凝土结构组成的临时承载体系中,楼层和模板支撑从下往上编号,楼层编号i(i=1,2,+1),模板支撑编号.1,2,),各楼层混凝土弹性模量与28天龄期的混凝土弹性模量之比为L(1,2,N+1).28天龄期的钢筋混凝土楼板竖向变形刚度与标准层模板支撑竖向刚度之比为,称为施工时变结构体系的弹性特征值¨】,则施工时变结构体系中楼层楼板刚度与模板支撑刚度之比可以表示为/KF=f(i=1,2,N+1),若i层为薄弱层模板支撑,则薄弱层上楼板刚度与模板支撑刚度之比可以表示为/KF=乒f.在外荷载F作用下,楼板的竖向变形(挠度)为如(1,2,+1),支撑的竖向压缩变形为丹(=1,2,),第-,层模板支撑上下楼层(f层和f+l层)间的变形协调条件为:+l=+dFi(f:1,2,)(1)?=开=则,f+l层楼板与i层楼板承担的荷载比值为】:F.:鱼1:FiKsi,KFiFi一等(1扰")+(2)(i+l,i)(I,2)且:=F(3)式中:F为施工时变结构体系承担的外荷载,浇注时,外荷载F=ID,D为单位楼板重量;拆模时,楼板及模板支撑编号与浇注时相反,应从上到下编号,为施工时变结构体系中的底层支撑拆除前承担的荷载.联立式(2),式(3)求解即可获得在外荷载F作用下,各楼层分担的荷载(j=1,2,+1):l_一'l+F(2,1)+F(3,2)?F(2,1)+F(+1,)F(2,1)F(2,1)?F(i,i1)'一1(4)如对于连续设置三层模板支撑系统,有:模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响139:!一'1+F(2,1)+F(3,2)?F(2,1)+F(4,3)?F(3,2)?F(2,1)F(2,1)?FIF3=F(3,2)?F4=F(4,3)?F3(4a)当时变结构体系中的第,层为模板支撑薄弱层时,用1/凡代替式(2)中的K凡,获得模板支撑薄弱层上下楼层(f层和f+l层)分担的荷载之比为:等=等强+丝.+F(i,i一1)?F(f一1,i一2).(5)而F(iiF(2l,j),一1)?,1),fj1,2,)2模型的实测验证某高层建筑,上部结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙体系.标准层楼层层高均为4000mm,混凝土楼板厚度为110ram,梁板混凝土设计强度等级为C30,标准层结构平面如图1所示.rJL1._L'L1_L上一2j.Jt-一.r一_1f'1一r.一,L.J图l测试楼层平面示意图Fig.1Planviewofstandardlayer标准层施工采用三层模板支撑,施工周期7天,顶层混凝土浇注后的一天内拆除底层模板支撑.模板支撑体系采用木质9层胶合板模板,厚20mm,45ram×85mm方木搁栅,48mm×3.5mm钢管支柱(实测弹性模量为1.8214e5N/mm),支架间距800mm×lO00mm.施工期间,在某一标准层架设的模板支撑与上下层模板支撑轴线位置偏离,支架减少,产生模板支撑薄弱层,如图2所示.采用YJ28AP10R静态数字电阻应变仪+3ram胶基丝栅应变计,对模板支撑薄弱层的上下层模板支撑的内力进行了现场实测,测试现场以及测试仪表如图3所示.每根模板支撑布置两片应变计,取其平均值作为测试支架的应变.从支撑架设开始记录支撑应变,以支撑拆除前后应变读数差值作为模板支撑传给楼板的最大应变,由此,计算支撑传给楼板的最大施工荷载,见表11】.根据施工期间是否控制施工活荷载,考虑2.5kN/m或0.5kN/m的施工活荷载,依据本文模型计算出的薄弱层上下楼层承担的最大施工荷载也列入表1中.溯试层薄弱层溯l试层日_图2测区上下楼层支架布设方式Fig.2Arrangementofshorelays图3测试现场一角Fig.3Sceneoftesting表1测试结果与计算结果比较(单位:D)TablelComparisonofengineeringtestingwithcalculatingresults(unit:D)实测结果计算结果比较序号位置支架序号支架荷载楼板荷载楼板荷载/l1.242.2421.222.22薄弱31.572.57层l上42.143.14楼层51.432.4362.243.24平均1.642.642.581.023l0.541.54薄弱22.253.25层2下32.343.34楼层40.571.57平均1.432.432-351.034D一表示单位面积楼板自重:'=(1).