第4l卷第8期2010年8月 Architecture Technology 建 筑 技 术 ・707・ Vo1.41 No.8 Aug.2010 新型支撑标准化模板体系的试验研究 杨全付 ,马荣全2,徐 蓉 ,马锦明 ,王旭峰 (1.同济大学,200092,上海;2.中国建筑第八工程局有限公司,100097,北京) 摘要:为探求新型支撑标准化模板体系在混凝土结构施工期间的竖向荷载传递规律,对天津泰达项 目试验工程进行现场测试。试验结果表明.在剪力墙住宅结构标准层施工中,支撑轴力不仅与施工进展相关,而 且与支撑所处的位置、拆模方案相关:钢筋应力的变化规律不仅与施工进展相关,而且与拆模方案相关;不同的 拆模方案对支撑架的竖向位移基本上没有影响。 关键词:支撑;钢筋应力;龄期强度;龄期弹性模量;剪力墙结构 中图分类号:TU 755.22 文献标识码:A 文章编号:1000—4726(2010)08—0707—05 EXPERIM NTAL STUDY oN NEW STANDARD FoI WoRK SYSTEM oF SHoRE YANG Quan-fu ,MA Rong—quan。,XU Rong ,MA Jin-ming。,WANG Xu-feng (1.Ton ̄i University,200092,Shanghai,China;2.China Construction 8th Engineering Bureau Co.,Ltd,100097,Beijing,China) Abstract:The purpose of present work is to obtain a detailed knowledge of load distributions during construction of high—rise reinforced concrete structures.An extended on—site measurements programme has been conducted in a multistory reinforced concrete building during its construction.,I'}le axial force and reifnorced stress and the vertical deformation of the support system have been measured in the field measurements.The curves of axial force and reifnorced stress of different position have been described.The result shows that the axial force has been affected by construction progress and template program and support position in the construction of shear wal1 sturcture.The reinforced stress iS similar to the axial force.The vertical deformation of support system has been hardly influenced by template program. Key words:shore;reinforced stress;age strength;age elastic modulus;shear wall structure 在钢筋混凝土结构的施工过程中,施工单位既要 施工期结构安全事故大大高于使用期结构的重要原因 确保结构安全,也要追求工程进度,这就要求施工期结 之一。施工过程中的钢筋混凝土结构,由数层楼板及连 构有一个合理的安全水平来满足两方面的需要。而现 接它们的不可忽视的支撑系统组成。在整个施工过程 行的钢筋混凝土结构设计规范和模板工程施工规范… 中,结构及所承受的施工荷载均随时间变化,属于慢时 并未能为施工期结构提供较统一的安全度要求。