浅析高层建筑结构转换层施工技术
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【摘要】:本文介绍了梁式转换层；箱式转换层；板式转换层的形式特点的分析和转换层的施工技术要点，并例举了宜春市某大厦结构转换层混凝土施工实例加以说明。提出了高层建筑转换层是建筑结构的关键部位,施工难度较大，在施工组织设计中我们一定要采用有针对性的措施解决好结构空间关系、自然环境条件、施工组织安排等问题。
1 前言
现代高层建筑正在向多功能、综合用途发展,目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件,在同一建筑中,上部楼层小开间的轴线布置(住宅、办公室、客房等) ,下部则需要较大的柱网空间(商店、酒楼等)的情况越来越多,要求结构设计满足功能的需求而使 “转换层” 应运而生。一般来说,当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大,或者上、 下楼层竖向轴线错位时,应当在结构改变的楼层布置转换层。
高层建筑的结构转换层是一个建筑物中不同结构形式相连接的关键点,它既是下部结构的“顶板”,又是上部结构的“基础”,在整个建筑物结构体系中,起到至关重要的连接作用。本文就江西地区部分高层建筑的转换层结构施工实践作简要的技术总结。
2 转换层按结构形式分类
高层建筑转换层的主要结构形式有:梁式转换层、桁架式转换层、板式转换层及箱式转换层等。其中,江西地区应用较多的是梁式转换层。
2.1梁式转换层
梁式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式,其传力途径为上部墙 转换梁下部柱,具有传力直接、明确和清楚的优点,便于工程计算、分析和设计,且造价较为节省,据资料统计,梁式转换层数量约占转换层总量的77 % ,转换梁的截面高度为0.8～6.0m,江西地区高层建筑带转换层结构的绝大多数为梁式转换层,比如正在施工的28层工程中,最大转换梁截面尺寸为1m×3m,跨度8.6m;又如某广场工程结构中,转换梁截面尺寸为 1.72m×1.8m,跨度7.5m,或为1.15m× 2.2m,跨度为9.2m。
2.2箱式转换层
是单向托梁和双向托梁同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作,从而形成刚度较大的箱式转换层。如某工程(地上26层,地下2层) ,如图1所示。
图1 箱式转换层示意
板式转换层
当转换层上下柱网错开较多,布置又不规则,难以用梁直接承托时,则需要做成厚板,形成板式转换层,从抗剪和抗冲切考虑,转换板厚度往往很大,实际转换板厚度可达2.0～2.8m,板式转换层的下层柱可以灵活布置,但自重很大,材料耗用多,施工难度大。例如:地上如果31 层,地下3层) ,转换板长60m,宽47m,厚2.1m。
3 转换层施工技术
3.1 转换结构支撑系统
转换层结构自重及施工荷载较大,施工前应进行计算,确保支撑系统具备足够的强度和稳定性。通常采用的支撑方式有以下几种:
3.1.1 满堂红钢管支撑架
适用于转换梁布置较密,结构自重及施工荷载相对不太大,或板式转换层结构的施工。这类支撑系统通常采用钢管脚手架,转换梁下立杆间距在600mm×600mm以内,立杆下垫200mm×50mm木垫板。
3.1.2 沿转换大梁方向设置钢管支撑架
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换梁位置不太高的情况。须计算确定立杆的间距、 步距,合理设置水平及竖向剪刀撑。某广场 KZL-25 转换大梁支撑构造示意如图2 所示。
图2 转换大梁支撑示意
立杆下设60mm×60mm×6mm的钢板以扩大受力面积,可调顶托。
3.1.3 型钢构架支撑
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换层位置较高的情况。方法如下:在下层柱中埋置钢牛腿,型钢构架作为转换梁模板支撑系统,搁置在钢牛腿上利用柱子传递竖向荷载。
某工程二期(总26层,地下2层) ,转换层梁截面高4.2m,跨度7.6～12.9m,位于8、9 层,自重与施工荷载较大,相对标高较高,因此采用该方法。由2榀平面构架组成1榀整体钢桁架,平面构架在预制厂制作,运到工地用塔吊吊至安装部位现场焊接拼装成整体,并与钢牛腿焊牢,如图3 所示。
图3 梁底支撑系统示意
3.2 模板工程
梁侧模可采用组合钢模板或 17mm 厚覆膜胶合板,为防止混凝土浇筑时产生的侧压力将模板挤压变形而出现胀模现象,可在梁内设置对拉螺杆 (≥Ф14mm) ,钢模板也可以设扁钢拉片(厚度≥3mm) ,螺杆纵横向间距为 400～600mm。侧模用钢管作背杠进行锁固,背杠间距纵横500mm,梁底起拱要求1‰～3‰。转换层构件的混凝土强度达到100 %方可拆除底模。
