基于“深灣匯云中心”項目超厚底板施工荷載調研及取值研究

尹 飛， 李天嬌， 王化杰， 錢宏亮， 常德賜

(哈爾濱工業大學(威海)土木工程系， 山東威海 264209)

超厚底板是超高層結構最主要的基礎部分，由于厚底較大，其施工過程中往往需要搭設臨時支撐輔助施工，然而目前對這種超高層超厚底板臨時支撐的研究較很少，實際施工往往也是因地制宜、就地取材，缺乏系統的設計方法和行業標準，所采用的超厚底板有的過于保守，有的則缺乏安全儲備，也引發了不少此類工程安全事故。

在超厚底板臨時支撐的設計過程中，其荷載取值也無國家級規范(GB)和行業規范(JGJ)可以參考，計算時往往采用JGJ 130-2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》、JGJ 300-2013《建筑施工臨時支撐結構技術規范》[1-2]等規范中關于施工荷載的規定進行取值設計。但是由于超厚底板施工作業工序和用到的機械設備與上述規范適用情況差別較大，這些規范的荷載取值無法很好地滿足超厚底板臨時支撐的設計要求。需要針對超厚底板的施工荷載進行專門的研究分析。

本文以“ 深灣匯云中心”超高層項目為依托，對超厚底板施工階段活荷載進行調研統計分析，運用非參數估計方法，建立了超厚底板施工荷載的概率分布模型，得到了一套超厚底板施工荷載調研統計方法和不同保證率下的施工荷載取值，為類似超厚底板施工荷載的研究和設計取值提供了參考。

1 超厚底板施工荷載調研統計及概率模型建立方法

1.1 施工荷載調研和統計方法

施工荷載調研工作主要分為拍攝照片和實地統計。拍攝照片可以獲得物體實時位置信息，采用每半天拍攝一組照片的頻率進行；實地統計主要是各類材料和機械設備的單體重量以及施工人員的標準體重。

施工荷載統計方法采用美國學者Haitbam Ayoub和Saeed Karshenas[7-8]提出的網格劃分方法，為了既能描述真實荷載的分布情況又不至于工作量過大，選用大小為6 m×6 m的網格進行劃分，并以物體在不同網格占地面積的大小為依據分配荷載，單個網格總荷載值均勻分布到網格，其均布荷載值作為一個樣本值，網格劃分如圖1所示。

圖1 網格劃分示意

1.2 施工荷載概率模型的建立方法

由樣本估計研究對象總體的概率分布規律，通常采用參數估計方法，若參數估計不能通過擬合檢驗，再進行非參數估計[9-10]。

為了直觀展示樣本分布情況，按下列公式計算施工荷載的平均值、方差、標準差等統計參數，繪出施工荷載樣本分布的頻率直方圖。

1.2.1 概率分布密度的參數估計

參數估計采用適合模板支撐階段施工活荷載統計的指數分布[3-6]和適合非零荷載統計的伽瑪分布[4,7]等經典的概率分布函數，并進行擬合檢驗。

(1)指數分布：

(2)伽瑪分布：

1.2.2 概率分布密度的非參數估計

2 工程調研及荷載模型建立

2.1 工程簡介

“深灣匯云中心”為超高層塔樓，總建筑面積540×104m2，建筑高度為350 m，結構形式為框架剪力墻，基礎形式為樁筏基礎，底板面積為3 312 m2的八邊形，底板厚度范圍在2.5～11.5 m。深灣匯云中心外觀圖片如圖2所示。

圖2 深灣匯云中心

2.2 施工荷載調研

從臨時支撐搭設完畢到混凝土澆筑完畢共13 d時間里，選取18個時間點進行活荷載調研，劃分100個網格進行活荷載統計，共得到1 800個原始數據。各類荷載單位重量和某時刻施工實況分別如表1和圖3所示。

表1 部分活荷載取值

圖3 某時刻施工實況

考慮到人工、機械設備、材料往往集中在較小的區域內，以及極少數人員走動，很多網格荷載值介于0～5 kN之間，使得最終的活荷載標準值偏小。本文采用三種數據矩陣進行研究，三種數據矩陣的數據量和意義如表2所示。

表2 數據矩陣

2.3 建立施工荷載概率模型

計算三種數據矩陣的平均值、方差、標準差等統計參數，分別繪出施工荷載樣本分布的頻率直方圖，如圖4～圖6所示。

圖4 矩陣A頻率直方圖

圖5 矩陣B頻率直方圖

圖6 矩陣C頻率直方圖

對三種數據矩陣的統計數據進行參數估計并擬合檢驗，均不符合指數分布和伽瑪分布。因此只能采用非參數估計方法，繪制的概率密度曲線分別如圖7～圖9所示。

圖7 矩陣A概率密度曲線

圖8 矩陣B概率密度曲線

圖9 矩陣C概率密度曲線

三種數據矩陣的概率密度分布形態基本一致；大量荷載極小網格的存在，使得曲線峰值在0 kN/m2附近且擬合結果出現負值，最終施工活荷載取值偏小，因此采用刪除荷載極小網格的矩陣C更加安全合理。

2.4 施工荷載取值

各矩陣的概率分布曲線及施工荷載標準值取值，分別如圖10～圖12和表3所示。

表3給出了不同保證率的施工荷載取值，其中最大值為1.37 kN/m2，遠小于JGJ 300-2013《建筑施工臨時支撐結構技術規范》[1]中規定鋼結構施工支撐結構的施工荷載標準值3.0 kN/m2。同時，超厚底板臨時支撐在施工結束后，會隨鋼筋網片一起澆筑在混凝土中，不能反復使用。而且，超厚底板臨時支撐無需承擔混凝土樓板，混凝土澆筑時會將支撐體系下部包裹，對支撐體系是有利的。綜合考慮，直接依據這些相近領域的規范進行超厚底板臨時支撐的設計偏于保守，造成材料浪費。有必要增加調研樣本，給出用于超厚底板臨時支撐設計的施工活荷載的合理取值。

圖10 矩陣A概率分布曲線

圖11 矩陣B概率分布曲線

圖12 矩陣C概率分布曲線

表3 施工荷載取值 kN/m2

3 結論

通過對“深灣匯云中心”項目超厚底板臨時支撐施工荷載的深入調研分析，得到了如下結論：

(1)給出了一套超厚底板臨時支撐施工荷載的調研統計及概率模型建立方法，為類似超高層結構超厚底板臨時支撐荷載的確定提供了方法支持。

(2)調研結果表明：“深灣匯云中心”項目的施工荷載標準值遠小于JGJ 300-2013《建筑施工臨時支撐結構技術規范》[1]中鋼結構施工支撐結構的施工荷載標準值為3.0 kN/m2的規定，直接依據這些相近領域的規范進行設計偏于保守，造成材料浪費。有必要增加調研樣本，給出用于超厚底板臨時支撐設計的施工活荷載的合理取值。