如何控制高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層的疊合建筑施工質(zhì)量

【摘要】混凝土疊合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生最初是為了解決大型預(yù)制構(gòu)件的安裝，或是為了解決現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)高空支模中比較復(fù)雜的施工問題，經(jīng)過研究而發(fā)展起來的新型裝配整體式結(jié)構(gòu)。本文就如何控制高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層的疊合建筑施工質(zhì)量進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換厚板；疊合澆筑法

1.混凝土疊合結(jié)構(gòu)的概念

疊合梁板由于具有二階段制造和二次受力的特點(diǎn)，其受力性能與整體澆筑的梁板相比有較大的差別。多年來歐美和前蘇聯(lián)一些知名學(xué)者，對疊合梁板進(jìn)行了深入研究，并寫出了專門著作。美國ACI學(xué)會早在60年代就提出了“建筑用組合梁設(shè)計暫行建議。但國外研究得較多的是疊合面的抗剪強(qiáng)度、抗剪聯(lián)接；疊合面上下兩部分的收縮微差造成的附加內(nèi)力和變形；預(yù)制構(gòu)件對后澆混凝土極限變形的抑制；以及抗裂度和撓度的計算方法等問題。并且大都是在一次受力情況下進(jìn)行試驗(yàn)研究的，未能反映這種結(jié)構(gòu)在無支撐施工條件下的二次受力特性。關(guān)于疊合梁的強(qiáng)度，國外的研究認(rèn)為不受疊合前彎矩的影響，即疊合梁（板）正截面的承載能力等于同樣截面尺寸、配筋和混凝土強(qiáng)度的整體梁截面的承載能力。但實(shí)際上疊合梁板的強(qiáng)度、最大配筋界限值以及在使用階段的受力性能還受很多因素的影響。

自1990年以來，華北水利水電學(xué)院趙順波等人也對混凝土疊合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，他們得到了水利水電基金、河南省自然科學(xué)基金、大連理工大學(xué)海岸與近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助，在混凝土疊合結(jié)構(gòu)理論研究方面取得了一系列顯著成果。

2.轉(zhuǎn)換層厚板疊合澆筑法的施工現(xiàn)狀

由于疊合澆筑法能夠解決厚板高空支模這一問題，并能節(jié)約大量支撐材料，因此這一施工方法得到了廣泛應(yīng)用，我們也能查閱到大量有關(guān)轉(zhuǎn)換層厚板疊合澆筑施工法的論文。在眾多的論文中，大多數(shù)是從技術(shù)角度出發(fā)對高空支模的方法進(jìn)行了分析，提出厚板底部支撐只需考慮首次澆筑時的施工荷載，從而解決模板支撐問題；然后再從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，將疊合澆筑法與傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行對比，提出疊合澆筑法與傳統(tǒng)施工方法相比能夠節(jié)約大量的支撐材料，證明疊合澆筑法在經(jīng)濟(jì)上的可行性。厚板轉(zhuǎn)換層屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，厚板在在養(yǎng)護(hù)過程中將釋放出大量的水化熱，一旦由于水化熱引起的溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的抗拉強(qiáng)度，即會引起開裂。為了避免厚板中產(chǎn)生溫度裂縫，國內(nèi)學(xué)者就這一問題也作過眾多研究，并提出了一些措施，比如采用低水化熱水泥、控制混凝土的入模溫度、在厚板中部設(shè)置循環(huán)水冷卻管、實(shí)施“內(nèi)降外保”的養(yǎng)護(hù)措施等等。雖然有很多帶厚板轉(zhuǎn)換層的高層建筑通過疊合澆筑法己經(jīng)建成，但轉(zhuǎn)換層疊合澆筑法的研究還不成熟，還有許多問題有待研究，比如上述眾多研究中，多是針對“疊合厚板本身的受力特點(diǎn)”這一問題，而對“與厚板一次整體澆筑相比，厚板疊合澆筑時厚板下部框支柱的內(nèi)力是否有較大變化，卻沒有人作過分析。對疊合澆筑法做進(jìn)一步地研究，可為廣大設(shè)計及施工單位提供重要的參考資料，并將有力的促進(jìn)我國建筑施工技術(shù)水平。