3.3 钢筋工程
钢筋工程含钢量大,主筋长,布置密,在梁柱节点区钢筋异常密集,绑扎难度大,在实践中,可采取以下措施:
1)为保证梁内钢筋骨架的稳定和便于操作,可在转换梁两侧搭设双排脚手架作为钢筋临时支撑,利用钢管架支撑上部钢筋,待钢筋位置固定并焊接后,撤去钢管脚手架。
2)主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接,并注意接头位置,焊接人员均持证上岗,焊接和机械连接均按照规范要求做力学试验,确保焊接及机械连接质量。
3)征得设计同意后,可将箍筋做成开口箍,待梁的纵向钢筋绑扎完成后,再将箍筋焊接成封闭箍。
4)梁的上、下部钢筋伸入柱、墙内锚固长度,腰筋锚固长度及楼板钢筋伸入梁内的锚固长度均按设计要求留设。
3.4 混凝土工程
转换层大梁是结构的关键部位,为大体积混凝土施工,混凝土温度应力是由水化热、 浇筑温度和外界气温变化等产生的各种温度应力。为防止大体积混凝土出现裂缝,主要应从降低内外温差(也就是减小温度应力)方面采取措施。具体包括以下五方的内容:
1)原材料：①选用水化热较低的水泥,如矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥; ②加入适量的粉煤灰以减少水泥用量; ③加入适量外加剂(减水剂、缓凝剂)使混凝土缓凝,使升温过程延长,降低水化热峰值。
2)合理设置施工缝及确定浇筑顺序：有些是分层浇捣,有些是整体浇筑,视情况而定,确定浇筑顺序,保证混凝土施工不出现冷缝;同时为防止可能停电,造成混凝土施工中断,可在现场设置1 台备用发电机。
3)因转换层结构钢筋密集：混凝土浇筑时振捣难度较大,可与试验室协调,选择粒径较小的骨料,在施工中,采用30 型混凝土插入式振捣器进行振捣。振捣时做到快插、慢拔。每点振捣时间约需 20～30s ,振捣间距≤ 500mm,振捣棒插入下一层 50mm深,对梁、柱、墙相交部位振捣时注意振捣密实。振捣以表面水平不再显著下降,不再出现气泡,表面泛出灰浆为准。
4)掌握混凝土养护过程的温度变化规律：埋置足够数量电偶温度传感器作为测温控制点,并定时做好记录。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 的规定,混凝土内外温差不应大于25℃。
5)混凝土内部预埋水管注入冷水循环,使内部降温,外部用碘钨灯照射以提高表面温度,使温差缩小。
6)养护：较常用的是用2层湿草袋夹1层塑料薄膜覆盖养护,专人定时浇水,目的是起到保温保湿的作用,一般转换层结构混凝土的养护期为1个月左右。
4 宜春市某大厦结构转换层混凝土施工实例
宜昌市某大厦工程是我司于2004年中标承建的最高建筑物，属于市重点工程之一。该工程位于宜昌市开发区。建筑面积28385m2，框架剪力墙构27层，建筑物高度107米，18.0m结构转换层以上为宿舍,以下四层为商铺、地下室。
4.1工程结构特点
该工程采用18.0m梁板结构为结构转换层，即在该层开始由下面的框支结构转变成上面的剪力墙结构，转换层为梁式，结构转换层板厚度180mm。框支梁高度为1200mm～2500mm，混凝土量为750m3，混凝土强度等级：梁板C40，柱子C45，梁柱节点混凝土强度等级相差不大于5MPa，按C40浇筑梁柱节点混凝土。该工程的施工特点是混凝土量大，梁结构截面尺寸大，钢筋密集，难振捣和不允许留置施工缝。
4.2 施工方案
1）施工准备。由公司技术负责人主持结构转换层混凝土施工方案专题会议，把该项工作作为公司工作中的重中之重，专门成立领导小组，集中公司的力量，确保转换层施工按计划完成。
2）采用预拌混凝土（商品砼）。由于梁、柱钢筋较密，且结构截面较大，砼骨料石子用10―20cm碎石，砂用粗砂，要求砼拌合物能顺利通过管道，不离析，不泌水，不阻塞和粘滞性良好。
3）主要机具。混凝土输送泵HBT60两台，互为备用，塔吊QTZ-5013，砼吊斗，插入式振捣器10台，平板式振动器4台，平锹、木抹子、长抹子、3m铝合金压尺等。
4）所有现浇砼构件厚度在80cm以内，经过计算，不需要作水泥水化热的设管散热处理。
4.3 保证大体积混凝土质量的措施
1）设计砼浇筑顺序和切实可行的施工工艺。
把整个18.0m结构转换层楼面划分成7个区域，计算每个区域的砼数量和浇筑时间，每个区域做好标识，用绳子绑扎区分，浇筑同一区域内混凝土时，避免超出区域线，混凝土边应整齐，大梁内用钢丝网阻栏。同一区域的混凝土，先浇筑梁、柱后再浇筑楼板，分层连续浇筑。其工艺流程是作业准备混凝土泵送柱头梁板混凝土浇筑与振捣。混凝土浇筑从（28）轴开始，由东往西不间断地推进。根据泵送大体积砼的特点，采用“分段定点、一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到项”的方法。这种方法能较好地适应泵送工艺，避免砼输送管道经常拆除、冲冼和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚，故浇筑结束须在初凝前用铁滚筒碾压数遍，打磨压实，以闭合混凝土的缩裂缝。
