探讨现代高层建筑转换层结构的施工技术
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摘要:本文根据现代高层建筑转换层的施工难点,结合笔者多年来的工作经验,重点对结构转换层的施工过程中需要解决的技术问题和施工方法进行了分析探讨,供大家参考。
关键词: 高层建筑 转换层 施工技术 混凝土 质量控制
1.前言
结构转换层是高层建筑物中不同结构形式相接的关键点,在整个建筑物结构体系中起着至关重要的连接纽带作用。转换层结构主要特点为结构构件的跨度和截面尺寸大,钢筋含量大并且排布密集互相穿插,砼的强度等级高,混凝土一次灌入量大,施工缝留置难度大,模板、模架支承体系要求高。所以,在结构转换层的施工过程中需要解决的技术难点较多,施工前对各技术难点提出针对性的解决办法和质量保证措施,精心计划、精心组织,加强施工过程控制和动态管理,严格按设计图纸和规范进行施工和验收,对保证结构转换层的质量及整个高层主体工程质量有着极其重要的作用。
2.施工方案的选择
2.1一次性支模浇筑
从转换层底一直撑到底层地面或地下室底板,需要大量模板支撑材料,适用于施工现场可用的支撑材料较多,且转换层位置较低的情况。优点是一次性浇筑, 施工工期上有优势,安全可靠。
2.2荷载传递法支模
当转换层位置较高时,可以将转换层梁板的自重和施工荷载通过楼面设置的竖向支撑构成的梁下排架体系传递给下面若干个楼层,利用已浇筑楼层分担荷载,但支撑楼板的数量必须通过计算已浇筑楼板的承载力、混凝土强度值等来确定。或者,充分利用转换层支撑柱的传力作用,通过钢牛腿荷载传递法支模,在柱上做钢牛腿,牛腿上支撑钢桁架,钢桁架再支撑转换层梁,转换层梁大部分荷载传递给框架柱,小部分荷载通过楼面设置竖向支撑传递给下面的楼面,该方法要投入大量的型钢、需预先制作钢桁架,安装时间长,施工难度大,工期长且不经济。
2.3叠合浇筑法支模
应用叠合梁原理将转换梁(板) 分2次或3次浇筑成型,支撑系统只需考虑承受第一次的混凝土自重和施工荷载,采用三层的支撑完成施工,投入少,施工简便。采用叠浇法进行施工时应对叠和构件进行仔细分析,考虑分层处水平剪力对构件的影响,注意叠合面的处理,必要时应与设计单位配合,进行一次设计,确保第一次叠浇构件在施工阶段和正常使用状态下的承载能力。
2.4埋设型钢法支撑
在转换梁中埋设型钢或钢桁架,并与模板连为一体承受转换层梁板自重及施工荷载,转换层一次浇捣成型,可节省模板支撑材料,转换梁可采用钢骨混凝土结构。
3.模板及其支撑系统工程
(1) 进行模板及支撑系统的配置设计,画出模板排列图。必须对模板支承、排列、施工顺序、拆装方法向班组人员作详细交底。对运到现场的模板及配件应按规定、数量逐次清点及检查,不符合质量要求的不得使用。
(2) 模板安装按排版图,控制轴线位置及截面尺寸必须正确、模板不得扭曲、拱裂, 模板拼缝要紧密。
(3) 梁模板支撑的变形控制,由于大跨度梁模板支撑受力后可能会产生压缩变形而造成砼结构变形,为保证梁截面尺寸的准确,在梁底模安装时,必须严格按施工规范起拱。模板安装后,用水平仪检测模板的起拱程度,保证拱度达到要求。
(4) 梁、板的模板安装,为保证大截面梁模板的刚度和强度符合要求,梁下支撑的立杆间距必须按实际受力情况进行计算后确定,并用钢管作好水平拉杆及剪刀撑。
(5) 模板支撑系统要横平竖直,支撑点必须牢固,扣件及螺栓必须拧紧。浇混凝土前对模板的支撑、螺栓、扣件等紧固件派专人进行检查,发现问题及时整改。
(6) 正确留置孔洞、埋件等,在翻样图上自行编号,防止漏放。安装要牢固, 经复核无误后方能封闭模板。
(7) 每层模板施工完毕后,要进行技术复核工作,达到要求方可浇捣混凝土。
(8) 针对模板和支撑体系,必须做如下验算:转换层模板及支撑体系的计算、转换层以下结构层的承载力验算、分层浇筑时确定第一次浇筑混凝土高度后验算第一次浇筑混凝土的承载力等。
