精品现浇钢筋混凝土结构板底模拆除的施工计算1.docx

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精品现浇钢筋混凝土结构板底模拆除的施工计算1

现浇钢筋混凝土结构板底模拆除的施工计算1

浅谈现浇钢筋混凝土结构楼板底模拆除的施工验算

近年来，高层及多层现浇钢筋混凝土结构已成为建筑工程施工中最常见的结构体系，随着施工技术水平的不断发展，结构施工周期明显加快，在现浇钢筋混凝土结构工程施工过程中，模板工程既是保证混凝土质量的重要环节，也是影响施工成本的重要项目，加快模板周转对于提高施工速度、降低成本有着重要的影响，其中梁板模板拆除时间的影响最为重要，近年来，各种梁板模板快拆体系由此应运而生。

对于梁板模板的拆除，《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204－92有着明确的要求，规范第2.4.1条规定：

现浇混凝土梁板底模拆模时混凝土的强度要求为：

板跨度≤2m时,底模拆除时混凝土强度应达到设计强度的50％；2m≤板跨度≤8m时,应达到设计强度的75％；梁跨度≤8m时，达到设计强度的75％；梁跨度>8m时，应达到设计强度的100％；悬臂梁板跨度≤2m时,应达到设计强度的75％；悬臂梁板跨度>2m时,应达到设计强度的100％。

同时，规范第2.4.4条规定：

已拆模板结构达到设计强度后才允许承受全部计算荷载，当承受施工荷载大于计算荷载时，必须经过核算，加设临时支撑。

然而在实际施工过程中，很多施工技术人员只注重模板拆除时的构件强度要求，忽略了规范中关于施工荷载验算的要求，通常以保证构件拆模强度同时保证连续三层支顶的习惯做法替代了必要的验算（实际存在二层、三层连续支顶转换期），这种做法给工程施工质量带来了较大的隐患，最常见的后果就是造成梁板混凝土裂缝的出现，并由此引发相关各方对于结构安全性的争议，本文将结合新世界商业回迁楼工程负一层顶板开裂的工程实例，对这一问题进行探讨。

1．工程概况

新世界商业回迁楼工程建筑面积56351m2，地上14层，地下三层，平面呈“L”形，现浇框架剪力墙结构，地下负三层层高3.6m，地下负二层层高4.0m，负一层层高5.7m，首层至五层4.5m，六层以上层高3.4m，六层以下为梁板体系，六层以上为无梁楼盖体系，主要柱网尺寸为8m×8m，在平面施工组织上划分为两个施工区域，每区3个流水段，顶板模板按三个楼层配置，地下室部分单层施工周期为25天，正负零以上每楼层施工周期为12天，工程于2000年5月12日完成正负零板面施工，六月中旬三层顶板浇筑结束，其后发现负一层第四流水段4块8m×8m顶板板底出现水迹，板底开裂，裂缝发展方向沿板对角线及其平行方向，最大裂宽0.25mm，经查，结构用钢筋及混凝土均符合设计要求，该段顶板模板拆除时间为浇筑后24天，龄期为7天的混凝土同条件试块强度为26.7Mpa，达到设计强度的89％，施工前未做施工荷载下结构承载力及正常使用极限状态验算，只作了保证连续三层支顶的要求，负一层顶板模板拆除是在二层顶板混凝土浇筑两天后进行的，拆除后未做二次支顶。

根据以上情况和板底裂缝形态，初步判定为施工期间荷载引起的裂缝，根据现场实际施工状况，作以下分析验算。

2．计算模型的建立

2．1不利承载状态的确定

我们将负一层顶板标定标定为FO层，考虑其随结构施工的实际承载过程，确定了三个承载状态阶段，如图1至图3所示。

F2τ=0

F1τ=12

F0τ=24

图1

F3τ=0

F2τ=12

F1τ=τ=24

F0τ=24τ=36

图3

注：

τ为结构楼板龄期

F2τ=2

F1τ=14

F0τ=26

图2

图1所示为FO层板底模未拆除，且二层顶板浇筑完毕后三层连续支顶均保留的阶段，在不考虑模架系统变形，即假定模架系统刚度无限大的情况下，除F2层荷载的一部分传递至FO层外，其他大部分荷载均由负二层顶板承担，对于F0层顶板而言，图1所示状态并非不利荷载状态。

图2为F2层板混凝土浇筑后两天FO层板底模拆除，期间FO层板承受F1层荷载及F2层传递的部分荷载，虽然该阶段FO层板承受荷载并非最大，但混凝土龄期较短，强度较图3阶段低，应作验算。