这是 变结构体系。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,荷载效应随着施工进程不断累 收稿日期:2010—04—16 积,可使施工过程中楼板承担的荷载远大于结构设计 作者简介:杨全付(1984一),男,河南新乡人,硕士,主要研究方向为模 板和脚手架,e—mail:yangquanfu920@163.eom. 允许的楼板承载能力。这些特点使施工期钢筋混凝土 能否通过试验,证实结构在受力时,虽然在受拉区 有些观点所认为,只有试验才是确定这些数据的唯一 域水泥石有所伸长,但因此时结构内尚存在未完全水 手段。有时实际工程经验更有价值。应该在这两者结合 化反应的水泥浆体,在荷载不再持续增加的情况下,通 的基础上,综合分析研究。在当前,没有更多财力物力 过结构后期的水化反应,应能对先期生成的缺陷进行 进行大量基础性试验的情况下,应积极为日后的研究 修复。 工作积累资料。只强调工程经验,也容易犯以偏概全的 (3)早拆体系后期拆除的立杆,逐层将在施层荷 错误。我们企盼国家有关部I]能够早目搭建起两者之 载以点荷载的形式向已施工完毕的楼层传递,究竟需 间的桥梁,促使早拆工艺的基础理论和试验研究结出 要几层楼板才能消化掉在施层荷载,每层分配的比例 硕果。 是多少,目前都是根据实际工程摸索的经验来确定,尚 参考资料 有很大的盲目性。 [1]GB 50204--2002,混凝土结构工程施工质量验收规范Is]. (4)对早拆工艺的基础理论和试验研究。既需要 [2]杜荣军.混凝土工程模板与支架技术[M].北京:机械工业出版社, 2o05. 大量的试验,又需要一定数量的工程实践经验。不能像 [3]建筑施工手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社.2003. ・708・ 建筑技术 第4l卷第8期 结构的特征与使用期迥然不同,有时会产生整个结构 次楞由方钢管制成。截面为70mmx50mmx3.5mm。主 生命周期中最危险的状况。钢筋混凝土结构施工过程 要有1.8,1.2m两种长度。次楞配有长0.9~1.2m的可伸 中楼板出现的裂缝、挠度过大乃至破坏倒塌往往与此 缩式次楞,主要用于楼板边缘处的模板铺设。连接接头 有关。 量研究。2004年,赵挺生等针对施工期现浇钢筋混凝土 结构的时变性,建立了以施工时变结构体系弹性特征 主要有两种类型,一为连接主楞与支撑的接头,二为连 关于施工期的钢筋混凝土结构,国内外学者作了大 接主楞与次楞的接头。 2工程概况 值为参数的现浇钢筋混凝土结构施工受力性能分析的 弹性支撑连续梁模型[2】。2007年,I.Puente等对西班牙一 个建筑工程进行现场试验,并对比试验结果和以往的 理论分析结果,指出3一D精确分析方法是唯一能正确预 测楼板和支撑的分配规律∞],理论分析结果与现场测试 数据非常吻合。2007年,张福亮以早拆模板体系为研究 对象,对早拆模板体系施工过程进行数值模拟,指出早 拆模板的影响因素。在新成熟理论的基础上得出混凝 土结构拆模时间的计算方法[4]。2008年,徐佳玮针对剪 力墙结构和框架结构进行支撑架的现场试验,测试支 撑轴力、钢筋应力,提出了改进的简化计算模型[5]。 以往的研究多集中于碗扣式支撑架而存在一定 的局限性。随着施工技术的不断进步,借鉴以往的研 究成果,研究新型支撑标准化模板体系的施工 特性,对于正在进行大规模建设的中国具有特别重 要的意义。 1支撑标准化模板体系 支撑标准化模板体系由支撑、主楞、次 楞、连接头、三脚架组成(图1)。支撑由两节钢管组 成,外套管管径为65mm,壁厚3.5mm;内插管管径为48 mm。壁厚3.5 mm。内插管按间距100mm开直径5 mm的 圆孔,用于垂直高度大调节;在内外管连接处有螺栓把 手,用于垂直高度微调节,调节范围为100mm。支撑的 底部和顶部分别连接边长100 mm的钢板作为垫块。主 。(d) (e) 图1 支撑体系基本构件示意 (a)支撑;(b)主次楞;( )可伸缩式次楞;(d)用于主楞和次 楞的连接头;(e)用于主楞与主楞的连接头 天津泰达城R5地块一期工程项目,坐落于天津 市红桥区关下5号地块。