談如何根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行施工

張 晶 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

談如何根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行施工

張 晶 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

針對設(shè)計(jì)中未考慮施工時(shí)的荷載、順序、工藝等時(shí)，在施工過程中易對結(jié)構(gòu)增加應(yīng)力或產(chǎn)生與設(shè)計(jì)受力變形不同的情況，提出應(yīng)當(dāng)在施工中充分考慮設(shè)計(jì)受力變形情況，并采取相應(yīng)措施及合理的施工工藝，以確保工程質(zhì)量。

設(shè)計(jì)，受力情況，措施，施工工藝

0 引言

結(jié)構(gòu)施工完成后達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的要求包括，安全與使用功能要符合要求，觀感質(zhì)量要符合要求。所以結(jié)構(gòu)需要滿足各種荷載作用下所引起的內(nèi)力以及變形量不超過限值，使其具備足夠的承載能力和正常的使用要求，結(jié)構(gòu)的幾何尺寸與設(shè)計(jì)建筑造型之間的偏差也在允許范圍內(nèi)。

那么，對于工程質(zhì)量來說，施工過程控制尤為重要，且不單單是按照設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行過程質(zhì)量控制，還應(yīng)多一層對結(jié)構(gòu)本身的再深層次認(rèn)識，即對設(shè)計(jì)承載能力、受力方式、設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)愿景完全理解，甚至對設(shè)計(jì)合理性應(yīng)提出質(zhì)疑。然后，在施工前，再針對每一分項(xiàng)工程、每一部位、每一構(gòu)件的施工工藝詳加斟酌，明確提出應(yīng)特別注意的地方，尤其是涉及施工時(shí)實(shí)時(shí)受力和變形與工程完成時(shí)不一樣的情況。

1 施工過程中的受力與設(shè)計(jì)存在著不同

對一般工程而言，設(shè)計(jì)人員往往只進(jìn)行建筑物使用期間的結(jié)構(gòu)受力和變形計(jì)算，很少考慮施工過程中結(jié)構(gòu)的受力變形情況，缺少對在施工過程中產(chǎn)生的附加應(yīng)力和荷載的計(jì)算分析。設(shè)計(jì)所考慮的和施工過程中實(shí)際的荷載、受力特點(diǎn)是有區(qū)別的。施工中的“時(shí)間和路徑效應(yīng)”對結(jié)構(gòu)施工過程中和完成時(shí)的受力狀態(tài)和幾何變形存在影響，近年來，發(fā)生很多大跨結(jié)構(gòu)垮塌情況，很多高支撐、大跨度、大荷載、異形結(jié)構(gòu)、空間三維整體受力結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的垮塌事故多數(shù)都是在施工過程中發(fā)生的。

然而，設(shè)計(jì)在先施工在后，讓設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初結(jié)合施工方案進(jìn)行受力分析和計(jì)算是比較困難的，只能憑經(jīng)驗(yàn)虛擬施工過程，加以適當(dāng)考慮。所以，施工階段結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算和分析顯得尤為重要和必然，施工人員應(yīng)具備這種能力，編制施工方案時(shí)必須考慮結(jié)構(gòu)受力情況，經(jīng)過驗(yàn)算和分析在驗(yàn)證結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)，選擇和確定合理的施工方案。

2 施工時(shí)要考慮設(shè)計(jì)受力的幾種情形

一般需要施工時(shí)考慮設(shè)計(jì)受力和變形的，也是指在施工過程中會產(chǎn)生與設(shè)計(jì)受力不同甚至完全相反的情形，這種受力是隨著施工進(jìn)展動態(tài)變化的。列舉如下幾種情況加以分析：

1)混凝土結(jié)構(gòu)施工中，常見的有以下幾種情況：預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件的制作、堆放、支撐、吊裝、就位過程中的受力是不斷變化的；簡支梁、連續(xù)梁或剛構(gòu)、懸臂構(gòu)件混凝土澆筑時(shí)的澆筑順序，支撐架和模板拆除的先后順序與設(shè)計(jì)受力及變形的關(guān)系。

上層結(jié)構(gòu)施工荷載對下層結(jié)構(gòu)的影響；大跨度、高支模、厚重構(gòu)件施工時(shí)的支撐措施與下部結(jié)構(gòu)承載能力的關(guān)系。

大型懸挑結(jié)構(gòu)支座錨固范圍內(nèi)，平衡反懸挑力的上部結(jié)構(gòu)壓重施工與懸挑結(jié)構(gòu)支撐拆除的先后順序。

抵抗混凝土終凝前沉降變形和收縮徐變(設(shè)計(jì)成型即終凝后由此產(chǎn)生的應(yīng)力大幅減小)應(yīng)采取的施工措施，如薄壁構(gòu)件與厚重結(jié)構(gòu)連接處混凝土的澆筑方法。

