李锡军 缪冉
32522部队 福建福州 350003
【摘要】相关资料显示，钢筋混凝土框架结构的施工期质量事故在其全寿命过程结构质量事故中占据了很大的比重。为了尽可能地避免这种情况的发生，本文对钢筋混凝土框架结构施工期质量的可靠性控制进行了研究。
【关键词】钢筋混凝土；框架结构；施工期质量；可靠性研究
一、概述
随着设计和施工技术的不断提高,钢筋混凝土现浇结构在多层和高层建筑被越来越广泛的使用。钢筋混凝土现浇施工的框架具有整体性好、围护墙体轻、抗震性强、施工时间短、布局灵活的优势，在施工操作中，需要在模板及其支架的支护下进行。根据以往的经验来看，在钢筋混凝土现浇施工过程中，经常性的会发生施工期钢筋混凝土结构质量事故，并且最终对施工结构的全寿命造成很大的影响。
二、钢筋混凝土框架结构施工期质量存在的主要问题
1.梁柱节点箍筋施工问题
梁柱节点施工有一定的复杂性：节点构造复杂、钢筋分布密集、高空作业带来的施工难度大,特别是中间柱子钢筋纵横交错,箍筋绑扎不便, 采用整体沉梁时节点区下部箍筋无法绑扎致使梁柱节点部位不放或少放柱箍筋, 这为钢筋混凝土框架结构施工期质量留下很大的隐患。部分施工人员在意识到这一点后，,通常采用的办法是将两个开口箍筋拼合,然而在整个节点区均采用开口箍筋显然不符合规范（GB50204-2015）[1]。规范对箍筋封闭和箍筋末端弯钩的构造要求,是保证箍筋对混凝土核心起有效约束作用的必要条件。采用分层套箍法的操作难度很大,且须将节点部分侧模板拆除方能保证节点箍筋间距及绑扎牢固。若采用原位绑扎法，存在以下几点缺陷:第一，只安装梁底模,不安装侧模板,板的模板无法安装,最终会造成整个模板支撑系统不稳定,易发生模板倒塌事故;第二，在框架结构施工中,钢筋无疑会在施工楼层堆放并且进行二次运输, 然而在这种开放的模板体系上堆放和搬运钢筋极其不安全;第三，支模和绑钢筋多次交叉作业, 不利于施工组织管理,窝工现象较严重，工效较低。这种情况下的解决方案常是增加纵向短筋，如下图所示。
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2.混凝土强度等级不同的问题
现阶段，在高层建筑中,柱使用C45甚至C60 及以上混凝土已非常普遍，实际工程中楼盖合适的混凝土强度等级应为 C20~C35，柱混凝土设计强度高于梁板,且随建筑物高度增大,两者的设计强度差距会越大[2]。现行规范 JGJ3- 2010规定:当柱混凝土设计强度高于梁、楼板的设计强度时,应对梁柱节点混凝土施工采取有效措施, 虽未强调节点核心区混凝土强度等级要与柱相同,但无论梁柱混凝土强度等级相差多少都要保证节点强度，两者均旨在保证“强节点”的设计原则。
3.混凝土保护层厚度问题
钢筋混凝土框架结构施工时必须要严格按规范和设计要求保证混凝上保护层厚度,然而在实际施工时很难做到这一点。在高层建筑中,由于柱箍筋直径较大,间距较密,肢数较多,加工难度较大, 安装时内外箍筋很难做到完全重叠,只能部分外突部分内凹, 外突箍筋使模板无法安装,为此施工单位总是有意识地将箍筋做小一点以便安装模板,但会造成柱纵筋保护层偏大,解决该问题有赖于提高现场加工精度，在框架结构施工中,由于楼面标高是一致的, 双向框架梁同时穿越柱节点时, 必然造成一侧框架梁面筋保护层厚度偏大。
4.施工方案的好坏对梁柱节点混凝土浇筑影响的问题
在进行梁柱节点混凝土浇筑的过程中，浇筑方式应当遵从“先高后低”的原则，高强度水泥与低强度水泥依次浇筑。在混凝土浇筑完成即将初凝前，随后再浇筑楼面梁板。运用这种方法浇筑的地方，应当注意高低强度混凝土领接面冷缝的问题，为避免出现冷缝问题，应当使用振捣器在接缝处来回振捣密实，避免质量可靠性严重降低。同时对于节点处箍筋加密问题，会直接导致到施工难度大小，应事先和设计院沟通联系后，运用适当的技术措施，来保证节点核心区混泥土的强度与密实性。
三、钢筋混凝土框架结构施工期质量可靠性的控制
1.施工期结构的可靠性涵义
施工期结构的可靠性定义，适用于施工期钢筋混凝土结构，然而由于施工期钢筋混凝土结构所具有的独特性，致使该定义对施工期钢筋混凝土结构表现出与正常使用期结构不同的内涵。就施工期钢筋混凝土框架结构结构来说：结构可靠性定义中规定的时间比设计基准期的施工期时间要短；结构可靠性定义中规定的条件主要是指结构的正常设计和正常施工；结构可靠性定义中预期的功能是指结构施工期费用经济合理的情况下，符合结构在安全性和正常施工的要求即可。
分析结构可靠性定义在施工期的特殊涵义，可将施工期结构或结构构件的极限状态分为承载能力极限状态和正常施工极限状态。其中承载能力极限状态对应于施工期结构或结构构件的安全性要求，正常施工极限状态对应于结构或结构构件在施工期的正常施工要求。由于结构或结构构件的施工期和正常使用期时间要求不同，施工期要短得多，因此结构或结构构件的施工荷载及抗力的统计目标期、统计方法等方面均将有别于正常使用期的这些方面。
