如何控制高层建筑厚板转换层的叠合建筑施工质量

【摘要】混凝土叠合结构的产生最初是为了解决大型预制构件的安装，或是为了解决现浇结构高空支模中比较复杂的施工问题，经过研究而发展起来的新型装配整体式结构。本文就如何控制高层建筑厚板转换层的叠合建筑施工质量进行探讨。

【关键词】高层建筑；转换厚板；叠合浇筑法

1.混凝土叠合结构的概念

叠合梁板由于具有二阶段制造和二次受力的特点，其受力性能与整体浇筑的梁板相比有较大的差别。多年来欧美和前苏联一些知名学者，对叠合梁板进行了深入研究，并写出了专门著作。美国ACI学会早在60年代就提出了“建筑用组合梁设计暂行建议。但国外研究得较多的是叠合面的抗剪强度、抗剪联接；叠合面上下两部分的收缩微差造成的附加内力和变形；预制构件对后浇混凝土极限变形的抑制；以及抗裂度和挠度的计算方法等问题。并且大都是在一次受力情况下进行试验研究的，未能反映这种结构在无支撑施工条件下的二次受力特性。关于叠合梁的强度，国外的研究认为不受叠合前弯矩的影响，即叠合梁（板）正截面的承载能力等于同样截面尺寸、配筋和混凝土强度的整体梁截面的承载能力。但实际上叠合梁板的强度、最大配筋界限值以及在使用阶段的受力性能还受很多因素的影响。

自1990年以来，华北水利水电学院赵顺波等人也对混凝土叠合结构进行了深入研究，他们得到了水利水电基金、河南省自然科学基金、大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室基金的资助，在混凝土叠合结构理论研究方面取得了一系列显著成果。

2.转换层厚板叠合浇筑法的施工现状

由于叠合浇筑法能够解决厚板高空支模这一问题，并能节约大量支撑材料，因此这一施工方法得到了广泛应用，我们也能查阅到大量有关转换层厚板叠合浇筑施工法的论文。在众多的论文中，大多数是从技术角度出发对高空支模的方法进行了分析，提出厚板底部支撑只需考虑首次浇筑时的施工荷载，从而解决模板支撑问题；然后再从经济角度出发，将叠合浇筑法与传统施工方法进行对比，提出叠合浇筑法与传统施工方法相比能够节约大量的支撑材料，证明叠合浇筑法在经济上的可行性。厚板转换层属于大体积混凝土结构，厚板在在养护过程中将释放出大量的水化热，一旦由于水化热引起的温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，即会引起开裂。为了避免厚板中产生温度裂缝，国内学者就这一问题也作过众多研究，并提出了一些措施，比如采用低水化热水泥、控制混凝土的入模温度、在厚板中部设置循环水冷却管、实施“内降外保”的养护措施等等。虽然有很多带厚板转换层的高层建筑通过叠合浇筑法己经建成，但转换层叠合浇筑法的研究还不成熟，还有许多问题有待研究，比如上述众多研究中，多是针对“叠合厚板本身的受力特点”这一问题，而对“与厚板一次整体浇筑相比，厚板叠合浇筑时厚板下部框支柱的内力是否有较大变化，却没有人作过分析。对叠合浇筑法做进一步地研究，可为广大设计及施工单位提供重要的参考资料，并将有力的促进我国建筑施工技术水平。

3.厚板叠合浇筑时先浇层厚度的施工

3.1纵向受拉钢筋应力的控制

二次受力叠合结构的底部受拉钢筋具有应力超前的现象，而应力超前会导致结构的裂缝宽度及挠度增大，使得纵向受拉钢筋在使用阶段就可能处在接近屈服强度的高应力状态，并较早地达到屈服强度；如果应力超前值过大，则会引起结构安全储备严重降低，进而不能满足正常的使用要求，使叠合梁失去应用价值，因此必须对纵向钢筋的应力加以控制。而现行的一些规范也对叠合构件纵向受拉钢筋应力作出了规定，比如《水工混凝土结构设计规范》规定钢筋混凝土叠合式受弯构件正常使用极限状态纵向受拉钢筋应力应满足的条件。该规范所附的条文说明对此也有解释，认为由于叠合构件在施工阶段先以截面高度小的预制构件承受该阶段全部荷载，使得受拉钢筋中应力比假定用叠合构件全部截面承担同样荷载时大，这一即为“受拉钢筋应力超前”。受拉钢筋应力超前使得叠合构件与同样截面的普通受弯构件相比钢筋拉应力及曲率偏大，并有可能使受拉钢筋在弯矩标准值。

3.2钢筋混凝土受弯构件截面的控制

目前在普通钢筋混凝土梁受弯性能方面的研究比较成熟，对梁正截面内力的分析方法大同小异。梁正截面内力计算公式针对的是“梁”在“受弯”时的状况，而我们要分析的转换层结构是一块“板”，用这些公式计算出来的转换层厚板板底钢筋应力会有一定的误差，不过在厚板应力变化不太剧烈的部位误差应该不会太大，我们可以尝试用这些公式来估算厚板正截面纵向受拉钢筋“应力超前”值。我国《混凝土结构设计规范GB50010一2002》也给出了混凝土受压的应力与应变关系曲线，表达式与本文相论述的应力应变曲线相。各种应力应变曲线表达式只有细微的差别，因而其计算结果也只有细微的差别。当受拉边缘混凝土应力小于抗拉强度关时截面并未开裂，混凝土及钢筋均处于弹性受力阶段。这时钢筋混凝土梁的应力分布与连续、匀质材料梁相似。

3.3底筋应力超前的控制

为了定量的分析分层叠合浇筑对厚板底筋应力超前值的影响，我们可以对比转换层厚板一次整体浇筑与分两层叠合浇筑时厚板纵向受拉钢筋各自的应力，看看它们的差别究竟有多大。普通钢筋混凝土梁正截面内力较为精确的分析方法，用这种方法分别计算一次整体浇筑与分层叠合浇筑时厚板底筋的应力两者之差即为初始阶段的底筋应力超前值。厚度不同的板的刚度是不一样的，厚度大的板刚度会较大。转换层厚板先浇层厚度为一个固定值的时候，取不同值时，它与厚板下部墙柱所形成的结构在相同荷载作用下的内力是不一样的。厚板叠合浇筑不会引起底筋的“拉应力超前”，相反还会缓解该点钢筋在作用力的方向产生最终拉应力。

4.结束语

总之，转换层厚板叠合浇筑对下层框支柱的弯矩设计值有较大影响，尤其是边柱。厚板叠合浇筑会加剧厚板下部部分框支柱的内力，但也会缓解部分框支柱的内力。如果厚板采用叠合浇筑法施工，在对带厚板转换层的高层建筑进行设计时，应该考虑先浇层厚度，对厚板下部框支柱受力的影响，及时调整框支柱的设计值。在通常情况下，叠合浇筑的厚板能够满足现行规范对钢筋混凝土叠合式受弯构件正常使用极限状态纵向受拉钢筋应力的控制要求，不会引起结构安全储备的严重降低。

参考文献

[1]金泽乾，朱一鹏，金宗镰.转换板分层施工及支模技术.建筑技术，2004，12

[2]周旺华.现代混凝土叠合结构.北京中国建筑工业出版社，2000

[3]赵顺波，张新中，混凝土叠合结构设计原理与应用.中国水利水电出版社，2001