现浇钢筋混凝土剪力墙结 构,地下1层,地上32层,建筑高度为99.60 m,总建筑 面积为14 925 m (含地下面积459 m ),标准层建筑面 积为452 m 。梁、柱混凝土强度等级分别为C30(20 层至屋顶层)、C35(10层至l9层)、C40(地下一层至9 层),板厚为140 mm,板混凝土强度等级均为C30。试 验区域(图2)选择第一层至第三层,在第一层分A,B, C三个测区设置测试仪器,其中测区A属于带梁房间, 测区B,C属于不带梁房间。 图2结构标准层及试验区域示意 3试验方案与测点布置 3.1试验方案 根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002),当板、梁的跨度小于2 m,在混凝土龄期 强度达到5O%时,可拆除底模;当板、梁的跨度小于8 m 时.在混凝土龄期强度达到75%时,可拆除底模;当板、 梁的跨度大于8m时,在混凝土龄期强度达到100%时, 可拆除底模。为了考察拆除模板和次楞对支撑体系的 影响,天津泰达项目现场试验对A房间分两个阶段拆 除支撑架,按照混凝土试件的龄期强度达到75%以上 (保守做法),先拆除模板和次楞;按照混凝土试件的龄 期强度达到1O0%以上再拆除支撑。B,C房间按照 混凝土试件的龄期强度达到100%后,一次拆除模板、 次楞和支撑。测试仪器均在第一层布置,随着施工 进展而测试一个3层模板支架的施工循环。每天采集1 次数据.关键施工工序每天采集2次数据。 2010年8月 杨全付,等:新型支撑标准化模板体系的试验研究 ・709・ 为确定模板和次楞的拆除时间,试验进行同条件 试件的强度和弹性模量测试。现场分别制作7组同条件 4实测结果分析 1楼板的应力变化规律 强度试件和弹性模量试件,其中强度试件每组3个,弹 4.根据实测结果绘制钢筋应力变化曲线,其中测区 性模量试件每组6个,按照1,3,5,7,14,21,28 aM别进 行测压,得出混凝土龄期强度与龄期弹性模量发展 曲线。 A各测点钢筋应力变化曲线见图4,测区B,C各测点钢 筋应力变化曲线见图5。 3.2测试仪器和测点布置 (1)支撑的应变测试采用基康BGK一4 000型 应变计,数据采集系统采用基康配套的BGK一408型振 +1号 弦式读数仪,可直接读取应变和温度。钢筋的应力测试 采用JTM—V1 000型振弦式钢筋计,数据采集系统采用 JTM—V10B型频率读数仪。主楞、次楞、模板的竖向位移 采用挠度计。 (2)试验选取有代表性的房间A,B,C为测试房 间,其中测区A布置应变计和钢筋计1—7号点,挠度计 1 5号点;测区B布置应变计8一l2号点,挠度计6一ll号 点;测区C布置应变计和钢筋计13—15号点,挠度计12— ∞ ∞ 如 加 m o 14号点(图3)。 770o 8 目』 J 85 斗 0 { = == ——8。_8。——oI ,r重、c 翰 } = 二 _ 5圄6 0 7 ∞8-_ 6o0 一 【 一 …… 川卜1 。赢f 1 l 00一f一1l uI扭 im—I 1山 nn一 (c) 图3各测区测点布置示意 (a)N区A;(b)测区B;(c)N区C ▲一主次楞、模板跨中安装挠度计;■一支撑安装应变 计,对应楼板处安装钢筋计;o一支撑 +2号 +3号 4号 5号 一 一6号 一●一7号 龄期/d 图4测区A各测点钢筋应力变化曲线 50 +8号 ÷9号 40 罨30 +10号 一 一菩20 11号 一_一12号 娄10 ・-.一13号 O ・ 14号 一10 …*“15号 龄期/d 图5测区B和c各测点钢筋应力变化曲线 从图4可看出,各测点钢筋应力变化趋势基本一 致,随着施工过程而不断增加,楼板内钢筋的最大应力 值为50 MPa。当浇筑第一层楼板混凝土后,钢筋应力出 现压应力,这是由于混凝土收缩所致。随着上部荷载的 施加。钢筋应力逐渐由压应力向拉应力转变。当浇筑第 二层楼板混凝土时,钢筋应力突然增加,而后不断增 加,直到浇筑第三层楼板混凝土后逐渐趋于稳定。测区 A是当同条件混凝土试件的龄期强度达到75%后,拆除 模板和次楞,楼板主动发生变形,钢筋应力持续增加。 