工程力学从表1可以看出,计算结果与现场实测结果基本一致,表明本文模型具有一定精度.与两次测试均值f为2.53D)相比,薄弱层上的楼板承担的施工荷载增大约4.3%;薄弱层下的楼板承担的施工荷载减小约3.9%.3薄弱层影响分析基于本文模型,对110mm厚楼板,层高4000mm,支撑网格1000mm×800mm,C30混凝土,巾48mm×3.5mm钢管支撑,7天施工周期,两层模板支撑,三层模板支撑和四层模板支撑三种施工方案,顶层混凝土浇注后的第一天拆除底层模板支撑,模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间各楼层承担的施工荷载的影响进行了分析,如图4所示.2.32.282.26譬2.242.222.2O12345678910l1楼层(a)薄弱层位于标准层(-层模板支撑,第1天拆模)12345678楼层(b)模板支撑薄弱层位于3层(三层模板支撑,第1天拆模)(c)模板支撑薄弱层位于5层(三层模板支撑,第1天拆模)01234567891011楼层(d)模板支撑薄弱层位于9层(三层模板支撑,第1天拆模)2.42352.32252.22152.10l23456789lUll楼层(e)薄弱层位于标准层(四层模板支撑,第1天拆模)图4模板支撑薄弱层对楼层承担最大施工荷载的影响Fig.4Effectofweakenedshoringlayeronconstructionloadredistribution由图4可见,模板支撑薄弱层的存在,将导致其上楼板承担的施工荷载增大,而其下的楼板承担的施工荷载明显减小,薄弱层下楼板承担的施工荷载的减小幅度大于其上楼板承担的施工荷载增大幅度.影响楼层数为模板支撑设置层数.4结果讨论现浇钢筋混凝土结构施工期间,承担荷载传递的模板支撑系统是连续均匀分布的弹性支撑,支撑楼板是弹性板,可以简化为图5所示模型11121.F图5时变结构简化模型Fig.5Simplifiedmodeloftime-dependentstructuralsystem在外荷载F作用下,根据变形协调和力的平衡,可知:F=F+FV(6)=下(7)上上(支)上(+(8)模板支撑薄弱层对现浇钢筋混凝土建筑结构施工荷载分布的影响l4l式中:卜体系承担的外力;F,分别为上下层楼板分担的荷载:,下分别为上下层楼板的变形;k,k下分别为上下层楼板的刚度;k古为弹性支撑的刚度;由式(8)可以看出,带弹性支撑的楼板承担的施工荷载与其刚度成正比,与弹性支撑的刚度成反比(即与弹性支撑的变形成正LL).当施工时变结构体系中存在模板支撑薄弱层时,薄弱层模板支撑变形相对加大,为保持变形协调,其上层混凝土楼板变形同比加大,而带弹性支撑的楼板承担的施工荷载与其刚度成正比,与弹性支撑的变形成正LL(P与弹性支撑的刚度成反比),由此导致薄弱层上的楼板承担的施工荷载增大.同时在施工时变结构体系上的外荷载是常量,模板支撑薄弱层上层楼板分担荷载加大,必然导致下层楼板分担荷载减小.5结论现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间,模板支撑架设中常常会出现模板支撑轴线与上下层模板支撑轴线不一致的情况,出现模板支撑薄弱层.研究模板支撑薄弱层对施工荷载分布规律的影响,对于现浇钢筋混凝土建筑结构施工质量控制和安全控制,具有重要意义.本文对现浇钢筋混凝土建筑结构施工过程中可能存在的模板支撑薄弱层对施工荷载在施工时变结构体系中重分布的规律进行了理论分析和工程实测研究,取得以下成果:(1建立了考虑模板支撑薄弱层的施工时变结构体系简化分析模型.(2)理论分析和工程实测表明,模板支撑薄弱层将导致施工荷载在施工时变结构体系中重分布,影响楼层数等于模板支撑设置层数.(3)模板支撑薄弱层上的楼板承担的施工荷载增大,而模板支撑薄弱层下的楼板承担的施工荷载减小.由于模板支撑薄弱层导致施工荷载在施工时变结构体系中重分布,明显加大上层楼板承担施工荷载,现浇钢筋混凝土建筑结构施工期间,必须严格控制模板支撑施工,防止出现模板支撑薄弱层,从而减低现浇钢筋混凝土建筑结构施工质量和施工安全风险.