尹 飞， 李天娇， 王化杰， 钱宏亮， 常德赐

(哈尔滨工业大学(威海)土木工程系， 山东威海 264209)

超厚底板是超高层结构最主要的基础部分，由于厚底较大，其施工过程中往往需要搭设临时支撑辅助施工，然而目前对这种超高层超厚底板临时支撑的研究较很少，实际施工往往也是因地制宜、就地取材，缺乏系统的设计方法和行业标准，所采用的超厚底板有的过于保守，有的则缺乏安全储备，也引发了不少此类工程安全事故。

在超厚底板临时支撑的设计过程中，其荷载取值也无国家级规范(GB)和行业规范(JGJ)可以参考，计算时往往采用JGJ 130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、JGJ 300-2013《建筑施工临时支撑结构技术规范》[1-2]等规范中关于施工荷载的规定进行取值设计。但是由于超厚底板施工作业工序和用到的机械设备与上述规范适用情况差别较大，这些规范的荷载取值无法很好地满足超厚底板临时支撑的设计要求。需要针对超厚底板的施工荷载进行专门的研究分析。

本文以“ 深湾汇云中心”超高层项目为依托，对超厚底板施工阶段活荷载进行调研统计分析，运用非参数估计方法，建立了超厚底板施工荷载的概率分布模型，得到了一套超厚底板施工荷载调研统计方法和不同保证率下的施工荷载取值，为类似超厚底板施工荷载的研究和设计取值提供了参考。

1 超厚底板施工荷载调研统计及概率模型建立方法

1.1 施工荷载调研和统计方法

施工荷载调研工作主要分为拍摄照片和实地统计。拍摄照片可以获得物体实时位置信息，采用每半天拍摄一组照片的频率进行；实地统计主要是各类材料和机械设备的单体重量以及施工人员的标准体重。

施工荷载统计方法采用美国学者Haitbam Ayoub和Saeed Karshenas[7-8]提出的网格划分方法，为了既能描述真实荷载的分布情况又不至于工作量过大，选用大小为6 m×6 m的网格进行划分，并以物体在不同网格占地面积的大小为依据分配荷载，单个网格总荷载值均匀分布到网格，其均布荷载值作为一个样本值，网格划分如图1所示。

图1 网格划分示意

1.2 施工荷载概率模型的建立方法

由样本估计研究对象总体的概率分布规律，通常采用参数估计方法，若参数估计不能通过拟合检验，再进行非参数估计[9-10]。

为了直观展示样本分布情况，按下列公式计算施工荷载的平均值、方差、标准差等统计参数，绘出施工荷载样本分布的频率直方图。

1.2.1 概率分布密度的参数估计

参数估计采用适合模板支撑阶段施工活荷载统计的指数分布[3-6]和适合非零荷载统计的伽玛分布[4,7]等经典的概率分布函数，并进行拟合检验。

(1)指数分布：

(2)伽玛分布：

1.2.2 概率分布密度的非参数估计

2 工程调研及荷载模型建立

2.1 工程简介

“深湾汇云中心”为超高层塔楼，总建筑面积540×104m2，建筑高度为350 m，结构形式为框架剪力墙，基础形式为桩筏基础，底板面积为3 312 m2的八边形，底板厚度范围在2.5～11.5 m。深湾汇云中心外观图片如图2所示。

图2 深湾汇云中心

2.2 施工荷载调研

从临时支撑搭设完毕到混凝土浇筑完毕共13 d时间里，选取18个时间点进行活荷载调研，划分100个网格进行活荷载统计，共得到1 800个原始数据。各类荷载单位重量和某时刻施工实况分别如表1和图3所示。

表1 部分活荷载取值

图3 某时刻施工实况

考虑到人工、机械设备、材料往往集中在较小的区域内，以及极少数人员走动，很多网格荷载值介于0～5 kN之间，使得最终的活荷载标准值偏小。本文采用三种数据矩阵进行研究，三种数据矩阵的数据量和意义如表2所示。

表2 数据矩阵

2.3 建立施工荷载概率模型

计算三种数据矩阵的平均值、方差、标准差等统计参数，分别绘出施工荷载样本分布的频率直方图，如图4～图6所示。

图4 矩阵A频率直方图

图5 矩阵B频率直方图

图6 矩阵C频率直方图

对三种数据矩阵的统计数据进行参数估计并拟合检验，均不符合指数分布和伽玛分布。因此只能采用非参数估计方法，绘制的概率密度曲线分别如图7～图9所示。

图7 矩阵A概率密度曲线

图8 矩阵B概率密度曲线

图9 矩阵C概率密度曲线

三种数据矩阵的概率密度分布形态基本一致；大量荷载极小网格的存在，使得曲线峰值在0 kN/m2附近且拟合结果出现负值，最终施工活荷载取值偏小，因此采用删除荷载极小网格的矩阵C更加安全合理。

2.4 施工荷载取值

各矩阵的概率分布曲线及施工荷载标准值取值，分别如图10～图12和表3所示。

表3给出了不同保证率的施工荷载取值，其中最大值为1.37 kN/m2，远小于JGJ 300-2013《建筑施工临时支撑结构技术规范》[1]中规定钢结构施工支撑结构的施工荷载标准值3.0 kN/m2。同时，超厚底板临时支撑在施工结束后，会随钢筋网片一起浇筑在混凝土中，不能反复使用。而且，超厚底板临时支撑无需承担混凝土楼板，混凝土浇筑时会将支撑体系下部包裹，对支撑体系是有利的。综合考虑，直接依据这些相近领域的规范进行超厚底板临时支撑的设计偏于保守，造成材料浪费。有必要增加调研样本，给出用于超厚底板临时支撑设计的施工活荷载的合理取值。

图10 矩阵A概率分布曲线

图11 矩阵B概率分布曲线

图12 矩阵C概率分布曲线

表3 施工荷载取值 kN/m2

3 结论

通过对“深湾汇云中心”项目超厚底板临时支撑施工荷载的深入调研分析，得到了如下结论：

(1)给出了一套超厚底板临时支撑施工荷载的调研统计及概率模型建立方法，为类似超高层结构超厚底板临时支撑荷载的确定提供了方法支持。

(2)调研结果表明：“深湾汇云中心”项目的施工荷载标准值远小于JGJ 300-2013《建筑施工临时支撑结构技术规范》[1]中钢结构施工支撑结构的施工荷载标准值为3.0 kN/m2的规定，直接依据这些相近领域的规范进行设计偏于保守，造成材料浪费。有必要增加调研样本，给出用于超厚底板临时支撑设计的施工活荷载的合理取值。