钢筋混凝土结构施工期质量保证的新方法探讨

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1、第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年 钢筋混凝土结构施工期质量 保证的新方法探讨 巴松涛 ( 河南省建筑科学研究院，河南郑州4 5 0 0 5 3 ) 提要由于钢筋混凝土结构施工期质重事故的高比率发生，结构的掩工期质量如何得到保证已倍受 关注。本文基于工程结构可靠性理论，探讨了钢筋混凝土结构的施工期可靠性，提如应开发基于可靠性 理论的钢筋混凝土结构施工技术，以有效控制结构的施工质量，费用达到经济合理。 关键词钢筋混凝土结构；可靠性；质量：施工期 近些年来，建筑工程重大质量事故不断发生，其中施工建造过程中发生的事故占有相 当大的比例，有资料表明，大约2 3 以上的事故发生于施工

2、建造过程中。 事故的发生，或者是在无证设计、无证施工等非正常情况，或者是在正常设计、正常 旋工等情况，只是事故的严重程度，前者要比后者大得多。施工建造阶段、正常使用阶段 和老化阶段构成了结构的生命历程，相比较各阶段的可靠性研究及成果应用而言( 正常情 况) ，研究较多也较为成熟、成果应用较 好的是结构的正常使用阶段，这个阶段 的失效风险率也最低；研究较少也不成 熟更谈不上成果应用的正是结构的施工 建造阶段，这个阶段的失效风险率也最 高；失效风险率沿结构生命历程的变化 曲线如图1 所示，该曲线称为“浴盆曲 线，【。对施工建造阶段的工程结构缺 乏可靠性研究，是引起该阶段工程事故 高发的主要原因之一

3、。 施工建造期设计基准期 生命历程( 年) 图l 结构历经时期与失效概率关系示意 在现浇钢筋混凝土结构的施工期，任一时刻的施工荷载是由部分混凝土结构构件、模 板及其支架组成的临时承载体系来承担的，一方面临时承载体系中混凝土结构构件尚未达 到设计强度，另一方面施工荷载对混凝土结构构件产生的荷载效应比使用荷载可能更为不 利，从而容易造成混凝土结构构件( 甚至整个结构) 发生质量事故，如结构性裂缝、过大 的变形甚至倒塌等；图2 说明了施工期结构失效概率大于正常使用期结构失效概率的原因， 巴松涛男，1 9 6 8 1 0 出生，工学博士高工 建设部科研攻芰项目0 1 2 - 0 0 3 第十八届全国高

4、层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年 也对图l 进行了补充说明( P ，、p j 分别为结构施工期、正常使用期的失效概率，R 、s 分别为结构施工期抗力、荷载效应，R 、S 分别为结构正常使用期抗力、荷载效应， f ( r ，J ) 、厂( ，S ) 分别为( R 、S ) 和( R 、S ) 的联合分布函数) 。 施工期钢筋混凝土结构的可靠 性，涉及到两个不同的系统：模板及 其支架和钢筋混凝土结构本身。模板 及其支架的可靠性，影响着施工期钢 筋混凝土结构的可靠性，如其构件在 混凝土浇筑阶段的失效可能引起混凝 士构件局部的失效，文【2 】对模板及其 支架的可靠性进行了研究，提出了模 板及其

5、支架的可靠性分析方法。施工 期钢筋混凝士结构的可靠性，国内外 学者已进行了一些研究：文【2 】针对结 S ，R S 7 ，R 图2 结构施工期和正常使用期之失效概率示意 构施工期的特点，提出了对应施工阶段的逐步计算分析方法；文f 3 】提出了对施工期结构进 行安全性分析的基本方法，并应用于美国佛罗里达州科卡海滩一幢5 层现浇钢筋混凝土结 构完全倒塌事故的分析，从施工期结构的安全性出发分析了事故发生的原因；文【4 】探讨了 影响施工期结构安全的有关因素，指出了应采取的措施；文【5 】为了保证结构的安全施工， 综合考虑了结构的设计状况、施工方案、现场条件等因素，建议了结构施工安全设计应考 虑的条件