2.施工期结构的可靠性分析方法
在钢筋混凝土框架结构施工过程中，结构是随时间的增加而逐步“生长”的过程，任一时刻结构的形状、材料性能以及承受的施工荷载均随时间的变化而变化，可称之为 “时变结构”。施工期结构分析，就是根据这一特点，将“时变结构”作为研究对象，研究其结构行为，这与使用期只考虑荷载作用于最后形成投入使用的结构分析思想有很大的区别性。由于前述的结构或结构构件在施工期和正常使用期规定的条件、预期的功能及区分的极限状态等方面的相异，导致施工期结构或结构构件具有不同于正常使用期结构或结构构件的可靠性分析方法。文献[3]通过建立施工期钢筋混凝土结构构件抗力及施工荷载效应的概率模型，并且基于结构动态可靠性分析模型和结构的施工期特点，提出了考虑施工期结构各施工阶段功能函数间相关性的可靠性分析方法，该法考虑到结构构件的施工是按施工阶段(支模、浇筑混凝土、养护混凝土及拆模等)进行的，因而，可以将结构构件的动态可靠性分析视为各施工阶段可靠性分析的集合。
3.施工期结构的可靠性目标水准
为了尽可能地确保钢筋混凝土结构在施工期的质量和安全性，现行施工规范规定了结构构件拆除底模时混凝土早期强度应达到的值，然而由于规定值都是确定值，不能很好的体现不同设计状况、不同结构形式、不同施工方案等情况下施工期结构的可靠度水平，因此不能在施工期结构安全与经济之间寻求最佳的平衡效果。按概率意义的量值(如可靠指标)度量结构安全可靠程度的方法，已被很多人认为是比较合理、科学的方法，为了保证混凝土结构正常使用期间的安全可靠，现行标准规定了结构构件设计时应采用的可靠指标。为了使现行施工规范性和现行标准相适应，可以基于现行标准及现行施工规范各自有关结构构件安全的规定和文献中确定结构构件可靠性水准的校准法，提出用于确定施工期钢筋混凝土结构可靠性水准的校准法。该法可基本涵盖影响施工期结构可靠度的各种因素，如设计荷载、施工荷载、支模方案及施工周期等。
4.施工期结构质量的可靠性控制
结构构件的抗力的影响因素有：材料性能、几何尺寸、计算模式的精确性等等，其中材料性能的质量对结构构件抗力的影响最为明显。为了使结构构件具有所预期的可靠度，目前的方法是要求材料性能满足现行标准规定的质量方程式。明确了现行标准要求的质量水平后，设计所预期的结构可靠度就可以通过材料性能的质量控制来保证。现行标准方法所验证的材料性能，是一个随机变量，它基本不随时间的变化而变化。也就是说，现行标准方法所验证的材料性能已渡过了随时间的增加而变化比较明显的施工期，因此对处于施工期的材料性能的质量控制，则不能按照该法进行。具有部分强度的混凝土结构和模板及其支架，共同组成了施工期临时承载体系，结构的施工按照由支模、浇筑混凝土、养护混凝土及拆模等施工阶段组成的施工周期循环进行。这些施工操作过程的交替，必须要符合一定的结构构件抗力水平，此抗力水平可通过相应施工阶段结构材料性能的质量控制来保证。
施工期结构构件的质量水平，可以根据施工期目标可靠性指标β来衡量，施工期内t 时刻材料性能 f（t）的实际质量水平可用根据统计特征值均值 μf（t）和标准差 σf（t）来表示。因此，为了更好地控制施工期材料性能的质量，须建立 β与 μf（t）、σf（t）之间的数学关系，以明确提出施工对 t 时刻材料性 f（t）的质量要求。在已经选用的施工方案条件下，联合考虑施工荷载、支模方案和施工周期等等众多影响因素，文献[3]建立了对施工期结构构件材料性能进行质量控制的“动态质量方程式”的通式，它表达为：
U［μf（t），σf（t），β，f（t）］=0
当结构构件尚处于施工期，即其材料性能的变化随时间的增加比较明显时，对材料性能的质量控制按“动态质量方程式”式进行；当结构构件由施工期跨入使用期时，材料性能的变化随时间的增加基本不变，施工期结构目标可靠指标β为使用期结构目标可靠指标 βs 所替代，则此时试件材料性能的质量控制应按现行标准规定的“质量方程式”进行，以检验施工过程中形成的结构对设计质量的符合程度。动态质量方程式”的使用，应基于一定的施工荷载水平。对施工荷载水平的控制，主要是针对在施工各阶段随时间及空间变异性较大的楼面活荷载的水平控制。
四、结语
综上所述，保证钢筋混凝土结构的施工质量的绝对安全有一定的难度和挑战，然而通过可靠性的控制理论，可保证其有一个被接受的概率水平。
【参考文献】
[1]GB50204-2015，混凝土结构工程施工质量验收规范.
[2]余安东，叶润修.建筑结构的安全性与可靠性[M].上海科技技术文献出版社，1986.
[3]巴松涛.钢筋混凝土结构施工期可靠性控制研究.大连：大连理工大学，1999.