2)對于鋼結(jié)構(gòu)等其他結(jié)構(gòu)。大跨度和異形鋼結(jié)構(gòu)、索、膜、殼等結(jié)構(gòu)中，利用空間三維整體受力的結(jié)構(gòu)體系施工時(shí)的方案是否在設(shè)計(jì)受力和變形要求范圍內(nèi)。

加工、運(yùn)輸、吊裝、焊接、安裝過程中的應(yīng)力控制。

組合結(jié)構(gòu)體系中，各種結(jié)構(gòu)受力形式在施工過程中應(yīng)注意的問題。

綜合預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力的順序、方法、時(shí)間、應(yīng)力控制等，預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的合理控制。

3 細(xì)化施工工藝使施工時(shí)受力情況接近設(shè)計(jì)

對于上述各種情形應(yīng)注意以下問題：

1)預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件的制作、堆放、支撐時(shí)，應(yīng)與構(gòu)件參與結(jié)構(gòu)受力后的上下方向一致，并且除在兩(多點(diǎn))重心處下部設(shè)置支點(diǎn)外應(yīng)增設(shè)支點(diǎn)，如在設(shè)計(jì)支座處和因重心下支撐導(dǎo)致彎矩加大的其他部位，吊點(diǎn)應(yīng)與支撐點(diǎn)相同(該部位可承受一定的負(fù)彎矩)，注意吊繩與構(gòu)件角度防止由此加大偏心力矩或者產(chǎn)生力偶。

2)現(xiàn)澆構(gòu)件，混凝土澆筑時(shí)，支撐體系和地基、簡支梁全部承受正彎矩，跨中彎矩最大，混凝土澆筑時(shí)和支撐架、模板拆除順序?yàn)榱藵M足支撐架的承力順序和構(gòu)件相對跨度的由小變大，保證施工時(shí)與設(shè)計(jì)受力情況相同，防止構(gòu)件上部產(chǎn)生裂縫，如果條件允許的情況下，均應(yīng)從中部向支座對稱進(jìn)行。

連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)為剛性節(jié)點(diǎn)，跨中為正彎矩，支座處承受負(fù)彎矩，設(shè)計(jì)一般都增設(shè)負(fù)彎矩筋抵抗受力，對支架來說，只承受從上到下傳來的正彎矩荷載，因此，支架和模板拆除順序也是從跨中依次對稱向支座進(jìn)行；如果先拆除支座處支撐，那么，梁在支座處本應(yīng)承受負(fù)彎矩而突然變?yōu)檎龔澗?，在鋼筋?gòu)造上如果考慮不周未加設(shè)計(jì)，是容易在此處產(chǎn)生裂縫?；炷翝仓r(shí)，也應(yīng)由跨中向兩側(cè)對稱進(jìn)行，如果節(jié)點(diǎn)處混凝土強(qiáng)度等級與橫向構(gòu)件不同，應(yīng)先將節(jié)點(diǎn)澆筑完成，但應(yīng)保證前后澆筑應(yīng)在混凝土初凝前完成，不產(chǎn)生接縫。

懸臂構(gòu)件施工時(shí)，混凝土澆筑和支撐拆除順序均應(yīng)從懸臂端向支座處進(jìn)行。

上述幾種情況支架體系地基須為剛性(半剛性)地基，變形量要控制在允許范圍內(nèi)。

3)多層結(jié)構(gòu)施工時(shí)，一般應(yīng)滿足上層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后方可拆除下層結(jié)構(gòu)的支撐體系。如果遇到特殊情況，比如下層結(jié)構(gòu)比較單薄，承載能力有限，或者遇到上層為大跨度、高支模、厚重構(gòu)件等施工荷載較大時(shí)，下層結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行承載能力、抗變形能力驗(yàn)算，混凝土的抗沖切驗(yàn)算，如不滿足要求，需在下層構(gòu)件底部豎向力傳遞的相同位置增加支撐。

大跨度井字梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)，主支座在周邊，可以理解為四周鉸接(或剛接)的簡支(或剛構(gòu))結(jié)構(gòu)，其支撐體系的拆除應(yīng)從跨中向四周放射依次進(jìn)行。

4)大型懸挑結(jié)構(gòu)，其支座的錨固范圍，水平錨固筋一般在墻柱內(nèi)，必須等上一層次的墻柱施工完成，即平衡反懸挑力的上部壓重結(jié)構(gòu)施工完成后，方可拆除懸挑結(jié)構(gòu)支撐，防止反撬。