6、；文【6 】提出了用计算机数值模拟方法计算分析施工过程中结构安全性的方法；上 述这些研究基本上针对结构的安全性进行的。有关施工期钢筋混凝土结构工程质量事故的 调查资料表明H 7 引，要在杜绝工程质量事故发生的情况下，顺利地对钢筋混凝土结构进行 施工，不仅仅是只在安全性方砸得到保证，而是要在可靠性方面得到全面满足。 1 施工期钢筋混凝土结构的可靠性 1 1 施工期钢筋混凝土结构的可靠性涵义 结构的可靠性是指愧州在规定的时间内，规定的条件下，保证结构达到预期功能的能 力。这个定义仍适用于施工期钢筋混凝土结构，但是，定义中规定的时间、规定的条件和 预期的功能，却具有独特的内涵。 规定的时间，对于施工

7、期结构来讲，一般为一年或二二年等，是由施工单位综合其施工 设备情况、垂直运输情况、材料供应情况、现场条件、结构的设计状况以及施工人员工程 素质等，经与建设单位协商，以合同形式规定的，它大大短于现役结构的设计基准期( 般为5 0 年) 。 规定的条件，对于施工期结构来讲，一般仅指结构的正常设计和正常施工，而对予现 役结构，尚应包括正常使用。在这样的条件下，涟工期结构承担的荷载以及其抗力已不同 予现役结构：受时间参数的影响更加明显，描述它们的概率模型应用随机过程模型；抗力 1 1 1 2 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年 还处于发展阶段，但仍要与模板及其支架共同抵抗施工荷载，

8、施工荷载包括：新浇筑的混 凝土自重、钢筋自重、模板及其支架自重、旌工人员及施工设备荷载、振捣混凝土时产生 的荷载、新浇筑混凝土对模板侧面的压力、倾倒混凝土时产生的荷载、施工材料堆载以及 风荷载等；至于地震、火灾、爆炸和撞击等突发性荷载，由于发生概率较小，在相对较短 的施工期内不予考虑。 预期的功能，对于施工期结构来讲，是指在施工期经济合理的前提下，符合安全性、 正常施工的要求；而对于现役结构来讲，则是在正常使用期经济合理的前提下，在安全性、 适用性、耐久性方面的要求。这里，安全性的涵义不同，施工期结构的安全性是指具有部 分抗力的结构能承受正常施工时的施工荷载( 甚至大于结构的设计荷载，尤其当结

9、构的设 计活荷载与设计恒荷载之比小于l 时协1 ) ；难常施工的要求是指施工期结构在正常施工时没 有超过现行规范规定的有关交形、偏差等的限值，且不允许钢筋混凝结构构件出现结 构性裂缝。 上述分析表明，施工期钢筋混凝土结构的可靠性有其特殊的涵义，异于正常使用期结 构的可靠性涵义，这将会导致施工期结构与正常使用期结构有所不同的极限状态。 1 2 施工期钢筋混凝土结构的极限状态 从施工期工程结构事故统计调查来看，钢筋混凝土结构延性破坏构件( 如板、梁) 在 施工期多出现变形、裂缝等质量事故，很少出现破坏事故；脆性破坏构件出现事故并不常 见，但以往无梁楼盖结构体系曾发生过重大倒塌事故，并进行过楼板冲切

10、破坏情况的研究。 综合考虑，施工期钢筋混凝土结构构件的极限状态可分为承载能力极限状态和正常施工极 限状态。 ( 1 ) 承载能力极限状态 这种状态相应于施工期结构预期的安全性要求，当随时间变化的施工期结构或结构构 件的承载能力状态，出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态。 整个结构或结构构件的一部分失去平衡。 结构构件或连接因材料强度发展不足超载而破坏，或因过度的变形或偏差不适予继 续承担施工荷载等。 结构或其局部成为机动体系。 结构或结构构件丧失稳定。 上述儿种状态均是在模板及其支架的影响下出现的，为了使这种影响尽可能小，就必 然要求模扳及其支架在安装时及钢筋混凝结构施工时有足够的

