高層建筑帶梁厚板式轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)分析

王科

【摘要】本文以某商住樓工程施工為例，就高層建筑鋼筋混凝土厚板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討。該工程轉(zhuǎn)換層施工，通過模板搭設(shè)、鋼筋網(wǎng)綁扎、混凝土配合比調(diào)整、大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)和溫度控制，有效解決厚板施工荷載傳遞和大體積混凝土防裂問題，達(dá)到了控制轉(zhuǎn)換層整體質(zhì)量的效果。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；厚板轉(zhuǎn)換層；分層澆筑； 裂縫控制

引言：

結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換層概念，主要是指在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系。現(xiàn)代高層建筑中，由于為了滿足建筑功能的要求，下部布置為大空間，上部布置為小空間，而這種要求與結(jié)構(gòu)的合理、自然布置正好相反。為此，為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)有序傳遞，必須在高層建筑不同柱網(wǎng)、不同開間、不同結(jié)構(gòu)的上下層之間的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

1、工程概況

湖南長(zhǎng)沙某高層商住樓地上22層，地下2層，總建筑面積62321.6m2。四層以下為非標(biāo)準(zhǔn)層，框剪結(jié)構(gòu)；標(biāo)準(zhǔn)層為全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。五層為轉(zhuǎn)換層，設(shè)計(jì)為帶梁厚板式轉(zhuǎn)換層，其中梁高1900mm，板厚1600mm，頂標(biāo)高為22.490m，梁底標(biāo)高為20.590m，板底標(biāo)高為20.890m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。鋼筋最大直徑為Φ32，梁的箍筋直徑采用了Φ18。（見圖 1）根據(jù)施工進(jìn)度安排，轉(zhuǎn)換層的施工正在炎熱夏季，最高溫度36℃，最低溫度12℃，平均溫度24℃，每日最高溫差13℃，平均溫差10℃。

在該轉(zhuǎn)換層的施工中主要有兩個(gè)難點(diǎn)需要重點(diǎn)解決：一是荷載傳遞問題。因板較厚，施工時(shí)加上施工荷載，合計(jì)荷載將達(dá)到50kN/m2，下層樓蓋（即四層樓蓋）無法直接承受，須采取技術(shù)措施解決荷載的安全傳遞。二是混凝土裂縫控制。因轉(zhuǎn)換層屬大體積混凝土，易產(chǎn)生溫度和收縮裂縫，須采取技術(shù)措施予以控制。

2、施工技術(shù)方案的比選

方案一：采取一次支模澆筑混凝土成型的施工方法，其支模方法是從梁底對(duì)標(biāo)高20.590m）或板底（相對(duì)標(biāo)高20.890m）一直支撐到地下室底板面（相對(duì)標(biāo)高-9.330m），支模高度達(dá)30.000m。該方案需置備大量的模板支撐材料，材料的租賃費(fèi)或一次購(gòu)置費(fèi)均太多，而且在施工時(shí)要求支承架立柱每層上下嚴(yán)格對(duì)齊，誤差不得超過25mm，施工難度太大，故此方案不可取。

方案二：將厚板暗梁改為勁性混凝土梁，即在混凝土梁中埋設(shè)型鋼桁架，將模板吊掛于型鋼桁架梁上，以承受全部厚板白重及施工荷載，厚板一次澆筑成型。該方案可節(jié)省模板支撐材料，但型鋼桁架埋于混凝土中，一次耗鋼量大，不經(jīng)濟(jì)，施工難度較大。此方案也不可取。

方案三：將厚板分兩次澆筑迭合成型，第一次先澆筑梁900mm 高、板600mm高，利用第一次澆筑的混凝土形成的梁板支承第二次澆筑的混凝土（厚度為1000mm）自重及施工荷載。梁、板下模板頂撐僅考慮支承第一次澆筑混凝土自重及施工荷載，頂撐負(fù)荷減小為原來的1/3，可以全部由四層樓板承受，從而大量減少模板支撐材料。同時(shí)因混凝土分兩次澆筑，可以大大減小構(gòu)件尺寸，有利于混凝土散熱，減小了溫度應(yīng)力過大對(duì)控制裂縫的不利影響。該方案較好地解決了轉(zhuǎn)換層施工的兩個(gè)難點(diǎn)問題，三種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較如表1。