从图5可看出,不同位置的钢筋应力变化规律不一 样,不同的拆模方案对钢筋应力有一定的影响。测点9 位于楼板跨中位置处,此处钢筋应力有一个明显的峰 值,即浇筑第二层楼板混凝土时,出现第一峰值。测点 10,1 1,12位于剪力墙附近,此处钢筋应力有两个明显 的峰值,即浇筑第二层剪力墙混凝土时,出现第一峰 值,而后钢筋应力突然减小,随着上部荷载的增加而增 加;浇筑第三层剪力墙混凝土时,出现第二峰值,而后 钢筋应力突然减小,直至第三层楼板混凝土浇筑后趋 于稳定。对比测点9和15,测点l5处钢筋应力在浇筑第 二层楼板混凝土后突然增大,而后一直增加。这是由于 ・710・ 建筑技术 第41卷第8期 在浇筑第三层剪力墙混凝土时楼板上放置布料杆,导 致施工荷载增加,此处钢筋应力没有下降的突变。 4.2支撑的轴力变化规律 2 O 8 6 4 2 0 2 z 暴毂槭 出现一个明显的突变。这是由于在浇筑剪力墙混凝土 时测区C放置布料杆,同时测区C是施工材料的堆放 地,这些施工荷载致使此处支撑轴力一直增加,并有一 个明显的突变。对比各测区支撑轴力变化曲线。测区A 支撑的最大轴力在12 kN左右。而测区B和C支撑的最大 8 6 4 2 0 8 6 4 2 O 测区A各测点支撑轴力变化曲线见图6,测区B,C 各测点支撑轴力变化曲线见图7。 轴力在 16 kN左右。由此可见。施工期间的混凝土结 构参与竖向荷载分配,可有效地减小支撑系统承担的 Z 群 瓤 槭 一 _-一+'.l◆・_-234561号 荷载,而且有利于支撑系统的稳定。 根据实测结果绘制支撑架的竖向位移变化曲线, 4.3支撑的轴力变化规律 其中测区A各测点的竖向位移变化曲线见图8。测区B 。・。7号 图6测区A各测点支撑轴力变化曲线 -.I 8号 +9号 4 +10号 5 ・・^--11号 -・-12号 -●・13号 . l4号 . l5号 1 2 34567 89l0l1 12131415l617l81920 龄期/d 图7测区B和C各测点支撑轴力变化曲线 从图6可看出,支撑轴力在浇筑第一层楼板混凝土 时(4 d龄期)有一个大突变,而后上下波动;在浇筑第 二层楼板混凝土时(11 d龄期)有一个小突变,而后趋 于稳定;在浇筑第三层楼板混凝土时(18 d龄期)没有 明显变化。 从图7可看出,不同位置的支撑轴力变化规律不一 样,不同的拆模方案对支撑轴力有一定的影响。测点9 位于楼板跨中.支撑轴力有两个峰值,即当浇筑第一层 楼板混凝土后达到第一峰值,而后不断增加,当浇筑第 二层楼板混凝土后达到第二峰值,当浇筑第三层楼板 混凝土后,没有明显变化。测点6,10,14,位于局部开有 洞口的剪力墙附近。支撑轴力也有两个峰值,但第一峰 值明显大于第二峰值。这是由于剪力墙结构参与承担 上部荷载,但洞口对剪力墙的刚度有一定的削弱作用。 测点7,11,13,位于没有洞口的剪力墙附近,支撑轴力 仅有一个明显的峰值,即在浇筑第一层楼板混凝土后 达到峰值,而后基本上趋于稳定。测点15,位于楼板跨 中,支撑轴力有明显的两个峰值和一个突变,即当浇筑 第一层楼板混凝土后达到第一峰值,浇筑第二层楼板 混凝土后达到第二峰值,浇筑第三层剪力墙混凝土时 和C各测点的竖向位移变化曲线见图9。 +l号 +2号 ..-3号 3 2 l O 5 3 5 2 5 l 5 O 4 .3 -×..4号 2 1 O 5 5 4 5 3 5 2 5 1 5 O . .5号 1 2 3 4 5 6 7 龄期/d 图8测区A各测点竖向位移变化曲线 _◆-6号 +7号 +8号 -漤 Ix--9号 - 一10号 一o-11号 .目.12号 .I...13号 +14号 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 l3 l4 15 龄期/d 图9测区B和C各测点竖向位移变化曲线 从图8可看出,支撑架的竖向位移在浇筑第一层楼 板混凝土后突然增加,而后上下波动,最大值为4mm, 小于规范给定的限值[ ,满足刚度要求。 从图9可看出,支撑架的竖向位移变化规律与测区 A类似,在浇筑第一层楼板混凝土时达到峰值,而后上 下波动。可见,不同的拆模方案对支撑架的竖向位移基 本上没有影响。