(9) 转换层以下的各层楼板可考虑设置回顶支撑卸荷,上下对齐,在转换层受荷后可将荷载传到下层楼板,使转换层以下的各层楼面能逐层卸荷。
4.钢筋工程
(1) 钢筋抽料应严格按施工图及规范的要求计算。柱梁节点处钢筋密集、交错的部位必须先给出钢筋布置图后再严格按规范设置。钢筋下料前必须严格对钢筋抽料表进行复核。
(2) 超密集部位的钢筋施工,应在施工现场先放样后进行安装,做到合理安排钢筋就位次序。为保证保护层厚度,采用坚硬的花岗岩石板碎块作垫块,间距1.0 m,统一垫在箍筋下,在梁骨架就位前放置。
(3) 由于转换层的梁截面一般较大,钢筋特别密集,钢筋自重很大,所以梁钢筋在梁底模铺设完后进行绑扎,梁底纵筋铺设一排即安放长度同梁宽的Φ25钢筋垫铁,垫铁每1.5 m设一个,再铺设第二排;上部纵筋先在顶层横杆上铺面层钢筋,再采用Φ10钢筋制成的“S”型在上排面筋上挂起下层面筋,依次类推, 将面筋逐层挂起;主筋铺设完后,套箍筋、放吊筋;由上而下逐根拆除搁架下横杆,同时将下部纵筋与箍筋绑扎固定;放置梁底保护层垫铁(采用Φ25钢筋头垫铁,每1.5 m设一个);最后,穿负筋、腰筋、拉筋,绑扎梁上柱插筋及洞口加强筋。梁的侧模应在钢筋安装完毕并经验收合格后才安装。
(4) 安装梁柱节点箍筋时,按事先确定的位置和数量,在主筋铺设的同时将柱箍放置在各层主筋之间,待大梁钢筋骨架就位后,按由上而下的顺序将柱箍同柱主筋绑固定。梁柱节点箍筋不得不放、漏放。
(5) 大直径钢筋的连接,一般采用钢筋机械连接技术。由于钢筋排列密集、交叉,机械连接安装的难度较大,而接头质量的好坏直接影响结构的安全,所以必须严格把好验收关。
(6) 转换梁的上下几排钢筋在绑扎就位时要保证其上下对齐形成垂直的钢筋间隙,以利于砼浇筑。
(7) 转换层板筋设Φ12钢筋拭撑脚,每1m2设一个。
(8) 转换层主、次梁的上层承重结构的柱、薄壁柱或剪力墙等,其结构钢筋必须插入转换层的梁、柱内,并与梁、柱内的钢筋焊牢固定,且在距楼面50 mm处设置二道箍筋,以确保上部结构钢筋位置正确。
5.混凝土工程
转换层结构的混凝土工程,着重要注意大体积砼的浇捣组织、钢筋密集部位砼的浇捣方法、大体积砼的温度裂缝控制及养护方法和叠合浇筑时混凝土接合面的处理。
5.1 大体积砼和钢筋密集部位砼的浇捣方法
(1) 转换层的梁、柱钢筋分布密集,且为大体积砼,对砼的施工要求特别高,为了提高砼的流动性,便于高密度钢筋砼的浇捣,同时控制砼水泥用量、降低水化热,在砼配比中可掺16% ～18%的粉煤灰。而且,最好使用细石砼,并选用细度模数在2.5以上的中砂,严格控制好搅拌时间,每槽砼搅拌时间保证不少于90 s,以降低浇捣的难度,使砼的施工质量有保证。
(2) 对于砼柱的浇捣,由于转换层结构均为大截面梁,其面筋一般应锚入柱内至梁底以下,所以梁底以下的柱砼不能一次性浇捣至梁底,必须分二次: 第一次在梁钢筋未安装前浇捣至梁底以下的梁面筋锚入深度的位置;第二次浇捣应在梁钢筋验收完毕且第一次砼强度达到设计强度的70%以上时浇捣,浇捣高度至梁底平。这样才可大大减少砼的振捣难度,保证砼的密实。
(3) 混凝土施工顺序: 砼一般采用输送泵和塔吊运送平行后退浇筑,由于砼具有流动性,当插入振动器后,砼可斜向流淌2 m～3 m,可采用“斜面分层、薄层浇筑、循序推进,一次到顶”的程序浇捣。每斜面层浇筑厚度严格控制在500 mm以内,且应确保砼均匀上升,避免过大高差。这种自然流淌形成斜坡的浇筑方法,能较好地适应泵送工艺,从而提高泵送效率,简化砼的沁水处理。
(4) 混凝土振捣工艺采用二次振捣法。根据砼泵送时自然形成一个坡度的实际情况,在浇筑带每砼下料处的前、后布置两台振动器,第一台布置在砼卸料点,主要解决上部结构砼的捣实;第二道布置在砼坡脚处,确保下部砼的密实;随着砼浇筑工作的向前推进,振动器相应跟上,从而确保整个砼的质量。