图3阶段显示F3层顶板混凝土浇筑完毕且F1层支撑系统尚未拆除时的状态，该阶段FO层板承受荷载最大，应作验算。

2．2计算参数的确定

板厚h＝180mm，混凝土保护层为15mm，截面有效高度ho＝159mm，板内下铁为Ⅱ级钢，双向φ12@200，每米板宽钢筋截面面积As＝565m2，钢筋弹性模量Es＝2.0×105N/mm2，混凝土设计强度等级为C30，混凝土抗拉强度标准值ftk＝2.0N/mm2，混凝土弹性模量Ec＝3.0×104N/mm2，根据所确定的结构不利荷载状态，相关各龄期混凝土弹性模量按下式计算：

E（τ）＝E0（1－e-0.09τ）

其中τ为龄期（d），E0＝3.0×104N/mm2，由此可计算得出个龄期混凝土弹性模量值：

E（12）＝1.98×104N/mm2，E（14）＝2.15×104N/mm2，E（24）＝2.65×104N/mm2，E（26）＝2.71×104N/mm2，E（36）＝E0=3.0×104N/mm2。

不利荷载状态下相应龄期的混凝土抗拉强度值可按下式计算：

f（τ）＝0.8ftk（lgτ）2/3

f（26）＝2.01N/mm2，计算值大于ftk，所以f（26）、f（36）均取值为2.0N/mm2。

2．3计算荷载的确定

楼层荷载由三部分组成，即结构板自重、模架系统自重、作业面施工活荷载，分别计算如下：

结构板自重：

g＝24×0.18＝4.32KN/m2

模架系统自重：

现场施工采用碗扣式模板支架，主要材质为Φ48钢管，立杆间距1.4m，配可调托，主龙骨为200高工字木梁，次龙骨采用50×100木方，模板采用15mm厚竹胶板，施工中模架系统自重为g＝0.9KN/m2

顶层作业层施工活荷载：

q＝2.5KN/m2

根据以上计算，得到相关楼层施工荷载的计算结果如下：

顶层作业层计算荷载：

g＝4.32＋2.5＝6.82KN/m2

作业层以下楼层计算荷载：

g＝4.32＋0.9＝5.22KN/m2

以上计算荷载为施工实际荷载，由于为验算过程，所以实际计算中，荷载不再乘分项系数，如为施工前控制计算，则应考虑恒载和活载的分项系数。

2．4计算模型的确立

F3E（0）

g=6.82KN/m

F2E（12）

g=5.22KN/m

F1E（24）

g=5.22KN/m

F0E（36）

g=5.22KN/m

图5

根据图2、图3所示不利荷载状态，取1m宽板带为计算单元，得到不利荷载状态下荷载布置图，如图4、图5所示。

F2E

（2）

g=6.82KN/m

F1E（14）

g=5.22KN/m

F0E（26）

g=5.22KN/m

图4

由于施工荷载是分阶段叠加的，各楼层板除承担本层计算荷载外，还应承担其以上楼层通过支撑系统传递来的部分荷载，为简化计算，验算过程中对结构采用线弹性分析方法，假定模板支撑系统刚度无限大，则荷载可按楼板结构刚度分配。

由于钢筋混凝土受弯构件刚度B与混凝土弹性模量E和截面惯性矩I成线性关系，同时各楼层构件截面特征及宽度均相同，所以荷载可按楼层混凝土弹性模量加权值进行分配，其中顶层施工层荷载因混凝土龄期较短，可以认为其楼层荷载全部由其下层混凝土承担，由此可得到FO层板在图2（两层连续支顶）和图3（三层连续支顶）状态下的计算荷载值：

两层连续支顶状态下FO层板计算线荷载：

g1＝5.42＋（5.22＋6.82）×E26/（E14＋E26）＝11.93KN/m

三层连续支顶FO层板计算线荷载：

g2＝5.22＋5.22×E36/（E24＋E36）＋（5.22＋6.82）×E36/（E12＋E24＋E36）

＝5.22＋2.77＋4.73＝12.72KN/m

考虑实际结构板为连续板，验算中按三跨连续板考虑，得到FO层板施工验算计算简图，如图6、图7所示。

g1=11.93KN/m（g2=12.72KN/m）

800080008000

图6（图7）

由此查结构计算手册相应表格可得相应中跨跨中最不利弯矩值：

两层连续支顶状态下FO层板最不利荷载下跨中弯矩值：

M1＝0.025×11.93×82＝19.10KN.m

三层连续支顶状态下FO层板最不利荷载下跨中弯矩值：

M2＝0.025×12.72×82＝20.35KN.m

3．施工验算

施工验算按图6、图7两荷载状态，每种状态分别进行正截面承载能力和正常使用极限状态下的裂缝控制验算，计算按GBJ10－89《混凝土结构设计规范》所确定的相关公式进行，计算中不考虑剪力的影响。

