探析转换层大体积梁结构施工技术

摘要:本文根据工程实践,介绍了转换层转换层结构形式及特点、转换大梁的支撑系统、转换梁支撑系统设计、二次支柱楼层混凝土拆模强度等主要施工技术。

关键词: 结构转换层支撑系统二次支柱

1 转换层结构形式及特点

1.1 转换层结构形式

多层商住楼底部3层裙房作为商场、文化娱乐等公共设施,顶部塔楼布置为住宅。从结构布置的特点以满足建筑功能上看,上部需要小开间的轴线布置,以较多的墙体来满足住宅的要求;下部公共部分则希望有尽可能大的自由灵活空间――柱网要大,墙体要尽量少。此要求与结构的合理、自然布置趋势正好相反。从结构受力特点看由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,而正常布置时应当是下部刚度大、墙多、柱网密, 而到了上部则渐渐减少墙、柱并扩大轴线间距。

结构的正常布置与建筑功能之间因此产生了矛盾。为了满足建筑功能的要求, 结构必须以与常规方式相反的设计进行布置: 上部布置小空间,下部布置大空间; 上部采用刚度大的剪力墙,下部则采用刚度小的框架柱。为了实现这种结构的布置, 就必须在结构转换的楼层设置转换层,该工程就是在三、四层之间高出裙房屋面处设置了结构转换层,该转换层为梁式转换层结构形式。

2.2 转换层的特点

转换层大梁的最大截面为1200mm×2500mm,板厚为250mm,裙房屋面板厚为150mm,为了确保上部荷载通过转换层的梁板柱能安全有效地传递至基础承台, 设计上采取了在梁柱部位设置加强翼缘的办法以确保大梁的稳定性。

由于转换层梁截面大,钢筋密集,致使该层结构自重大,施工荷载亦远远超出支承层楼板的承载极限;同时,由于转换梁钢筋排列密集,柱顶梁柱锚固筋的弯锚,以及加强翼缘钢筋的穿插等,使得在转换层梁板施工中,必须精细计算支撑体系,以确保整个结构的安全可靠,同时也应当合理的安排好钢筋的绑扎顺序等等。为此,必须作出周密的考虑,制定具体的施工安全保证措施。

3 转换大梁的支撑系统

转换梁截面大,施工荷载达80kN/m2,而支撑楼面设计荷载仅为6kN/m2,因此,按常规的排架及支模方法将无法满足该结构大梁的施工。

3.1 转换梁支撑系统设计的思路

经过多种支撑系统技术方案的比较,本工程转换层大梁施工采用“二次支柱, 两次浇筑”法进行。

所谓二次支柱,就是在每层楼层混凝土强度达到能支持自身重量时即行拆模, 使其产生自然挠度,承受了自身重量后,立即在原支柱位置设置二次支柱,以传递其后上层楼板的施工荷载。

在二次支柱法施工中,转换层下的楼层混凝土自重由已形成的框架结构承受, 所以传至支柱上的荷载就减少了很多,只承受转换层部分施工荷载。

如果采用原封不动地保留楼层梁、板支撑的传统支模方法(即一次支柱)施工, 从荷载传递上可得出底层支柱所受荷载特别大,不但包括转换层的施工荷载,还包括已浇筑的二、三层楼层的荷载,从而使底层支柱超载,以至容易出现安全事故; 或为了安全,也可在底层加密支柱,增加支柱的投入量。

所谓两次浇筑就是为了减少支撑楼层的层数,减少支撑数量,因此必须适当调整转换层的施工荷载,将2.5m高的转换大梁分两次施工,第一次浇筑混凝土至梁高1.5m 处,从而使施工荷载减至5.12kN/m2,减少了36%。转换层施工荷载的减轻使得支撑立柱的投入量也随之减少,同时支撑体系的安全性得到提高。第一次浇筑之混凝土强度达到25MPa，第二次混凝土浇筑时,利用第一次浇筑形成的梁(1200mm×1500mm)及框架柱以及转换大梁的支撑系统,共同支承第二次浇筑的混凝土和施工荷载。

为确保楼面支撑的整体稳定性、强度和刚度, 必须采用合理的传力体系,将转换层的荷载安全有效地传至基础承台,这就要充分利用已施工好的二、三层梁柱来分担部分荷载。具体作法是, 首先将二、三层梁板的模板支撑拆除,让梁板开始工作承受自重,然后在原支柱位置设置二次支柱加强梁板,使梁板不致在巨大的荷载作用下变形。传力体系为:转换梁板三层柱及部分梁板二层梁板柱一层柱 基础承台。

3.2 二次支柱楼层混凝土拆模强度

二次支柱要求在每层混凝土达到能支持自身重量时即行拆模,这个拆模强度如何确定,这是施工中一个重要问题。

根据以往的施工经验,我们确定了当随构件同条件养护的混凝土试块强度达到25MPa即拆除模板,此强度约为设计强度C40的63%,在平均温度25℃时约需要6天。

上述拆模强度低于施工规范GB50204―92的拆模强度要求,故必须经过计算、复核结构在自重荷载下的强度。

计算表明:受弯构件的混凝土强度等级降低,对受弯构件的承载力影响是有限的。构件强度达到设计强度的63%(25MPa)时,构件的设计承载力也仅下降了6%左右, 而此时作用于构件的设计荷载尚有近50%未作用在构件上,所以构件强度达25M Pa 拆模是安全可靠的。