11、强度、刚度和稳定性，模 板及其支架的拆除必须达到现行规范l 的要求。 ( 2 ) 止常施工极限状态 这种状态相应于施工期结构预期的正常施工要求，当随时间变化的施工期结构或结构 构件的正常施工状态，出现下列状态之一时，即认为超过了正常施工极限状态。 影响止常施： 的结构或结构构件的变形、偏差等。 影响到结构或结构构件外观的局部损坏。 影响l E 常施工的振动( 如混凝土泵送车的不当泵送、运料车的移动及倾倒混凝土料 l l l 3 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年 时的冲击等) 。 影响正常施工的结构或结构构件的其它特定状态。 模板材料、混凝土的浇筑质量和拆除模板质量等影响施

12、工期结构或结构构件的表面质 量。正确地选用与模板材料相符合的油质或其它化学隔离剂可有利于模板的拆除，并在很 大程度上消除一些表面混凝土缺陷，如混凝土剥落、掉角等；混凝土浇筑的高质量，可避 免蜂窝、麻面等表面混凝土缺陷。 将施工期钢筋混凝土结构或结构构件的极限状态，区分为承载能力极限状态和正常施 工极限状态，可使可靠性分析就这两种状态分别进行，以使结构或结构构件的施工更为安 全可靠地进行。 2 开发基于可靠性理论的钢筋混凝土结构施工技术研究 为确保旋工期钢筋混凝土结构的质量与安全，同时满足快速高效施工的要求，应开发 研究基于可靠性理论的钢筋混凝土结构施工技术。 对于待施工的( 多层或高层) 现浇

13、钢筋混凝土结构工程，最初所需投资包括混凝土工 程费用、钢筋工程费用和模板工程费用等，混凝土工程费用和钢筋工程费用因结构设计已 定而基本不变，模板工程费用则随选择的施工方案不同丽变化。在施工工期已定的情况下， 若选择模板投入量较多的施工方案，模板工程费用将会提高，钢筋混凝土结构的施工趋于 更安全可靠；若选择模板投入量较少的施工方案，模板工程费用将会降低，钢筋混凝土结 构的施工的安全可靠程度下降。鉴此可知，在钢筋混凝土结构的施工中存在着一个安全与 经济的矛盾问题。钢筋混凝土结构的施工，绝对安全是不可能达到的，但在可接受的概率 水平上可以得到保证，这也是开发研究基于可靠性理论的钢筋混凝土结构施工技术

14、应遵循 的原则。 开发研究基于可靠性理论的钢筋混凝土结构施工技术，需要进行广泛的有关施工荷载、 结构构件抗力、施工方案、经济数据等信息的收集、整理和分析，以得到有关的统计数据， 推出施工期结构或结构构件的可靠性分析方法、可靠性的目标水准及可靠性控制方法等。 同时，现场数据的采集也为模板及其支架的可靠性设计提供有依据的有关参数。 3 结语 近几年来，工程结构的质量问题，已广泛引起工程技术人员乃至人民大众的关注。开 发基于可靠性理论的钢筋混凝土结构施工技术研究，是遏制结构施工期质量事故发生的有 效措施之一，钢筋混凝土结构实时监测信息化施工的需要，同时，也是对结构生命全过程 可靠性研究的完蒂。 参考

15、文献 【l 】赵国藩，工程结构可靠性理论与应用大连：大连理工大学出版社，1 9 9 6 1 1 1 4 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年 【2 】佟晓利，钢筋混凝结构掩工期可靠性研究( 博士学位论文) ，大连理工大学，1 9 9 7 【3 】A y y u bBM S t r u c t u r a lS a f e t yA n a l y s i so fR e i n f o r c e dC o n c r e t eB u i l d i n gd u r i n gC o n s t r u c t i o n ( P h D D i s s e r t a

16、t i o n ) ，U S A , G e o r g i aI n s t i t u t eo f T e c h n o l o g y , 1 9 8 3 【4 】4K a m i n e t z k yDa n dS t i v a r o s PC E a r l y A g eC o n c r e t e ：C o n s t r u c t i o nL o a d s ，B e h a v i o r , a n dF a i l u r e s C o n c r e t eI n t e r n a t i o n a l ，19 9 4 ，l6 ( 1 ) ：5 8 - 6 3 【5 】D u a nM za n dC h e nW F - D e s i g nG u i d e l i n e sf o rS a f eC o n c r e t eC o n s t r u c t i o n C o n c r e t eI n t e r