施工荷載簡介
在施工或檢修時,結構或構件受到的由人員和小型工具引起的、作用在某一最不利位置的臨時荷載。在設計屋面板、檁條、挑檐、雨篷和預製小梁等小型、輕型構件時比較敏感,應按規範的規定採用。在海洋土木工程中,施工荷載指結構物建造、裝船、運輸、下水和安裝等階段的臨時性荷載。例如,平台建造和安裝階段的吊裝力、結構物裝船運往現場時的裝船力和運輸力、結構物從駁船上沿甲板滑道滑向海中時的下水力等等。施工荷載部分效應是暫時性的,體系轉換後可以調整或消除;部分效應是永久性的。對施工及安裝階段可能發生的衝撞力、風力和溫度影響,以及寒冷地區的冰雪荷載等應加以適當考慮。
施工荷載存在的問題
(1)荷載量失控;(2)對施工荷載的特點缺乏認識;(3)對施工荷載效應的概念模糊;(4)對施工期結構實際承載力的綜合因素認識不清;(5)腳手架施工超載問題相當嚴重。施工荷載中最突出的問題是樓、屋面施工荷載,長期以來,樓、屋面荷載失控問題較多,由此引發的事故屢見不鮮。
施工荷載的特點和荷載效應
施工荷載的非均布性
因為施工操作的需要,樓面或屋面上出現的施工荷載往往集中在中間局部面積上,例如在樓面上砌磚,根據操作需要,通常將材料集中堆放在房間中央附近面積上。這將使樓板內的荷載效應放大。
集中荷載
模板支撐、腳手架以及堆放構件、材料的墊塊所產生的都是集中荷載。在總荷載相同的條件下,集中荷載產生的彎矩通常情況下比均布荷載大,例如堆放構件通常在其下面設墊木,即將均布荷載轉化為集中荷載,施工人員若不注意,這種荷載可能出現在梁或板的跨中附近,產生較大的彎矩。在預製樓蓋上,如果墊木放在一塊樓板上,問題更加嚴重。重慶市某高校宿舍因在樓面上堆放 5 塊空心板,墊木又放在一塊預製板的跨中附近,當施工中站在板上指揮施工時,該預製預應力空心板突然斷塌。事後的結構驗算證明,在這種受力狀況下,空心板中的冷拔低碳鋼絲的應力已超過其極限強度,鋼絲斷裂造成板垮塌。
施工荷載的動力性及重複性
施工中經常利用樓面堆放或轉運材料,轉運產生的荷載常具有動力作用和重複作用,當荷載出現在跨中附近時,其後果的嚴重性不言而喻。轉運荷載的動力作用,結構設計規範規定乘以 1.5 的係數,荷載效應隨之加大。至於重複荷載,因為並無規律性,結構設計規範也無具體規定,但是其後果是不容忽視的。曾有報導在冷拔鋼絲空心樓板中,儘管板內鋼絲應力始終低於設計強度,但也會發生破壞。某工程用起重機轉運建築材料,反覆在樓面上同一位置附近加荷、卸荷,次數過於頻繁而造成樓蓋嚴重損壞。
施工荷載和結構實際承載力
決定結構承載力的因素很多,例如混凝土或砌磚體結構中,砂漿混凝土強度隨時間增長,需要足夠的時間和適當的環境條件才能達到設計強度,在此期間出現的施工荷載雖未超過設計荷載,但是因為砂漿或混凝土強度低下,仍可能因結構承載力不足而發生質量問題;結構承載力與結構當時的受力體系有關,單個構件和構件體系的承載力差別很大,常見的實例是鋼屋架的承載力,當屋架安裝後,支撐、屋面構件沒有及時安裝固定,鋼屋架內的壓桿因缺少支點,其計算長度比設計值長,造成壓桿長細比加大,承載力下降。類似因素都影響施工階段的結構承載力,施工荷載作用在未竣工的工程上,可能產生的問題應引起重視。
施工超載事故
很多工地對施工荷載控制不重視,所在施工超載事故較多,這類事故原因有兩種:一是施工荷載超過設計值;二是荷載並未超過設計規定,結構實際承載力不足而造成事故。以上事故共同的特點是多層建築的某層樓板垮塌墜落後,連續擊穿下面各層樓板,形成“天井”。當樓、屋面採用預應力板時,一旦超載嚴重,往往板突然斷塌;當用非預應力板時,一般先出現嚴重裂縫和變形,如能及時適當處置,可以防止倒塌。
注意事項
(1)樓、屋面施工荷載大多數可能超過設計荷載,嚴重時會造成事故。對於不了解設計荷載或不熟悉設計規範的施工人員,無法確定樓、屋面的允許荷載值時,應向設計人員諮詢,防止施工超載。
(2)要重視施工荷載不同效應造成的後果。要防止梁、板跨中附近出現過大的集中荷載,更要注意動力荷載和重複荷載帶走的嚴重後果。
(3)應嚴格執行規範規定:應在混凝土強度達到設計要求後,方可承受全部設計荷載。
(4)砌磚體結構施工時,必須認真執行規範規定,樓面和屋面堆載不得超過樓板的允許荷載值。當施工層進料口處施工荷載較大時,樓板下宜採取臨時支撐措施。
(5)施工期砌體或混凝土結構的承載力,應根據砂漿和混凝土的施工強度確定。
(6)以上 5 項要求執行有困難時,須對樓、屋蓋的結構安全進行驗算,必要時設臨時支撐確保施工安全。
(7)施工超載事故頻發,原因複雜,建議標準規範管理部門組織發布有效規定,從根本上杜絕這類事故再發生。