3.3排架的搭设

因转换梁重量较大,经计算排架需采用5 48mm×315mm无缝钢管及扣件搭设, 立杆的纵横距均为500mm,沿立杆纵横布置三道水平杆并互相联结为一个整体,在梁底每根立柱间纵横方向上设剪刀撑,并在梁底立柱下垫通长50mm×100mm方木。大梁下立柱原则上使用整根通长钢管,若需要两根竖向连接, 只能采用“一”字扣件对接,禁止采用“十”字扣件连接。二层、底层的钢管支撑系统与转换层支撑布置相同,施工中应保证各层钢管立柱上、下相对, 大体上在同一垂直线上。

3.4铺设梁底模及侧模

梁底模采用10mm厚的胶合板,小楞木间距200mm,横梁间距500mm,底模搁至水平杆上,然后绑扎钢筋,支梁侧模。侧模亦采用10mm厚的胶合板,为确保模板的刚度和强度, 承受模板传递的多点集中的荷载能力,采用50mm×100mm木方和ф48mm钢管支撑模板,外加ф12mm对拉螺栓。为抗衡新浇混凝土对模板侧面压力的作用, 螺拴水平间距500mm,上下间距500mm,并采用双螺帽加以紧固。在梁底模下增设落地斜撑顶住底模, 间距500mm , 在梁侧模加设斜撑固定, 并与搁置底摸的水平杆连接。转换大梁底模起拱20mm , 以保证混凝土浇捣后梁底平直。柱翼缘支撑采用钢管抱箍, 并用钢管作顶撑。

4钢筋工程

转换大梁钢筋绑扎时采用脚手钢管作临时支撑面, 分层摆放完毕后, 穿箍筋、落位、绑扎成型。钢筋绑扎操作程序如下: 搭设支撑排架铺梁底钢筋铺梁面筋套紧梁箍筋绑扎就位穿腰筋 穿拉筋绑扎。

首先,将柱子的钢筋绑扎好,然后开始柱翼缘钢筋的绑扎。为了便于施工,经与设计院及甲方、监理等有关人员协商后, 将翼缘“”钢筋分成两部分制作, 即“”,待安装就位后搭接焊10d。柱翼缘钢筋绑扎完毕后,开始大梁钢筋的绑扎。根据规范我们采用底部钢筋在支座处锚固, 上部面筋在梁跨中处搭接。钢筋连接接头采用闪光对焊接头, 接头需经抽检合格后, 才能进行钢筋的绑扎工作。接头位置对梁底筋设在距支座1/4 跨范围内,梁面筋则在跨中1/3 范围内，且接头的钢筋截面面积不应超过全部钢筋截面面积的25%。

钢筋的分层采用ф32mm钢筋作垫铁,间距1500mm,层层设置;钢筋保护层则采用ф25mm钢筋作垫块,间距1500mm。

5混凝土工程

本工程的混凝土设计标号为C40,我们采用泵送混凝土进行浇筑。泵送混凝土除应满足结构的设计强度外,还必须具有可泵性,即在泵管内易于流动,有足够的粘聚性、不泌水、不离析,并且摩阻力较小。为此, 我们对混凝土原材料的质量进行了严格的控制和选择。粗骨料选用粒径10mm～30mm 的石子,细骨料采用中粗砂,水泥选用525# 普通硅酸盐水泥。混凝土的坍落度控制在160mm～180mm,水灰比为0.5, 砂率为40%。为了改善混凝土的工作性能,提高混凝土的和易性和可泵性,同时,也为了减少水泥用量,降低水化热,防止混凝土开裂,我们采取了在混凝土中掺加高效减水剂、缓凝剂和适量的粉煤灰。

在泵送混凝土开始时,用相同成份和比例的水泥砂浆泵管以保证泵送混凝土输送正常。为防止管道堵塞,泵送混凝土时先慢后快,最长时间不得超过20分泵送一次。浇捣混凝土时,采用分层浇筑,浇筑前应专门对混凝土工,特别是手持振动捧的工人进行技术交底、规范操作。由于钢筋的密集限制了混凝土的流动,故要求多面下料,振动棒多面振捣,对于振动棒确实无法伸入的钢筋特别密集区辅以人工用钢筋插扦振捣, 确保混凝土的密实性。

在柱、柱翼与转换梁之间设施工缝,先期浇筑柱、柱翼混凝土至大梁底。在进行柱子翼缘部分的混凝土浇筑时,由于上部钢筋非常密集,混凝土难以下落,同时振动棒也难以插入。为了确保这部分混凝土的密实性,我们采用在柱翼缘两侧面模板处各开一洞,通过此处将混凝土倒入及振动棒插入,待混凝土浇筑此处时,再将洞口封闭,然后继续上部混凝土的浇筑。

转换梁分两次施工,第一次大梁混凝土浇筑至裙房屋面标高(15.47m),待强度达到25MPa以后,再继续浇筑转换大梁至16.47m,完成整个转换层的混凝土工程。

混凝土浇筑成型后,应及时覆盖草包湿水养护,24小时后适当松动大梁的侧模及侧模支撑,确保侧向的养护效果,混凝土的全部养护时间不得少于14天。

6结束语

由于我们在转换层大梁的施工中进行了精心的设计,合理的组织,并采用了恰当的施工方案,使得模板支撑系统的稳定性,钢筋绑扎和混凝土浇捣质量等有了切实的保证,得到了业主、设计及监理方的一致好评。

参考文献：

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法[M].上海:同济大学出版社.