高层建筑支撑体系施工阶段的安全控制
【关键词】高层建筑；支撑体系；施工阶段；安全控制
高层建筑多层模板支撑体系施工期间，新浇筑楼层混凝土结构的重力荷载和施工活荷载，通常由其下的模板支撑和先前浇好的一层或多层楼板组成的临时承载体系承担，这一临时承载体系是材料性能、结构形状、空间位置、构件以及承担的荷载均随时间(或施工工序)而不断变化的时变结构体系。工程结构系统，施工制造阶段本身具有的高风险性，加上人们对多层模板支撑体系施工时变结构体系承载机理的认识的不足，使多高层建筑多层模板支撑体系施工阶段的倒塌事故率和工程质量事故率异常偏高。
目前建筑结构设计理论，针对给定的、己知的、不变的结构研究较多。高层建筑混凝土结构施工时变结构体系，是材料性能和结构形状随时间改变的结构。研究多高层建筑多层模板支撑体系施工期间的安全控制，不仅可以丰富和完善建筑结构设计理论，同时对于控制建筑工程的质量事故和倒塌事故，具有重大理论意义和经济价值。
1多层模板支撑体系施工安全控制程序
高层建筑多层模板支撑系统施工期间的安全性，来自于模板支撑和早龄期混凝土结构所组成的临时承载结构的安全，这一临时承载结构，是材料性能、结构形状、构件以及所受的外荷载均随时间施工工序而不断变化的时变结构体系。传统建筑结构设计对象，多为确定的不随时间改变或按己知规律变化的建筑结构，因此，用传统建筑结构设计的可靠度，来保证施工中的多层模板支撑体系时变结构的安全也就不可能实现。建筑结构设计是为满足正常使用功能的，施工阶段的早龄期混凝土时变结构，作为建筑结构设计产品的早期形态，应通过设计合理的支模层数、施工周期以及拆模时间等施工方案参数，来保证施工时变结构体系中承担施工荷载的每一层楼板、每根模板支撑杆不会超载，其安全控制程序如图1所示.
当检验到支撑楼层的早龄期混凝土梁板不能满足施工安全时，应通过调整施工方案参数，使其承担的施工荷载在早龄期砼梁板的承载能力范围内。可采取的策略有:①延长拆模时间使支撑楼板承担施工荷载的能力提高，同时由于拆模时间延长，有利于减小底层楼层承担的最大施工荷载;②延长施工周期有利于支撑楼板承载能力的提高;③增加支模层数或设置二次支撑增加支模层数会导致底层支撑楼层承担施工荷载增加，但其承载能力也同时提高。设置二次支撑是减小底层模板支撑承担施工荷载的有效方法。这样，通过施工方案的调整，使支撑楼层的安全度满足施工安全要求，获得最优的施工方案。之后，根据选定的施工方案，分析获得模板支撑承担的最大施工荷载，进行模板支撑设计。
2支撑楼板的安全检验
2.1早龄期混凝土结构的承载能力
高层建筑多层模板支撑系统施工时变体系中的早龄期混凝土承载楼板，是建筑结构设计产品的早期形态，其承担荷载的能力是确定的，同时也是时变的，它是随混凝土强度增长而增长的。
假定早龄期混凝土结构中，钢筋不会发生粘结滑移破坏，根据施工环境条件，混凝土配合比，确定早龄期混凝土强度的增长规律后，即可确定任一时间，早龄期混凝土结构的承载能力。
式中—龄期t的混凝土结构的承载能力;
—混凝土达到28天候具有的承载力;
—早龄期混凝土结构抗力增长百分率。
2.2施工活荷载确定
支撑楼板安全检验时，施工活荷载应按每块楼板的面积，确定新浇楼面上的施工活荷载。安全检验的楼板主要为底层支撑楼板，此时可按楼板刚度，将施工活荷载比例分配到时变结构体系中的楼板，由此，获得检验楼板上的施工活荷载。
2.3支撑楼板所承担的最大施工荷载
对于施工期间高层建筑多层模板支撑系统时变结构体系的安全度水平，目前多采用现行建筑结构设计安全度水平。因此，可根据高层建筑混凝土结构施工时变结构体系分析获得楼层承担的最大施工静荷载比率q，求出楼层可能承担的最大施工荷载效应F：
式中一施工静荷载分项系数，取1.2;
一施工静荷载比率;
一混凝土楼板单位面积重力荷载效应;
一施工活荷载分项系数，取1.4;
一施工活荷载效应。
2.4楼板的安全性检验
则验算楼层早龄期混凝土结构安全，否则，需调整施工方案，使楼层承担施工荷载效应减小。
3模板支撑设计检验
模板支撑作为一种压弯构件，其设计可直接采用现行有关建筑结构设计规范进行，但其承担的荷载以及模板支撑施工偏差参数，应根据高层建筑混凝土结构施工调查统计确定。
3.1模板支撑所受的荷载
(1)施工静荷载
最大内力支架为施工首层支架，其承担的荷载比率等于支模层数的倍数。
对于三层模板支撑即为3层，标准层施工支架最大内力为2层。
(2)施工活荷载
模板支撑有效承载面积一般低于1m2，可以按1m2计算。
3.2模板支撑参数选择
模板支架间距确定后，模板支撑的偏斜率，间距偏差是施工设计时应考虑的两个重要参数。根据本文对两个工程模板支架间距实测，模板支架设计有效承载面积约为A=0.8m2，实测54根支架有效承载面积均值为0.8968m2，标准差为0.1954m2。模板支架偏斜率，对于钢管支架，因钢结构设计规范中，己考虑初偏心，故计算中可取支架平均偏斜率3%。和荷载初始偏心距中较大者，荷载初始偏心距a0按下式取值：
式中φ一模板支架直径，mm;
5一考虑扣件连接尺寸，mm。
模板支架简化为两端铰接的压弯杆计算。
4结论
针对高层建筑施工期模板支撑体系安全性控制，本文提出以支撑楼板安全为约束，通过调整施工周期、支模层数以及拆模时间等施工参数，使支撑楼板的安全性满足要求，在获得优化施工方案后对模板支撑进行设计的高层建筑混凝土结构施工期安全性控制程序。
施工时变体系中的早龄期混凝土结构作为建筑结构设计产品的早期形态，其承载能力无法更改，但可以通过施工方案优化，将其承担的最大施工荷载控制在早龄期混凝土结构设计的承载能力范围内，满足施工安全要求。
模板支撑分析应采用两端铰接压弯杆模型，以考虑施工偏差造成的荷载弯矩对模板支架承载力的影响。另外需考虑各立杆受力的不均匀的特点，对多层模板支撑体系方案进行验算。
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