(5) 混凝土的泌水处理: 混凝土入模分层浇振捣后,由于水泥的析水和骨料的沉降,其表面聚集一层游离水(浮浆层)。这层泌水对混凝士的危害极大,会使混凝土表面产生大量浮浆,损害各层之间的粘结力,造面混凝土强度不匀,并极易出现沉降缝和塑性裂缝。故装模时在板端头一侧后部设排水口,使大体积砼在浇筑、振捣过程中,上涌的泌水和浮浆顺混凝土按下流至楼面容器内。
(6) 梁柱节点处钢筋密集部位的砼浇由于梁柱节点处钢筋密集,必须采用直径Φ35 mm的振动棒插入振捣,个别地方Φ35 mm振动棒都不能使用时,采用钢钎人工插捣。振捣时应快插慢拔,振点均匀排列有序,不漏振。振捣至表面水平不再明显下降,不出现气泡,表面泛出灰浆为准。由于小直径的振动棒的振动力度较小,还必须采用附着式的振动器在模板外侧振捣,确保这里砼密实度,保证浇捣质量。
5.2 大体积砼的温度裂缝控制及养护方法
转换层结构混凝土量大、钢筋密,混凝土除满足设计的强度、刚度和耐久性外,还必须严格控制温度变形裂缝的开展,防止大体积混凝土的收缩裂缝。为了达到上述目的,需要在失水收缩、温度变化控制、外部约束方面采取相应的技术措施。
(1) 水泥的选用。采用水化热低的矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥;掺用沸石粉代替部分水泥,降低水泥用量,使水化热相应降低;掺入减水剂,减少水泥用量,使混凝土缓凝推迟水化热峰值的出现,使升温延长,降低水化热峰值, 使混凝土的表面温度梯度减小。
(2) 施工方法。①先施工转换结构周围结构或墙体,防止混凝土表面散热过快,内外温差过大;②在夏季高温气候施工时,采用冰水搅拌,以降低混凝土的人模温度;③分层浇筑混凝土,每层厚300～500mm,并在前一层混凝土初凝之前, 将后一层混凝土浇筑完毕;④采用叠合梁原理浇筑转换结构,可缓解大体积混凝土水化热高、温度过大对控制裂缝的不利影响。
(3) 根据转换层的梁截面尺寸计算砼的内部温度和表面温度,结合现场施工时的天气温度,如果各温度差均未超过25 ℃,砼可以按以下方法进行养护: 梁表面和侧面采用麻袋覆盖,然后洒水养护。养护的次数应保持麻袋处于湿润状态, 养护期不少于7昼夜。如果砼的内部温度,表面温度和天气温度之间温差超过25℃,必须采取保温隔热措施。可以采用麻袋或其它轻质材料作为保温隔热层,先计算覆盖层厚度后,按厚度要求,相互骑缝式搭接覆盖在梁面和梁侧,并在保温层上覆盖一至两层编织布。为防止砼温度裂缝的产生,必须注意在养护期内对砼的温差进行监测,防止意外情况,如气候变化使砼表面温度骤降,造成温差增大。为了观察砼内部的温度,可以在砼浇筑过程中预埋测温管,采用Φ48钢管(用钢板烧焊封底)埋入梁深度的2/3,露出梁面约50 mm。测温时从测温管中插入温度计,可测砼的内部温度。在砼表面直接测量表面温度,由此掌握砼的内部和表面的温度。从浇筑后6小时起,每2小时测一次,连续3天之后每4小时测一次。在测温过程中发现温差超过25℃,则应及时加强保温,如加厚保温覆盖等。
(4) 叠合浇筑时混凝土接合面处理: 为保证第一次浇筑的梁与其上梁接合良好,除增设抗剪钢筋外,还必须在第一次砼浇筑用木方毛化表面,并将二次浇捣部位钢筋上的砼清理于净。
6.结束语
高层转换层的设置起到传承上部结构荷载,保持结构稳定的作用,是建筑结构中的重要部位,也是建筑施工中的重点和难点。其施工技术牵涉到力学、材料学、结构设计及工程管理学等多项学科,是一项极其复杂的系统工程,工程技术人员在施工过程中必须严格控制好施工质量,有切实的质量保证措施,严格按设计图纸和规范进行施工和验收,对保证结构转换层的质量及整个高层主体工程质量有着极其重要的作用。
参考文献:
[1] 黎河川.钢筋混凝土转换层结构[J].中国西部科技,2006,(12)
[2] 吴育军.高层建筑转换结构施工技术研究[J].科技资讯,2008,(24)