高层建筑带悬挑厚板转换层施工技术探讨

摘要：本文结合工程实例，详细介绍分析了高层建筑带悬挑厚板转换层施工难点及施工方案的设计与比选，对施工难度较大的悬挑支撑体系的设计进行了深入分析，对厚板转换层施工技术要点进行了具体阐述。

关键词：高层建筑：悬挑：厚板转换层：支撑体系：桁架

中图分类号：TU974

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2008）08-0183-03

1工程概况

湖南怀化一商住楼建筑工程项目坐落于市中心，地下2层，地上30层，建筑高度112.5m，工程10层以下为外框内简结构，在标高40.0m（10层结构平面位置）设计布置了钢筋混凝土厚板转换层，上部为全剪力墙结构住宅。转换层厚2m，外框呈弧状，由框架柱向外悬挑3.70m～4.85m，向芯简剪力墙内延伸0.580m～1.050m。

在距转换层厚板顶标高300mm位置，设计布置了有粘结预应力筋。转换厚板其下楼层净空间仅3.5m，9层及以下结构为多年前已建未完成工程，裙房部位为营业中的商场。

2厚板转换层施工方案设计

2.1施工难点分析

2.1.1转换板厚达2m，自重荷载大。

2.1.2转换层厚板结构布置在建筑10层、建筑标高40.0m的位置上，其下结构为多年前已施工的未完成工程，施工时利用原有结构梁板作为转换支撑平台，存在较大的风险。

2.1.3转换层厚板均向外悬挑3.70m～4.85m，施工难度大。

2.1.4本工程的裙房部分为营业中的商场，工程施工过程中不能影响其正常营业及所需功能。

2.2主要施工方案设计要点

2.2.1浇筑方法的选择与叠合板的深化设计

通过理论分析，确定本工程转换厚板结构采用叠合施工方法，较一次性浇筑在经济技术上具有优越性。如果采用一次性浇筑方法，其支撑费用成本相当高，支撑节点处理复杂，难以解决悬挑部分荷载传递问题。采用PKPM-SATWE软件对第1次浇筑400、600、800mm3种不同厚度的板在第2次混凝土施工时，已浇筑转换板的混凝土强度达80%设计强度的情况进行计算分析，从影响施工安全与工程质量的各方面逐一进行了对比，如表1所示。经分析，确定采用第1次浇筑600mm厚施工方案。

2.2.2支撑设计方案的比较

2.2.2.1支撑设计方案共设计了3套支撑方案：

1）方案1：局部钢支撑+钢管扣件支撑体系1/4悬挑部位（临侧商场屋面上部分）采用三角钢支撑；荷载由次桁架三角主桁架框架柱传递支撑。因3/4悬挑部位以下6层～9层梁板结构是柱框架外新增结构，此悬挑部位的支撑体系为：加强后的第8层平面与第9层平面梁板+2层钢管扣件支撑。施工方法为：从6层～8层，逐层搭设结构支撑、浇筑梁板结构搭设第9层结构支撑浇筑第9层加强结构逐层拆6层～8层支撑搭设转换板支撑第1层转换板混凝土浇筑转换层混凝土达到80%设计强度后支撑系统卸载第2层转换板结构混凝土浇筑。其余支撑系统为：由1层～9层的钢管扣件排架+旧结构梁板；支撑系统须紧紧顶撑于梁板，在第2层转换板浇筑前须卸载。

2）方案2：全钢支撑体系荷载传递由次桁架主桁架框架柱。主桁架截面采用[]截面；次桁架上弦采用][截面，其余采用2L30×3；支座节点避免了牛腿形式，节点做法为采用钢板将上弦与柱上埋件焊连；埋件锚筋布置尽量细而密；悬挑部位采用空间三角支撑，荷载传递简单明确，并减少悬挑部位支撑用钢量。

3）方案3：钢支撑+局部钢管扣件支撑体系3/4悬挑部位同方案1，其余部位同方案2。无论何种方案，土浇筑加荷时须根据圆弧射线方向，由内芯筒部位剪力墙向外分带、分层浇筑，分带射线范围内悬挑部位的混凝土浇筑量不得超过框架柱内侧混凝土的浇筑量。针对上述3种方案，从多个方面进行了对比分析，确定“方案3”为实施方案。