5)混凝土終凝前存在一定幅度的沉降和收縮徐變(設(shè)計(jì)成型即終凝后由此產(chǎn)生的應(yīng)力大幅減小)，比如較為厚重的墻柱與薄壁的板相接并同時(shí)澆筑時(shí)，豎向構(gòu)件澆筑完成后立即澆筑水平薄壁構(gòu)件，由于厚重結(jié)構(gòu)的沉降變形和收縮變形較大，在凝固的過程中會在交接處產(chǎn)生裂縫。為避免和降低裂縫產(chǎn)生，如果墻柱與板同時(shí)澆筑，澆筑時(shí)需待厚重構(gòu)件完成一定時(shí)段的沉降收縮變形，這個(gè)時(shí)段最好掌握在混凝土即將初凝前進(jìn)行。如果難以保證時(shí)間，設(shè)計(jì)和施工工藝允許分開澆筑時(shí)，盡可能采用分開澆筑的方法。

6)大跨度和異形鋼結(jié)構(gòu)、索、膜、殼等結(jié)構(gòu)中，利用空間三維整體受力的結(jié)構(gòu)體系施工時(shí)，施工方案一般分為整體吊裝、散件高空拼裝、分單元(體系)地面散拼后高空安裝或其他安裝方法幾種情況。如大型鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，采取的施工方法不同，其施工過程中受力變形的控制側(cè)重點(diǎn)不同。如果是整體吊裝，必須考慮吊點(diǎn)位置是否能夠承載集中荷載，計(jì)算設(shè)計(jì)受力與施工受力正負(fù)差值是否超出構(gòu)件強(qiáng)度、剛度承載能力，另外，還應(yīng)考慮整個(gè)體系的整體空中吊裝穩(wěn)定性；如果是高空散拼，則需考慮栓接和焊接應(yīng)力疊加對屋跨結(jié)構(gòu)變形的影響，對薄弱構(gòu)件承載力和變形的影響；如果是分單元(體系)地面散拼后高空安裝，則應(yīng)綜合考慮上述兩種情況，各參數(shù)是否在設(shè)計(jì)受力和變形要求范圍內(nèi)，同時(shí)，施工時(shí)還要進(jìn)行應(yīng)力和變形監(jiān)測，防止突發(fā)情況發(fā)生。

另外，在構(gòu)件的加工、運(yùn)輸、吊裝、焊接、安裝過程中均應(yīng)采取應(yīng)力控制。

組合結(jié)構(gòu)體系中，比如傘狀索塔和膜、殼組合型的建筑物，膜、殼主要承受表面張力，拉索主要承受軸心拉力，邊柱(樁、錨定)抗拔(抗彎、抗剪)、中柱抗壓，其他梁板結(jié)構(gòu)按正常受力考慮。各種結(jié)構(gòu)受力形式在施工時(shí)盡量按照設(shè)計(jì)受力形式進(jìn)行，混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度或規(guī)范要求的施工強(qiáng)度后進(jìn)行安裝和上部結(jié)構(gòu)施工。

綜合預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力的順序、方法、時(shí)間、應(yīng)力控制等必須按照設(shè)計(jì)要求和預(yù)應(yīng)力施工的有關(guān)規(guī)范進(jìn)行，預(yù)應(yīng)力施工時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，構(gòu)件剛度的要求，施加應(yīng)力時(shí)結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)施的整體穩(wěn)定性要求均應(yīng)合理控制，嚴(yán)格按照工藝順序和設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。

4 結(jié)語

工程施工人員不一定會搞圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，但必須懂得結(jié)構(gòu)受力，必須懂得設(shè)計(jì)意圖，對設(shè)計(jì)文件完全理解。施工過程中，如果盲目施工，不考慮構(gòu)件的過程受力和變形，很可能會導(dǎo)致構(gòu)件破壞或者垮塌的嚴(yán)重后果，因此，這個(gè)問題絕對不可以忽略，是值得施工人員深究的問題。

[1] GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 99—2012，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 白璐石.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)施工過程受力分析[J].城市建設(shè)(下旬刊)，2011(19)：21-23.

Discussion on how to construction according to structural stress conditions

Zhang Jingliang

(ShanxiConstructionEngineering(Group)Co.,Ltd,Taiyuan030002,China)

In view of the design did not consider the construction load, order, process, etc., in construction process easy to produce and design to structure increase stress or the stress of the mechanical characteristics of different situation, proposed should give full consideration to design force in the construction, take corresponding measures and reasonable construction technology, to ensure the engineering quality.

design, stress condition, measures, construction technology

2015-08-26

張晶亮(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0114-03

TU745

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