摘 要：施工活荷載包括了施工堆載、施工人員及小型工具重量等，也是施工階段模板支撐體系所需承受的主要荷載因素。近年來，隨著我國高層建筑工程項(xiàng)目的日益增多，以及新型施工工藝、施工設(shè)備的應(yīng)用，都容易導(dǎo)致高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，其模板支撐面的活荷載值有所加大。為此，在當(dāng)前相關(guān)技術(shù)規(guī)范仍不完善的條件下，有必要進(jìn)行更加系統(tǒng)、全面的活荷載的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，以制定出更科學(xué)合理的施工活荷載的標(biāo)準(zhǔn)限制。本文通過現(xiàn)場實(shí)測，主要就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的施工活荷載進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上建議了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)各施工階段的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值限制。 

　　關(guān)鍵字：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；活荷載；統(tǒng)計(jì)解析 

　　據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，高層建筑工程在施工階段的失效事故率明顯較正常使用階段為高。對我國近十年來共約400例高層建筑事故進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，75%以上的混凝土模板支撐體系倒塌事故發(fā)生在施工階段，這也給國家與人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了重大的損失。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國眾多學(xué)者紛紛加強(qiáng)了對建筑模板支撐體系的研究，并取得了一定的成果，然而對施工期間活荷載調(diào)查與統(tǒng)計(jì)方面的數(shù)據(jù)資料仍較少。伴隨著高層建筑項(xiàng)目的日益增多，以及施工設(shè)備、施工工藝的不斷改進(jìn)，高層建筑施工階段混凝土模板面上的活荷載值也出現(xiàn)了較大變化，這就需要做好對施工活荷載方面的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)工作，通過對活荷載統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不斷更新，以滿足當(dāng)前高層建筑施工的設(shè)計(jì)需要與安全需要。 

　　一、高層建筑施工活荷載的特點(diǎn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法介紹 

　　近年來，高層建筑及多層建筑的施工安全問題已引起工程界、學(xué)術(shù)界越來多的關(guān)注，其主要原因是：一方面，伴隨著我國各地高層建筑施工項(xiàng)目的增多，而施工過程中模板支撐體系倒塌事故和人員傷亡數(shù)目都逐漸呈現(xiàn)出上升的趨勢；另一方面，則是隨著當(dāng)前高層建筑施工中施工工藝、施工設(shè)備的改進(jìn)，其施工進(jìn)度正不斷加快，混凝土結(jié)構(gòu)的受荷齡期正不斷提前。以上因素都需要我們進(jìn)行更為系統(tǒng)、全面的施工活荷載調(diào)查統(tǒng)計(jì)，以制定更科學(xué)的施工活荷載取值方法。 

　　1、施工活荷載特點(diǎn) 

　　正常使用期間的活荷載，包括了臨時(shí)性與持久性活荷載這兩種。而建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工期間的活荷載與正常使用期的活荷載有所區(qū)別，其主要包括了施工人員、材料及設(shè)備的重量，也是施工階段模板支撐體系主需主要承受的荷載，既可以是集中荷載，也可以是局部均布荷載和局部線荷載。 

　　在施工活荷載的統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，由于其具有的較大不確定性與隨機(jī)性，導(dǎo)致相關(guān)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)的結(jié)果差異也較大，例如：在趙挺生、梅源和張傳敏[1]～ [3]所進(jìn)行的活荷載統(tǒng)計(jì)結(jié)果值，最大均值和最小均值分別為1.82kN/m2和0.19 kN/m2，其數(shù)值相差近9倍。而美國學(xué)者Ayoub對美國多個(gè)建筑施工期間混凝土板面的荷載值，通過調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析工作發(fā)現(xiàn)，混凝土澆筑前期中局部區(qū)域的施工活荷載的最大值可達(dá)到61.2 kN/m2 ，超過了標(biāo)準(zhǔn)值的10倍以上。 

　　2、施工活荷載統(tǒng)計(jì)方法 

　　（1）面積平均法。在《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162—2008）中規(guī)定，一般情況下施工活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為1 kN/m2，若支撐模板上方存在大型設(shè)備時(shí)，施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4 kN/m2。面積平均法即是根據(jù)規(guī)范中的數(shù)值，建立適當(dāng)?shù)幕詈奢d概率統(tǒng)計(jì)模型。并在統(tǒng)計(jì)模型中將房間面積的平均荷載來替代等效均布荷載。該方法在理論上雖然不是很嚴(yán)格，但是在統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算時(shí)對結(jié)果不會造成很大影響，而且可以在很大程度上使調(diào)查和統(tǒng)計(jì)工作得到簡化。 

　　（2）等效均布荷載法。該方法是荷載統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算時(shí)最嚴(yán)格，也是最為常用的一種方法。在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)通常按照跨中彎矩相對的原則進(jìn)行等效分析。在本文中，對各類堆積荷載、集中荷載、零星荷載均可以通過等效均布荷載法得到準(zhǔn)確的均布荷載值。如下圖1所示，即是堆積荷載利用等效均布荷載法的計(jì)算簡圖。 

　　如圖1所示，即按照跨中彎矩相等的原則，將堆積荷載q的作用等效為兩個(gè)相互垂直方向的荷載值qeq1和qeq2。在統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算時(shí)，即可取qeq1和qeq2兩值的大者作為堆積荷載的等效值。對于集中荷載、零星荷載的等效值取值，也可按照上述方法進(jìn)行。 