2）合理组织劳动力及机械设备
施工人员每天分三班连续施工工作，每班交接班明确接班注意事项，以免交接班过程带来质量隐患。每班27人，其中泵机浇筑缝18人，吊机浇筑组9人。跟班管理人员3人，傍站施工员2人，材料供应及验收1人。每班装拆管专职人员3人。事先做好人员调动工作，对人员做到有序管理。
大体积混凝土采用泵送工艺，泵送过程中常会发生输送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要，必须合理选择泵送压力，泵管直径，输送管线布置合理。泵管上遮盖湿麻袋，并经常淋水散热。混凝土中的砂石要有良好的级配，粗骨料量大粒径一输送管径之比宜为1：3，砂就绪宜在40%～45%之间，水灰比宜在0.5～0.55之间，坍落度宜在160mm～180mm。在泵车受料斗上装孔径50mm×50mm的振动筛，防止超规格骨料混入，以加快卸料和防止堵管。在施工现场设置备用泵机，当一台泵机堵塞时，立即启用备用泵机浇筑，确保正常施工运作。
3）选择合适水泥，控制掺外加剂和水灰比。
选择比较大的水泥生产厂家，实行定点采购，确保水泥质量相对稳定。为了减少水泥水化热，降低混凝土的温升值，在满足设计和混凝土可泵性的前提下，减少水泥用量，将水泥用量控制在450Lg/m3。根据设计要求，混凝土中掺加水泥用量4%的复合液，它具有防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂4种外加剂的功能。溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝时间延长到5小时左右。
4）加强技术管理
①试验室及混凝土搅拌站专人在泵送现场检查混凝土质量，加强材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取相应措施加以杜绝。
②加强对人员的技术管理，对每一个环节的施工节点，都要进行施工前的技术交底，施工结束后要进行施工过程的技术应用总结，特别是对大体积混凝土施工过程中产生的各种现象，仔细分析，讨论研究，做到施工过程中不出现差错。专人负责振捣，专人监督，避免漏振，钢筋密集处，使用φ35细振动捧振捣。专人负责淋水养护7天，前3天蓄水养护。
4．4 安全措施
1）不得采用使门架产生偏心荷载的混凝土浇筑顺序，泵送混凝土时，应随捣随平整，混凝土不理堆积在泵送管路出口处。
2）浇筑砼必须专人检查加固模板支撑，拉通线观察支架、模板变形，夜间设足够照明。
3）泵管出口一定范围内不得站人，拆管时候，应先把管内空气放出，并佩戴防护眼镜，防止砂浆喷射伤眼。
4）混凝土泵磅运输使用统一的传输信号，设置泵机的指挥信号。
5）现场设专职电工，维护用电的正常使用，振动器使用要两个人为一组，一个人振捣，另外一个人跟着协助振捣。规定振捣操作人员戴胶手套作业。
6）挑架阳台混凝土使用吊机浇筑，随时铲平，不能堆积。
4．5 几点体会
1）施工方案计划泵机浇筑按15m3/h计，吊机浇筑按5m3/h计，浇注速度为20m3/h。实际施工是从9月28日下午2：00开始至9月30日凌晨2：30结束，共耗时36.5小时，完成浇筑混凝土750m3，实际浇注速度为20.55m3/h，计划与实际偏差不大，较为吻合。说明施工方案编制水平较高，符合施工现场实际。
2）大体积混凝土（板式结构转层）施工通常要考虑温升值，需要埋设水平冷却循环水管或者埋设垂直散热管。而该工程是梁板结构转换层，所有浇筑构件厚度不超过80cm，经计算不需要作埋管散热处理。减少了测温工作。
3）材料供应是关键。与往工程混凝土施工相比。这次材料组织供应及时到位，整个施工过程仅仅延误4个小时左右。为了不发生施工冷缝，确保混凝土质量起到至关重要作用。
4）使用吊机浇筑低坍落度60～80cm低位梁混凝土，防止泵机浇筑而发生的砂浆串流现象，提高梁的混凝土质量。
5）利用吊机提起梁筋，放入串筒后捣制柱子，使上部钢筋不脏，柱子质量有保证、效率高。
5 结语
高层建筑转换层是建筑结构的关键部位,施工难度较大。在施工组织设计中一定要采用有针对性的措施解决好结构空间关系、自然环境条件、施工组织安排等问题。着重做好下述几个方面工作: ①合理设计模板支撑体系(包括下部楼层承载力验算) ; ②采取适当措施保证钢筋绑扎过程中骨架的稳定; ③解决好大体积混凝土的配制、浇筑、测温、养护等方面的问题,确保混凝土质量。
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