高层建筑厚板转换层的施工技术探讨
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摘要：针对目前转换层混凝土设计、施工以及管理的成套技术体系尚不成熟的问题，本文基于转换层特殊结构的受力、影响因素分析，结合笔者实际工程经验探讨了模板支撑系统的设计要点，以及如何合理控制混凝土配合比和如何对混凝土进行养护以控制大体积混凝土裂缝的产生。
在建筑结构设计当中，为了满足建筑多功能、综合用途的要求，结构必须按照和常规方式相反的方式进行布置；上部需要小开间的轴线布置，要求布置刚度大的剪力墙，而下部需要尽可能大的自由灵活空间，需要布置刚度较小的框架柱。为了实现这种特殊的结构布置，就必须需在结构布置差异较大的楼层中间设置转换层。目前在工程中应用转换层的主要结构有桁架(斜杆桁架、混合桁架、空腹桁架)式、梁(墙梁)式、板式和箱型等[1]。由于梁式转换层设计和施工简单，受力明确，一般应用于底部大空间剪力墙结构体系中，所以目前高层建筑转换层结构中应用约占所有转换层类型70％～80％。厚板转换层是复杂的三向受力构件，上部剪力墙传下来的荷载分布不规则，其形式也复杂。有研究表明：在厚板的四个角处，剪力墙布置稀疏、板的内力也就相应较小，而在上部剪力墙较密集的地方，由于受力荷载集中，厚板的内力较大[2]。随着各类转换层结构的静力和动力性能的研究不断深入，厚板转换层工程将越来越多地运用于现代建筑[3]。本文针对厚板混凝土转换层的施工技术进行了研究。
1. 转换层结构的施工要点分析
1.1转换层的特点
转换层是实现竖向力的传递被迫发生转折的大型水平构件，一般结构构件尺寸较大、楼面荷载较重，规范一般要求楼板厚度不小于200mm。表1是几个典型工程的楼板厚度。一般情况，随着承托层数增加，板厚可能会加大，而板厚是影响结构动力反应的一个重要因素，随着板厚的增加，结构的频率会相应增加。但当板厚达到一定厚度时，厚板平面内、外的刚度对结构的整体动力特性的影响变化不大。厚板具有上部墙柱布置方便、转换层刚度大，而且只要控制好混凝土水化热，施工也较简便等优点，但其支撑系统有自身的特点，如荷载在0.5KN/m2以上的浇筑重量，常规的模板支撑不适用。
一般转换层的结构构件尺寸较大、楼面荷载较重，转换层水平构件高跨比大（表1）。为了减轻自重、改善结构的整体抗震性能，在转换层结构中使用钢骨混凝土和预应力技术，另一方面还可以极大改善支撑受力性能。
1.2转换层结构施工技术控制要点
综合分析混凝土转换结构特点，对编制施工方案具有指导作用。因此，应重点考虑以下几个方面的问题：
1）由于转换层的结构构件尺寸较大，在选择可行、合理的模板支撑方案时应充分考虑楼面荷载以及其自重和施工荷载，并根据转换板的结构特点进行模板支撑体系的设计。
2）设置模板支撑系统以后，可能受支撑体系的作用或混凝土施工方法的影响，在板中易产生附加内力，故需对转换层及下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算，必要时可采取一定的构造措施来抵抗这些附加内力。
3）对于大体积混凝土转换板，为防止新浇混凝土产生收缩裂缝和温度裂缝，施工时应考虑采取减小混凝土温度变化、温度差值以及混凝土收缩徐变的措施。
4）转换板承受的荷载很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定
（5）应及时做好转换板施工期间混凝土施工温度以及板的变形的监测，及时掌握各种对施工质量不利的情况，并及时采取措施进行预防和纠正。
2.模板支撑系统设计
转换层在混凝土浇筑时混凝土自身的荷载和其它荷载加起来，导致转换层每延米的荷载增加了70kN以上，使得模板系统和支持系统的设计、验算更加复杂。支撑架是由纵、横向水平杆与立柱组成的多层、多跨框架结构，影响其整体稳定承载力的主要因素有支撑架的几何尺寸、扣件螺栓的拧紧扭力矩、支撑设置。
1）在计算模板及其支架时荷载
a.模板及其支架自重标准值应根据模板设计图确定。楼板模板自重可参考以下标准（表2）。
b. 新浇混凝土自重标准值
通常混凝土采用24kN/m3，其他混凝土根据实际密度确定。
c. 施工人员及设备的自重标准值
计算支架立柱及其它支撑结构构件时，均布荷载为1.0 kN/m2。对大型设备按实际情况计算。
计算模板及直接支撑模板的小楞时，均布荷载为2.5kN/m2，另应以集中荷载2.5kN再进行验算，比较两者所得的弯矩值，取其大者采用
d. 钢筋自重标准值
钢筋自重标准值应根据设计图纸确定，由于转换层钢筋的配筋率较高，转换层钢筋自重的标准值统一取4.5KN/m。
e. 振捣混凝土时产生的荷载标准值
振捣时产生的荷载标准值对垂直面模板取4 kN/m2，对水平面模板取2kN/m2，(作用范围在新浇混凝土侧压力的有效压头高度之内)。
f. 新浇筑混凝土对模板侧面的压力标准值
采用内部振捣器时，新浇筑混凝土作用于模板最大侧压力，可按下式计算，并取二者中的较小值：
式中：F为新浇混凝土对模板的最大侧压力(KN/m2); 为混凝土的重力密度(KN/m3); 为新浇混凝土的初凝时间(h)；、分别为外加剂影响修正系数和混凝土坍落度影响修正系数（一般取1.2）；V为混凝土的浇灌速度(m/h)；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度(m)。g.倾倒混凝土时，对竖向模板面产生的水平荷载标准值可按表3。以及新浇混凝土对模板侧面的压力采用相应公式计算。
2）荷载分项系数及其荷载的组合
根据实际经验的总结，笔者建议有关荷载分项系数按表4选取。表4荷载分项系数