2.2.2.2支撑桁架的主要技术特点分析

1）主桁架上弦杆（压杆）采用槽钢[]形双拼组合截面。不仅有效地提高杆件体外稳定性能，减少杆件自重，而且有利于次桁架的安装。跨度8m左右的主桁架其拱10mm。

2）次桁架中大量采用L30×3轻钢桁架结构，次桁架搁置在主桁架上，间距900mm布置。

3）局部悬挑部位采用三角支撑，如图1所示。

4）图中的GJ21与芯筒外剪力墙支座处，通过布置拉杆，有效地将大部分支座拉力传递到内芯筒部位受拉能较好的钢筋混凝土部位上，有效地减少对支座剪力墙的拉弯。

5）桁架支座避免了牛腿形式，有效地减少了偏心弯矩对支座（埋件）的影响。支座节点均布置为筒支形式，尽量避免支座处杆件负弯矩。同时支座处节点焊接形成的焊接收缩应力与主桁架上弦杆的受力方向相反，相当于对桁架形成了预应力，对桁架受力有利。

6）设计过程中的优化，使桁架用钢量最省，制作安装最简单。

7）埋件设计时，锚筋布置细而密，虽然安装较为困难，但在支座布置时，应避免长时间的电焊操作而导致埋件的变形，并避免埋件与混凝土间出现变形裂缝。

2.2.2.3局部悬挑部位钢管扣件支撑体系的设计

除局部9层楼面为商店的屋面板，不能用作转换板的支撑结构外，其它悬挑部分由6层～9层分别随框架柱的加固而新增的悬挑结构。因而可通过对8层～9层悬挑部位的楼面结构进行加固设计，以9、8层楼面结构及2层的钢管扣件支撑来承担第1次浇筑的转换层悬挑部位荷载。并通过对钢管扣件卸荷，解决第2次能够换板混凝土浇筑时，第1次浇筑600mm厚板的挠度对钢管扣件支撑结构的影响。

1）确定钢管扣件支撑体系荷载时，按同挠度、同刚度原则进行。假设：①在上部结构施工时各层板结构的挠度变化一致；②因6层～9层结构板设计构造形成一致，因而认定其刚度一致；③在第1次浇筑600mm厚转换层板混凝土达到设计强度的80%后，其下悬挑部位的钢管扣件支撑排架均拆除；④假设钢管扣件支撑刚度无限大，并且与结构板紧密相撑。600mm厚转换层浇筑荷载2.15kNPm2；每层钢管扣件支撑自重荷载1.8kNPm2；每层的模板与木方自重何在0.6kNPm2；悬挑梁板的自重荷载313 kNPm2；悬挑部位边梁250mm×700mm（梁1）的自重线荷载为4.43 kNPm2；悬挑部位（与柱外侧边平行）计划新增梁300mm×600mm（梁2），自重线荷载为5.4 kNPm2；悬挑主梁（梁3）的自重线荷载为5.18 kNPm2。通过比较各工况作业时各层板及钢管扣件支撑所承受的荷载变化可知，作用能够在梁板上最不利荷载分别为：均布荷载17.495 kNPm2，悬挑主梁另加6.06 kNPm，边侧梁另加5.19 kNPm，柱间梁另加6.3 kNPm。钢管扣件排架支撑最大立杆荷载为23.9 kNPm2。

2）8、9层悬跳部位结构梁板按上述计算荷载进行了加固。比原设计增加钢筋约2t，增加混凝土约3m3。

3）悬挑部分的钢管扣件支撑设计，钢管扣件排架600mm×600mm双向布置。钢管扣件排架立杆支撑大横处采用双扣件。8、9层露面施工应平整，上下立杆处在同一垂直线上。钢管扣件排架纵横向步距均为1200mm，在距露面200mm设纵横向扫地杆。横杆与框架柱每步层均扣接；框架柱侧，利用框架柱的对拉螺栓螺杆与钢管扣件排架大横杆搭接焊接。钢管扣件排架长方向每隔2立杆间距设短向剪刀撑，短向在脚手架最边侧各设1道剪刀撑，剪刀撑位置应涵盖其面上所有的立杆。模板平面与圆弧最外缘向柱中轴线带有15mm坡度，外侧高于内侧。

4）叠合板挠度对钢管扣加支撑体系的影响设计控制设计计算中，第1次浇筑转换板混凝土时对9层悬挑部位梁板结构产生的挠度，与叠合板承受第2次转换板浇筑荷载时，（第1次浇筑转换板的自重仍考虑由其下钢管扣件支撑）所产生的挠度基本一致；因而在第1次浇筑转换板混凝土达到80%设计强度后、第2次转换板混凝土浇筑前，对9层悬挑部位的钢管扣件支撑的最上排纵横向扣件进行送后再紧的措施，以此对钢管扣件支撑体系卸载，避免第2次转换板混凝土浇筑时，受叠合结构挠度的影响而使转换板下悬挑结构所受荷载增加。