　　二、統(tǒng)計(jì)方案的制定與統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析 

　　1、方案的制定 

　　結(jié)合國內(nèi)外研究資料綜合研究表明，建筑混凝土結(jié)果的施工活荷載值主要受到施工技術(shù)、管理水平、地理位置、溫度環(huán)境以及施工場地大小等多種因素的影響。為此，在本文中為確保統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的合理、準(zhǔn)確，選擇了全國多個(gè)地區(qū)在建階段的40幢不同施工單位、不同建筑結(jié)構(gòu)類型的高層建筑作為施工活荷載的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)對象。如下圖2所示，即為所調(diào)查的高層建筑的結(jié)構(gòu)類型，其高度多在100米左右。 

　　由于高層建筑混凝土模板支撐結(jié)構(gòu)的施工過程，主要可劃分為模板支撐階段、混凝土澆筑階段、放線和鋼筋綁扎階段、模板拆除階段這四個(gè)不同的施工環(huán)節(jié)，且每一個(gè)施工階段的活荷載值均有所不同。因此，在本文中著重將這四個(gè)階段的施工活荷載進(jìn)行了分別的調(diào)查統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，調(diào)查內(nèi)容主要為人員重量荷載、材料堆積荷載及機(jī)械設(shè)備重量荷載這三個(gè)方面。 

　　2、統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析 

　　圖3～圖6分別為本文中40棟高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，在模板支撐階段、混凝土澆筑階段、放線和鋼筋綁扎階段、模板拆除階段這四個(gè)階段的等效均布荷載分布圖，并初步推論得出高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的施工活荷載分布情況呈現(xiàn)為指數(shù)分布。 

　　從圖3～圖6的數(shù)值可以分析得出，在高層建筑混凝土施工的四個(gè)階段中，其中混凝土澆筑階段的施工活荷載的均值最低，約為其它三個(gè)階段活荷載均值的1/2左右。這也與實(shí)際施工現(xiàn)場中所得出的結(jié)果是相同的，主要是由于在混凝土澆筑階段，材料堆積重量中的鋼筋與模塊的荷載值被逐步轉(zhuǎn)換為施工恒載荷。從上圖中還可以發(fā)現(xiàn)，本文中高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工活荷載均值相較文獻(xiàn)[1]～文獻(xiàn)[3]，以及我國現(xiàn)行規(guī)范中要求的施工荷載取值偏大，但比美國學(xué)者Ayoub所選用的施工活荷載值偏小。 　　3、數(shù)學(xué)模型的建立 

　　由于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工各階段的活荷載的分布情況，趨向與指數(shù)分布的概率密度函數(shù)形狀。因此，可假設(shè)施工活荷載呈指數(shù)分布，其分布密度函數(shù)可用下列方程式表達(dá)： 

　　f（x）=A×c-Bx（x≥0） 

　　根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）中的要求，本文取分布密度函數(shù)f（x）大于95%，即相應(yīng)施工活荷載的給定顯著水平α為0.05。然后進(jìn)行x2擬合與優(yōu)度檢驗(yàn)，并按照指數(shù)分布函數(shù)來明確各施工階段活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值與均值的大小，再利用文獻(xiàn)[5]中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對函數(shù)f（x）中的參數(shù)A和B進(jìn)行計(jì)算與估計(jì)，其計(jì)算結(jié)果見下表1所示。 

　　三、高層建筑施工活荷載的取值建議 

　　將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與參考文獻(xiàn)中多位國內(nèi)學(xué)者給出的建議值相比，建議值相對較小，其主要原因是因?yàn)槭┕�條件、管理?xiàng)l件、設(shè)備條件、環(huán)境溫度等多種因素的不同所導(dǎo)致的。由于目前我國高層建筑施工活荷載的相關(guān)技術(shù)并不完善，為了確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)及模板支撐體系的安全，本文結(jié)合國家現(xiàn)行的施工驗(yàn)收規(guī)范以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，建議高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)各施工階段的活荷載取值分別為： 

　　模板支撐與模板拆除階段活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取2.50 kN/m2，鋼筋綁扎階段的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值可取3.00 kN/m2，砼澆筑階段的活荷載標(biāo)準(zhǔn)可取值為1.50 kN/m2。 

　　總結(jié)： 

　　本論文結(jié)合我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的施工現(xiàn)狀，對混凝土施工期間的活荷載進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析工作，并在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上建議了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)各施工階段的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值限制。以此希望能對當(dāng)前高層建筑施工期活荷載限制的取值上有一定參考與借鑒價(jià)值，從而使高層建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)與事故問題得到有效控制，以進(jìn)一步確保施工階段建筑結(jié)構(gòu)的安全。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　[1] 趙挺生，李樹遜，等.混凝土房屋建筑施工活荷載的實(shí)測統(tǒng)計(jì)[J].施工技術(shù)，2005（7）. 

　　[2] 梅源，胡長明，等.高大模板支撐體系在結(jié)構(gòu)施工期間中所受荷載統(tǒng)計(jì)分析[J].工業(yè)建筑，2010（2）. 

　　[3] 張傳敏，方東平，等.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工活荷載現(xiàn)場調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析[J].工程力學(xué)，2002（5）. 

　　[4] Ayoub H，Karshenas S. Survey results for concrete construction live loads on newly poured slabs[J].Journal of Structural Engineering，ASCE，1994（5）. 

　　[5] 莊楚強(qiáng)，吳亞森.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)[M].廣東：華南理工大學(xué)出版社，2002.