计算转换层模板及其支架时，参与模板及其支架荷载效应组合的各项荷载可按表5进行。
表5 模板及其支架荷载效应组合
3.转换层结构施工中的混凝土工程
3.1混凝土的技术参数与特性
关于大体积混凝土，国内外尚无统一定义，而且作为其关键控制指标温差（水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差）国内尚无正式规定。根据施工经验分析知，混凝土的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热在100mc以上，温差预计超过25℃的混凝土结构，可按大体积混凝土施工。目前，针对基础大体积混凝土工程设计、施工技术以及施工组织管理方面都已经较为成熟。而转换层混凝土的资料相对比较欠缺，其设计、施工以及管理主要参考基础大体积混凝土。然而都也存在一定的差异，表现为：一方面，两者施工环境不一样，基础大体积混凝土一般位于基坑内，施工环境较为理想，而转换层大体积混凝土多处于悬空状态，关键需要解决结构支撑问题；另一方面，转换层大体积混凝土的各种温度控制理论和裂缝控制理论不成熟，而且受外界温度变化影响较大。
3.2转换层混凝土的配合比设计
高层建筑的转换板，具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。首先要在原材料选择上作好充分准备，具体如下。
1. 水泥：严禁使用安定性不合格的水泥。优先选用水化热低的42.5MPa，矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥(发热量270－29OKJ/kg)。通过掺入粉煤灰或沸石粉，降低水泥的用量，或掺入减水剂，减少水的用量，使混凝土表面温度降低。
2.粉煤灰：为了减少水泥用量，可掺入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰的烧失去量应40%，SO3应
3.3浇筑方案重点分析
1）转换层的竖向结构和水平结构分开浇筑，先竖向的柱墙结构，后水平结构(梁、板等)。
2）转换梁、板混凝土采用“一个坡度，薄层浇筑，一坡到顶，循序渐进”的原则。
3）确保节点部位的保证措施。如浇筑过程中安排专人检查墙、柱等竖向结构的侧模；墙、柱混凝土浇筑完18小时后，对钢筋过于密集的墙、柱节点处的侧模折开一部分进行混凝土的质量检查。若检查过程上发现问题，须采用可靠的技术措施进行处理，并建立备忘录。
3.4施工要点
1. 混凝土的搅拌时间，自全部拌合料装入搅拌筒内起到卸料止，一般应不少于1.5-2min。混凝土的配制，应严格掌握各种原材料的配合比。雨季施工期间，应勤测粗细骨料的含水量，并随时调整粗细骨料用量以及用水量。
2.大体积混凝土的施工，一般宜在低温条件下进行，即最高温度以30℃时为宜。气温大于30℃时，应采取相应的降低温差的减少温度应力的措施。
3. 搅拌后的混凝土，应及时运至浇筑地点入模浇筑。在运送过程中，要防止混凝土灰浆流失、坍落度、离析变化等现象。如发生离析现象，必须进行人工二次拌合后方可入模。
4. 大体积混凝土温度的监测与控制
4.1温度监测与控制
混凝土在凝固过程中，由于水泥遇水产生水化作用，释放出大量的水化热，这些热量可能会使混凝土体积膨胀，会产生压应力，有可能产生裂缝，并直接影响转换板的整体稳定性，危及整栋建筑的安全，甚至会造成灾害性后果。分析前人研究结论体积混凝土的温度控制措施主要有如下几点：
1. 降低混凝土的入模温度。在施工组织上安排夏季早晚浇、冬春季多浇，正午不浇，这是最经济有效的措施。在施工技术上采取预冷措施。常用的加冷水拌和和有加冰，这样可使夏季混凝土降低约20℃。
2. 减少混凝土的发热量。首要的是应减少每立方米混凝土的水泥用量。其主要措施有:①增大最大骨料粒径，改善骨料的级配，对机械化程度不高的少筋混凝土，可埋放块石，减少水泥用量；②采用低流态干硬性混凝土；③采用掺和料和外加剂，如:掺和粉煤灰。
3. 加速混凝土散热。 当采用自然散热时，通常采用薄层浇筑，以增加散热面，并适当增长浇筑块间的间歇时间。
4.2混凝土的养护
混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。具体要求是，火山灰质水泥、矿渣大坝水泥、大坝水泥、矿渣水泥拌制的混凝土不得少于21d，普通硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于14d。混凝土内部温度高于峰值后，采用浇水养护的措施。
5结束语
近几年来，国内外高层建筑发展迅速，为了满足不同空间、功能的需求，其建筑向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展。高层建筑把人们的生活、工作、休闲空间化，将竖向联系和横向联系有机地进行了结合，而转换层是实现高层建筑空间化和整体化目标的特殊结构。尽管目前针对转换层混凝土设计、施工以及管理的成套技术体系还不成熟，本文基于转换层特殊结构的受力、影响因素分析，结合笔者实际工程经验探讨了模板支撑系统的设计要点。厚板转换层属大体积混凝土，合理控制混凝土配合比和可靠的温度监控以及良好的养护，能很好地控制大体积混凝土裂缝的产生。通过加强混凝土质量检查和监督管理，才能确保各个环节、节点部位的施工质量。总之，转换层己在高层建筑中广泛应用，所以研究转换层结构的施工技术与方案决策具体重要的现实意义。
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