3．1两层连续支顶状态下验算

3．1．1正截面承载能力验算：

受弯构件荷载短期效应组合下受拉钢筋应力按下式计算，将2.4节中最不利荷载下弯矩值及2.2节中相应计算参数代入其中，并换算量纲则得到：

两层连续支顶状态下FO层板受拉钢筋应力值：

σss＝M1/0.87hoAs＝19.10×106/（0.87×159×565）

＝244.38N/mm2

以上正截面受拉钢筋应力计算结果小于受拉钢筋设计强度值，即fy＝310N/mm2，由此可知FO层板在两层连续支顶不利荷载作用下，其正截面承载力满足要求。

3．1．2正常使用极限状态下裂宽验算

最大裂缝宽度采用下式计算：

Wmax＝αcrσss（2.7c＋0.1d/ρet）/Es

＝1.1－0.65ftk/（ρetσss）

式中：

－裂缝间纵向受拉钢筋的应变不均匀系数；

αcr－构件受力特征系数，对受弯构件取αcr＝2.1；

c－最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（mm），在本算例中，c＝15，按规范要求，当c小于20时，取c＝20mm；

d－钢筋直径（mm）；本工程d＝12mm；

－纵向受拉钢筋表面特征系数，对变形钢筋取＝0.7；

ρet－纵向受拉钢筋配筋率，ρet＝As/〔0.5bh＋（bf－b）×hf〕，在本工程中ρet＝565/（0.5×1000×180）＝0.00628

值计算：

＝1.1－0.65ftk/（ρetσss）

＝1.1－0.65×2.0/（0.00628×244.38）

＝0.25

值计算结果小于0.4，按规范要求取＝0.4

最大裂缝宽度计算：

Wmax＝αcrσss（2.7c＋0.1d/ρet）/Es＝2.1×0.4×244.38×（2.7×20＋0.1×12/0.00628）×0.7/（2.0×105）

＝0.17mm

3．2三层连续支顶状态下验算

3．2．1正截面承载能力验算：

三层连续支顶状态下FO层板受拉钢筋应力值：

σss＝M2/0.87hoAs＝20.35×106/（0.87×159×565）

＝260.37N/mm2

计算结果小于受拉钢筋设计强度值，可知FO层板在三层连续支顶不利荷载作用下，其正截面承载力满足要求。

3．2．2正常使用极限状态下裂宽验算

值计算：

＝1.1－0.65ftk/（ρetσss）

＝1.1－0.65×2.0/（0.00628×260.37）

＝0.30

按规范要求，值同样取为0.4。

最大裂缝宽度计算：

Wmax＝αcrσss（2.7c＋0.1d/ρet）/Es＝2.1×0.4×260.37×（2.7×20＋0.1×12/0.00628）×0.7/（2.0×105）

＝0.19mm

4．现场加载试验

以上计算结果表明，板底虽然出现开裂，但其正截面承载能力仍符合设计要求，为了进一步证明这一点，在F1层顶板支撑拆除后，我们根据设计荷载的要求，作了现场加载试验。

该工程设计功用为商场，设计允许使用荷载为3.5KN/m2，地面面层做法为100厚楼43，大理石面层，荷载为1.9KN/m2，总计5.4KN/m2，现场加载采用300高红机砖满跨均匀布置，加载重量为5.6KN/m2，加载后经观察，未见裂缝进一步开展。

5．验算结论分析

5．1以上验算结果验证了施工荷载是引起板开裂主因的判断，同时根据裂宽计算结果，我们可以判断出在两个结构板不利承载阶段中，F0层板底模板拆除后的两层连续支顶状态阶段是引起板开裂的首要阶段，在这一阶段中，其计算裂宽值占最终计算裂宽值的90%，施工中应着力改善这一阶段的荷载传递与分配状况。

5．2在连续三层支顶阶段，底层板承受的荷载值最大，所以应在其顶层施工荷载继续增加之前适时拆除其底层支撑系统，而改用二次支撑，通过调整荷载的传递与分配来改善底层板的承载值。

5．3对于计算裂宽小于实际测量值的问题，首先与我们选取的计算模型有关，即由于上述计算是以单向板带为研究对象，如考虑板带双向应力组合，则其主拉应力应为板对角线方向，其值应大于计算值，则现场实际裂缝形态将与验算结果相符。