3.厚板疊合澆筑時先澆層厚度的施工

3.1縱向受拉鋼筋應(yīng)力的控制

二次受力疊合結(jié)構(gòu)的底部受拉鋼筋具有應(yīng)力超前的現(xiàn)象，而應(yīng)力超前會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的裂縫寬度及撓度增大，使得縱向受拉鋼筋在使用階段就可能處在接近屈服強(qiáng)度的高應(yīng)力狀態(tài)，并較早地達(dá)到屈服強(qiáng)度；如果應(yīng)力超前值過大，則會引起結(jié)構(gòu)安全儲備嚴(yán)重降低，進(jìn)而不能滿足正常的使用要求，使疊合梁失去應(yīng)用價值，因此必須對縱向鋼筋的應(yīng)力加以控制。而現(xiàn)行的一些規(guī)范也對疊合構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力作出了規(guī)定，比如《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定鋼筋混凝土疊合式受彎構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)縱向受拉鋼筋應(yīng)力應(yīng)滿足的條件。該規(guī)范所附的條文說明對此也有解釋，認(rèn)為由于疊合構(gòu)件在施工階段先以截面高度小的預(yù)制構(gòu)件承受該階段全部荷載，使得受拉鋼筋中應(yīng)力比假定用疊合構(gòu)件全部截面承擔(dān)同樣荷載時大，這一即為“受拉鋼筋應(yīng)力超前”。受拉鋼筋應(yīng)力超前使得疊合構(gòu)件與同樣截面的普通受彎構(gòu)件相比鋼筋拉應(yīng)力及曲率偏大，并有可能使受拉鋼筋在彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件截面的控制

目前在普通鋼筋混凝土梁受彎性能方面的研究比較成熟，對梁正截面內(nèi)力的分析方法大同小異。梁正截面內(nèi)力計算公式針對的是“梁”在“受彎”時的狀況，而我們要分析的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一塊“板”，用這些公式計算出來的轉(zhuǎn)換層厚板板底鋼筋應(yīng)力會有一定的誤差，不過在厚板應(yīng)力變化不太劇烈的部位誤差應(yīng)該不會太大，我們可以嘗試用這些公式來估算厚板正截面縱向受拉鋼筋“應(yīng)力超前”值。我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010一2002》也給出了混凝土受壓的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線，表達(dá)式與本文相論述的應(yīng)力應(yīng)變曲線相。各種應(yīng)力應(yīng)變曲線表達(dá)式只有細(xì)微的差別，因而其計算結(jié)果也只有細(xì)微的差別。當(dāng)受拉邊緣混凝土應(yīng)力小于抗拉強(qiáng)度關(guān)時截面并未開裂，混凝土及鋼筋均處于彈性受力階段。這時鋼筋混凝土梁的應(yīng)力分布與連續(xù)、勻質(zhì)材料梁相似。

3.3底筋應(yīng)力超前的控制

為了定量的分析分層疊合澆筑對厚板底筋應(yīng)力超前值的影響，我們可以對比轉(zhuǎn)換層厚板一次整體澆筑與分兩層疊合澆筑時厚板縱向受拉鋼筋各自的應(yīng)力，看看它們的差別究竟有多大。普通鋼筋混凝土梁正截面內(nèi)力較為精確的分析方法，用這種方法分別計算一次整體澆筑與分層疊合澆筑時厚板底筋的應(yīng)力兩者之差即為初始階段的底筋應(yīng)力超前值。厚度不同的板的剛度是不一樣的，厚度大的板剛度會較大。轉(zhuǎn)換層厚板先澆層厚度為一個固定值的時候，取不同值時，它與厚板下部墻柱所形成的結(jié)構(gòu)在相同荷載作用下的內(nèi)力是不一樣的。厚板疊合澆筑不會引起底筋的“拉應(yīng)力超前”，相反還會緩解該點(diǎn)鋼筋在作用力的方向產(chǎn)生最終拉應(yīng)力。

4.結(jié)束語

總之，轉(zhuǎn)換層厚板疊合澆筑對下層框支柱的彎矩設(shè)計值有較大影響，尤其是邊柱。厚板疊合澆筑會加劇厚板下部部分框支柱的內(nèi)力，但也會緩解部分框支柱的內(nèi)力。如果厚板采用疊合澆筑法施工，在對帶厚板轉(zhuǎn)換層的高層建筑進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該考慮先澆層厚度，對厚板下部框支柱受力的影響，及時調(diào)整框支柱的設(shè)計值。在通常情況下，疊合澆筑的厚板能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范對鋼筋混凝土疊合式受彎構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)縱向受拉鋼筋應(yīng)力的控制要求，不會引起結(jié)構(gòu)安全儲備的嚴(yán)重降低。

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