参考文献:1】KNeilsen.LoadonreinforcedconcretefloorslabsandtheirdeformationduringconstructionR】.BulletinNo.15FinalRepo,SwedishCementandConcreteResearchInstitute,RoyalInstituteofTechnology,Stockholm,l952.2】GnmdyP,KabailaA.ConstructionloadsonslabswithshoredformworkinmultistorybuildingsJ】.ACIJournal,1963,60(12):l729-1738.3】XiL.LiuWaiFahChenandBowmanMD.ConstructionloadanalysisforconcretestructuresJ】_ASCE,JournalofStructuralEngineering,1985,lll(5):1019-1036.4PericlesCStivaros,GrantTHalvorsen,Shoring/reshoringoperationsformultistorybuildingsJ】_ACI,JournalofStructure,l990,87(5):589-596.5】DongPingFang,ChuanDongGeng,HongYiZhu,XiLa.Liu.Floor1oaddistributioninreinforcedconcretebuildingsduringconstructionJ.ACI,StructuralJournal,2001,98(2):149-156.6】AgarwalRK,GardnerNJ.FormandshorerequirementsformultistorybuildingsJ】_ACIJournal,1974,71(11):559-569.7】DRosowsky,TWPhilbrickJr.,DHoston.ObservationsfromshoreloadmeasurementduringconcreteconstructionJ1.JournalofPerformanceofConstructedFacilities,Feb.,1997,ll(1):l8-23.8】AWBeeby.Theforcesinback-propsduringconstructionofflatslabstructuresJ】_ProceedingsofCivilEngineeringStructures&Buildings,2001,146(3):307-3l7.9】DongPingFang,Hong-YiZhu,Chuan-DongGeng,XiLaLiu.On-sitemeasurementof1oaddistributioninreinforcedconcretebuildingsduringconstructionJ】_ACI,StructuralJournal,2001,98(2):l57-163.【l0】Ming-zhuDuma,Wai-FahChen.ImprovedsimplifiedmethodforslabandshoreloadanalysisduringconstructionR】.Projectreport:CE-STR-95-24,PurdueUniversity,1995.1l】赵挺生,方东平,顾祥林,张誉.施工期现浇钢筋混凝土建筑结构的受力特性J】_工程力学,2004,2l(2):6268.ZhaoTingsheng,FangDongping,GuXianglin,ZhangYu.Principlesofcarryingloadsofcastingin-siteconcretebuildingsduringconstructionJ】.EngineeringMechanics,2004,2l(2):62-68.(inChinese)【l2】赵挺生.高层建筑混凝土结构施工阶段安全性分析D】.上海:同济大学.2002.ZhaoTingsheng.Safetyanalysisofhigh-risereinforcedconcretestructuresinconstructionD】.Shanghai:TongjiUniversity,2002.(inChinese)