因此,在满足现行规范和工程要求的前 提下,分阶段拆除支撑架,可加快模板材料的周转,提 高经济效益。 4.4混凝土的龄期强度和弹性模量变化规律 根据实测结果绘制混凝土龄期强度和龄期弹性模 4 2010年8月 杨全付,等:新型支撑标准化模板体系的试验研究 ・711・ 量变化曲线,其中混凝土强度试件的龄期强度发展曲 线见图10,混凝土弹性模量试件的龄期弹性模量发展 曲线见图1 1,混凝土龄期强度与龄期弹性模量的相对 关系见图12。 45 40 验数据点分别进行对数拟合,可得出公式(1),(2);根 据图12,对龄期强度与龄期弹性模量的相互关系进行 多项式拟合,可得出公式(3)。 if(t)=7.926 lnt+13.321 =O.539 6 lnt+1.784 7 (1) (2) 35 30 25 Eo(t)=O.001 6fi(t) -0.021 7 ( )+2.012 9 (3) 式中; ( 为混凝土第t天的龄期强度(MPa);E。( 为混凝土第t天的龄期弹性模量(10GPa);£为龄期(d)。 20 l5 lO 5 结语 5 0 2468 10 12 14 16 18202224262830 (1)支撑轴力不仅与施工进展相关,而且与支撑 . 龄期/d 所处的位置、拆模方案相关。按照同条件混凝土试件的 图1O混凝土龄期强度发展曲线 龄期强度达到75%后拆除模板和次楞可有效降低支撑 的峰值,有利于支撑轴力的稳定,而且剪力墙附近的支 撑轴力先于楼板跨中的支撑轴力稳定。 (2)钢筋应力不仅与施工进展相关,而且与拆模 方案相关。按照同条件混凝土试件的龄期强度达到 75%后拆除模板和次楞可促使楼板和剪力墙“主动”参 与竖向荷载的分配。楼板内钢筋应力随着施工过程而 不断增加,最终稳定在50 MPa左右,这对于混凝土结构 龄期/d 来说是可以承受的。 图l1 混凝土龄期弹性模量发展曲线 (3)不同的拆模方案对支撑架的竖向位移基本上 没有影响。在剪力墙住宅结构标准层施工中,按照同条 件混凝土试件的龄期强度达到75%后拆除模板和次 窖 楞,支撑架的竖向位移小于规范限值r1],满足工程要 咖 < 求。因此,在剪力墙结构住宅标准层施工中,采用“三层 蚶 支撑加两层模板”的方案,分阶段拆除支撑架,按照同 截 条件混凝土试件的龄期强度达到75%后拆除模板和次 楞,按照同条件混凝土试件的龄期强度达到100%后拆 龄期强度/MPa 除支撑,在技术上是可行的。 图12混凝土龄期强度与弹性模量的相对变化曲线 由于时间、人力及其他客观因素的存在,本试验 仅在剪力墙结构进行测试,测试期间气温较高,强度 从图10可看出,混凝土早期强度发展很快,7 d的 和弹性模量发展均较快,还需进一步研究冬期施工 龄期强度达到100%的标准强度,之后发展缓慢。最终 及其他结构形式施工下,分阶段拆除支撑架的技术 28 d的龄期强度达到130%左右。 可行性。 从图11可看出.混凝土早期弹性模量的发展规律 参考文献 与强度的发展规律类似。从图12可看出,混凝土的早 [1]JGJ162—2008,建筑施工模板安全技术规范[S]. 期弹性模量的发展速度滞后于早期强度;而规范中只 [2]赵挺生,方东平,顾祥林,等.施工期现浇钢筋混凝土结构的受力特 规定拆除底模的控制条件是强度指标,实际上混凝土 性[J].工程力学,2004,21(2). [3]Puente I,Azkune M,Insausti A.Shore-slab interaction in muhistory 强度达到规定的强度,但弹性模量没有达到规定的弹 reinforced concrete buildings during construction:An experimental 性模量,导致早拆模板后楼板变形过大,产生裂缝。这 approach[J].Engineering Structures,2007,29(3):731-741. 也是以往的工程由于早拆底模使楼板产生裂缝的原 [4]张福亮.钢筋混凝土结构早拆模板体系与拆模时间的研究[D].上 海:同济大学.2007. 因所在。 [5]徐佳炜.高层建筑多层模板支撑体系及其安全性研究[D].上海:同 根据图1O和图1 1,对龄期强度与龄期弹性模量试 济大学,2008.