淺談施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全分析與安全指標

施寶林

摘要：隨著近年建筑業(yè)的發(fā)展，施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全問題備受社會關(guān)注。在施工過程中，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行必要的安全分析顯得尤為重要，安全分析應(yīng)主要建立在以結(jié)構(gòu)荷載、荷載效應(yīng)和抗力以及合理計算的基礎(chǔ)上。文章在建筑結(jié)構(gòu)可靠性理論的基礎(chǔ)上，研究并討論了荷載、荷載效應(yīng)及抗力的特點并進行必要的安全分析。

關(guān)鍵詞：施工期；荷載效應(yīng)；安全分析

現(xiàn)今的建筑業(yè)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，建筑單位不僅要保證整個工程結(jié)構(gòu)的安全性，更要努力抓緊工程進度從而縮短工程的施工周期。為了達到上述兩個方面的效果，在施工期必須有一個合理、安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計。但就目前我國的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及施工規(guī)范來看，并沒有對施工期結(jié)構(gòu)的安全要求做出明確的要求，從而使得我國施工期結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生率明顯高于使用期結(jié)構(gòu)安全事故發(fā)生率。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)。

1.施工期荷載的特點

（1）隨著施工過程的不斷進行，施工期結(jié)構(gòu)的荷載類型也不斷發(fā)生著變化。如在樓板澆注時，模板與支架的重量就應(yīng)該歸為恒荷載的范疇；但是當(dāng)澆筑完成、模板拆除時，附近單元拆下來的模板與支架堆就應(yīng)該歸為活荷載。

（2）在施工期由于混凝土內(nèi)含有大量的水分，隨著水分的蒸發(fā)以及混凝土的不斷收縮變化，混凝土的重量也會隨之產(chǎn)生變化。所以，雖然混凝土在正常使用過程中的重量變化是可以忽略的，但在施工期混凝土重量的變化是影響施工結(jié)構(gòu)安全的重要因素。

（3）由于施工所在地的經(jīng)濟、地理、結(jié)構(gòu)類型以及施工單位的現(xiàn)場管理水平、施工方案、環(huán)境溫濕度、施工場地條件等因素的影響，從而使得在施工的不同階段所產(chǎn)生的活荷載類型有很大的不同。

（4）一些處于施工期的工程活荷載有著顯著的動力荷載特征，荷載效應(yīng)大大增加，按照相關(guān)規(guī)定的要求對于此類的活荷載應(yīng)該乘以1.1～1.3的動力系數(shù)；某些建筑材料堆積在建筑中的局部面積上，這些材料堆就會以集中荷載的形式出現(xiàn)。

2.施工期抗力的特點

2.1施工期與正常使用期抗力的異同

2.1.1不同階段抗力的變化存在著較大的差異

在施工期內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗力會隨著時間的不斷增加而逐漸增長，這一增長值在前期會較大。當(dāng)達到28？d齡期后，增長值會逐漸變小，而抗力也會逐漸接近設(shè)計時所要求的范圍。而在使用期前期結(jié)構(gòu)的抗力變化較小，但隨著時間的推移，混凝土碳化、鋼筋腐蝕的影響從而使得整個結(jié)構(gòu)的抗力逐漸下降。

2.1.2抗力分析的時間有著很大的差異

根據(jù)相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準的規(guī)定，一般建筑的設(shè)計基準期為50？a，但結(jié)構(gòu)施工期只有2～3？a。施工期的抗力分析應(yīng)該歸為短暫工況抗力分析，一些外界因素的影響可忽略不計，如地震作用、強風(fēng)作用等。

2.2施工期抗力的影響因素

影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素有混凝土?xí)r變強度、鋼筋與混凝土間黏結(jié)、早期抗力計算方法、構(gòu)件幾何尺寸、縱筋配筋率、鋼筋類別等。

在施工期中，混凝土的抗壓強度與澆注齡期呈正比關(guān)系，而早齡期構(gòu)件的抗力直接受混凝土強度的影響，早齡期構(gòu)件抗力的增長速度又與拆模時間有著密切的關(guān)系。在實際工程中，混凝土強度的推算是以同條件下養(yǎng)護試塊為依據(jù)的，因此，進行必要的試塊與實體強度的對比分析，在施工期中的安全分析上是一種有效的手段。

2.3施工期結(jié)構(gòu)的可靠度

相比較于使用階段和老化階段，在施工期結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)險較大。所以，進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期可靠度和安全性分析是必要的，而且這一分析應(yīng)該建立在準確把握荷載及荷載效應(yīng)、抗力的時變特性及可靠度指標合理計算的基礎(chǔ)上。在我國現(xiàn)在對施工期結(jié)構(gòu)的可靠度分析方法較少，并且對施工荷載的統(tǒng)計資料很不全面。在建筑施工期內(nèi)，安全性和可靠度的分析是隨時間的變化而不斷變化的，多數(shù)情況下，采用的是離散型的時間凍結(jié)進行處理，把施工期建筑結(jié)構(gòu)化為一序列時不變結(jié)構(gòu)進行受力分析，研究結(jié)構(gòu)工作過程中若干最不利狀態(tài)，在每個狀態(tài)的分析過程中均不考慮結(jié)構(gòu)性能隨時間的變化。在實際分析中，首先力學(xué)分析的最不利工作狀態(tài)的確定，應(yīng)根據(jù)建設(shè)經(jīng)驗、現(xiàn)場調(diào)查、結(jié)構(gòu)特點和建造過程確定；其次確定各個最不利工作狀態(tài)的荷載種類，并對其進行適當(dāng)?shù)暮奢d組合；最后確定在結(jié)構(gòu)強度、剛度和穩(wěn)定性計算校核中使用的安全系數(shù)，并考慮結(jié)構(gòu)所處的工作狀態(tài)及其在各個工作狀態(tài)的持續(xù)時間、施工超載發(fā)生的概率等因素的影響。

施工期結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度應(yīng)根據(jù)實際施工過程中結(jié)構(gòu)的外形、施工進程、材料性能的變化來進行計算。定義結(jié)構(gòu)施工期各施工進程的經(jīng)時結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為：

Z（t）=R（t）-SG（t）-SL（t）

將對各施工進程的抗力R（t）和荷載效應(yīng)SG（t），SL（t）進行分析計算，最后由一次二階矩方法求得可靠度指標。

總之，在不同階段，建筑結(jié)構(gòu)的荷載分布以及抗力增長有很大的不同，實際生產(chǎn)中應(yīng)該結(jié)合具體的施工結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)不同施工階段進行相應(yīng)的可靠度安全性分析，從而得到施工期內(nèi)剛及混凝土結(jié)構(gòu)的最不利狀態(tài)，從而為施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全分析提供重要的依據(jù)。（作者單位：南京市第九建筑安裝工程有限公司）

參考文獻：

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