3悬挑厚板转换层施工

3.1桁架的制作安装

桁架的制作均采用普通Q235钢材，E43焊条，二级焊缝外观质量控制。主桁架通过角铁、铁板与预埋在框架柱或剪力墙上的预埋件焊接连接，严禁将简支节点焊接成固结点。次桁架与主桁架直接采用角焊相连。一般次桁架支座点均布置有55mm×130mm板，两侧55mm边与钢桁架上弦杆角焊连接。跨度超过4000mm的次桁架，上弦中部应布置系杆，所有次桁架下弦系杆采用L50×5或普通钢管。

3.2部分悬挑部位的钢管扣件支撑

钢管采用直径

3.3模板工程

采用普通18mm厚胶合板模板，50mm×100mm木枋背楞，间距300mm布置。对于1400mm高侧模，则利用暗梁箍筋固定对拉螺栓，确保侧模支撑结构的稳定。

3.4钢筋工程

直径>25mm的钢筋接头均采用套简直螺纹连接接头。钢筋保护层垫块采用废花岗岩块。花岗岩垫块的密度与大小严格按设计计算确定，避免垫块处因胶合板承载力不足而凹陷，导致底板露筋。为便于第1次浇筑混凝土时表面处理与清理，保证叠合界面的抗剪能力，暗梁的部分箍筋采用开口箍，待第2次钢筋绑扎前电焊封闭。

3.5混凝土工程

混凝土采用缓凝微膨胀型混凝土，坍落度控制在15cm±3cm之间，控制混凝土的初凝时间≥8h。采用2台以上泵车分别由剪力墙内芯筒部分向外分带、分层浇筑。最后两路合在一起，避免垂直面施工冷缝的产生。混凝土浇筑时，必须先浇筑剪力墙内芯筒一侧混凝土，根据圆弧射线方向部位，悬挑部位的混凝土量不得超过框架柱内侧混凝土的浇筑量。混凝土浇筑采用斜面自然分曾振捣密实。根据混凝土泵送时自然形成的坡度，在每个浇筑带的前、后布置3～4大道振捣器。第1道布置在混凝土的卸料点，主要解决上部混凝土的捣实；由于底层钢筋间距较密，第2道布置在混凝土的坡脚处，确保下部混凝土的密实；第3、4道布置在上述2道振捣器的中间，确保混凝土与下层混凝土的结合密实。随着混凝土浇筑工作的向前推进，振捣器也相应跟上，以确保整个高度混凝土的振捣质量。混凝土的表面处理浮浆与泌水及时采用真空洗浆机吸除；混凝土初凝前，铲除混凝土表面过厚水泥砂浆，以同配比混凝土代替，采用木楔抹压密实，并采用钢丝刷清除钢筋上的污染物；混凝土终凝前再次用木楔打毛，闭合收缩裂缝；同时叠合板界面做凹凸处理，布置剪力销。本工程转换层混凝土的浇筑在9月～10月，第1次浇筑混凝土采用蓄水养护的方法，第2次浇筑混凝土采用覆盖塑料薄膜的养护方法。养护时间≥14d。

3.6预应力工程

分3次张拉，转换层结构混凝土达到设计强度100%后，张拉1P3σcon；施工至20层张拉至2 P3σcon；施工至顶层时，张拉余下的1 P3σcon 。

4施工监测

4.1加荷试验

在一个柱间单元桁架安装完成，进行加载钢筋试验，钢筋重量与600mm板自重相当。加荷后观察，桁架受力工作正常。经检测，桁架挠度为5.7mm，小于计算挠度9mm。

4.2施工监测

4.2.1挠度监测共设3个点，分别为空间三角支撑悬挑部分的最外端点，及GJ2、J10的跨中点。最终监测结果分别为：14.2、6.7、5.8mm，均在正常范围之内。

4.2.2桁架应力监测，在转换层混凝土浇筑开始至转换层混凝土浇筑结束，我们采用应力应变检测仪对3榀主桁架（GJ2、GJ10、GJ6'）10个典型点进行了应变监测，混凝土浇筑时每15min采样1次，其余时间每天采样1次，总历时35d。根据采样得到的数据分析与换算得出的主要结果：①GJ2、GJ6'下弦杆实测数据变化不大，说明框架柱处节点刚度过大，下弦杆可认为基本不受力；②实测换算数据与设计计算数据有一定的差异，但实测数据大小顺序与设计计算结果基本一致，拉（压）杆符号一致；③随第1次浇筑混凝土荷载的增加，杆件应力增加，达到峰值后，随第1次浇筑混凝土强度的增长，杆件应力逐步缓慢减少，但随第2次混凝土浇筑荷载的增加，杆件应里增加，接近第1次混凝土浇筑时所测得的峰值。

5结语

由桁架制作开始至转换层混凝土浇筑结束，总历时68d，桁架用钢量70t（包括埋件、埋件锚筋等），工程质量优良。

参考文献:

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[6] JGJ1302-2001.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”