在此之外，我们分析还有三种可能影响因素，一是施工期间除正常施工荷载外，个别板面存在异常堆载，这一点也是本工程只出现个别板裂的主要原因。

二是混凝土收缩的影响；三是地下一层层高5.7m，不排除局部模架支撑系统可能存在刚度不足的问题，进而影响板的变形开裂。

6．施工处理

基于以上计算结果分析，同时根据加载试验结果，我们可以确定板承载力完全满足设计要求，无需加固处理，这一点得到了业主、设计及监理方的共同认可，但为防止裂缝出现而引起板筋锈蚀，现场对开裂的板采用环氧树脂对裂缝进行了封闭处理。

同时为防止后续楼层出现类似问题，我们一方面对施工荷载进行了严格的控制，除正常施工荷载外，严格控制板面异常堆载现象的发生，另一方面对支撑方案进行了调整，即在二层、三层连续支顶相互转换过程中，在底层支撑拆除时增加了二次支撑的要求，二次支撑与模板原支撑拆除同步进行，随拆随支，间距2.5m，通过调整上层荷载的传递和分配来降低底层结构板的荷载值。

由于采取了有效措施，在后续结构施工过程中，消除了板裂现象的发生，施工效果良好，该工程在2000年度结构长城杯评比中荣获了结构“长城杯”称号。

7．施工体会

根据目前结构设计和施工工艺方法的现状，可以说在绝大部分现浇钢筋混凝土结构施工中，板面施工荷载都大于设计荷载，同时由于施工中异常堆载控制不严，常常会出现板底开裂现象，尽管其中影响结构承载力的情况很少，但在一定程度上影响了结构观感质量，如果处理不当，会对钢筋锈蚀造成隐患，影响结构耐久性，在部分情况下还会影响装修饰面工程质量，给用户造成不利的心理影响，进一步影响企业质量信誉，所以施工人员对这一问题必须予以重视，在施工中应注意以下几个方面：

7．1首先针对施工荷载超设计荷载的普遍现象，施工技术人员应结合结构设计实际情况和工程施工方案，对结构梁板施工阶段作必要的施工验算，通过验算制定出切合实际的施工荷载控制措施及模板支撑方案，以控制板裂现象的发生。

在计算方法方面，本文提出了自己的思路。

应注意的是本文采用的计算公式为原混凝土结构设计规范要求的公式，这些公式在2002年4月1日起实施的《混凝土结构设计规范》GB50010－2002中作了细微调整，同时,新规范对裂缝采取了分级控制的原则，对于年平均湿度小于60%的一类环境下（室内正常环境）裂宽限制放宽到0.4mm。

7．2通过以上施工阶段验算案例可知，在模架系统施工中，简单以增加连续支顶层数的办法来预防板裂发生的办法是个错误的概念，而根据施工验算结果，适当考虑采取增设一层或两层二次支撑的方法，可以有效的调节荷载的传递与分配，降低不利楼层的施工荷载值，有效的避免结构板底裂缝的发生。

7．3在本文计算过程中，我们假定模架支撑系统刚度无限大，即模架不会变形，这在一般层高较低并按正常计算设计的模架系统中均可如此考虑，但对于层高较高的楼层模架支撑中，如果水平杆布置不合理，就会造成支撑刚度不足，其支撑系统的变形就会给梁板变形开裂带来不利影响，所以对于这类情况，应在模架设计中充分考虑支撑系统的刚度、强度和稳定性。

7．4混凝土抵抗开裂的能力与混凝土抗拉强度有关，而养护条件是影响混凝土强度的发展的重要施工因素，尤其对于结构楼层施工周期较快的工程，其楼层在不利荷载作用状态下，混凝土龄期较短，强度发展不足，对于混凝土裂缝发生的抵抗能力较低。

所以必须加强混凝土的养护管理。

此外，由于施工影响因素的复杂性，在验算的基础上，必须坚持严格遵守规范所要求的混凝土拆模强度的最低标准，坚持以同条件试块强度值为依据，建立健全拆模审批制度。

7．5由于目前设计人员在结构设计过程中，通常对于板的设计只做承载力计算，不做裂缝计算，更不会考虑施工阶段荷载，所以在设计中往往在钢筋直径选择、间距布置等方面出现不合理，设计自身考虑的不充分势必会造成梁板在施工荷载下开裂或裂宽超出限值，所以，在这种情况下，我们应通过施工阶段验算向设计提出合理建议，避免设计缺陷对施工造成不利影响。

以上是我对于现浇钢筋混凝土结构板底模拆除施工验算的一些看法和意见，当然在实际施工中，混凝土开裂的影响因素众多，除施工荷载外，结构温度变形、混凝土收缩等均可能导致混凝土开裂，所以在工程施工中，我们必须严格遵守规范、规程的相关要求，只有通过科学的方法，采取有效的控制措施，才能避免质量问题的发生。