通過計(jì)算分析比較，并征得建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位同意，決定采用第三個(gè)方案，由設(shè)計(jì)院根據(jù)分層施工要求對(duì)四層樓板及轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。

3、轉(zhuǎn)換層模板支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

該工程中方案中轉(zhuǎn)換層模板支護(hù)梁高是1.9m，板厚1.6m。分兩次澆筑，在樓面下1.0m處留水平縫。第一次澆筑層荷載由四層樓面承受，第二次澆筑層荷載由第一次澆筑層混凝土承受。

3.1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

①根據(jù)施工圖紙，計(jì)算出單位面積內(nèi)材料自重為：鋼筋自重4.5kN/m2，混凝土自重21.6kN/m2；

②施工人員及設(shè)備荷載：計(jì)算模板及次楞時(shí)2.5kN/m2，計(jì)算主楞時(shí)1.5kN/m2，計(jì)算支架立柱時(shí)1.0kN/m2；

③模板及支架自重：模板自重0.5kN/m2，鋼管支架立桿間距0.7m×0.7m，橫桿步距1.8m共三道；每根立桿承受的支架自重；總計(jì)0.47kN；每m2支架自重0.96kN。

3.2 次楞計(jì)算

次楞為50mm×100mm木方立放，間距0.35m，主楞為2Φ48×3.5鋼管，間中0.7m，按三跨連續(xù)梁計(jì)算。

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算：a=M/W=8.4MPa；木方強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=12.87MPa；a

②撓度驗(yàn)算：荷載標(biāo)準(zhǔn)值q=10.2N/m；撓度w=Kwql4（100 EI）=0 .9 9 mm：允許撓度w0= 2.8mm：w

3.3 主楞驗(yàn)算

按三跨連續(xù)梁計(jì)算。

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算：荷載設(shè)計(jì)值F=7.1kN；最大彎矩M=KMFl=1.06kN·m；a=104Mpa；f=215Mpa；a

② 撓度驗(yàn)算：荷載標(biāo)準(zhǔn)值F=6.88kN；撓度w=KwFI3（100EI）=0.74mm：w

3.4 支架立柱計(jì)算

立柱為Φ48×3.5鋼管，對(duì)接接頭，步高1.8m。按偏心受壓計(jì)算。立柱設(shè)計(jì)荷載N=14.4kN；計(jì)算得立柱設(shè)計(jì)承載力N0=27.2kN；N

3.5 四層樓板抗沖切驗(yàn)算

立柱底座直徑D=150mm，四層樓板厚200mm，混凝土C45Um=1036mm，四層樓板抗；沖切承載力：F0=0.6ftUmh0=213kN；N

3.6 四層樓板抗彎驗(yàn)算

活荷載q=32.8kN/m2；板自重g=5.1kN/m2；按三跨連續(xù)板考慮，最大負(fù)彎矩M1=27.2kN·m；最大正彎矩M2=23.3kN·m；設(shè)計(jì)抗彎能力M0=fcmbx（h0-x/2）；M0>M1，M0>M2，樓板抗彎強(qiáng)度滿足要求。

4、厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及安全措施

4.1 施工流程

施工時(shí)的大致流程如下：轉(zhuǎn)換層下部豎向結(jié)構(gòu)混凝土澆筑至梁底→轉(zhuǎn)換層厚板支承架的搭設(shè)→轉(zhuǎn)換層底模的支設(shè)→轉(zhuǎn)換層梁鋼筋、第一層混凝土的上下部鋼筋綁扎→抗剪力鍵槽的模板支設(shè)→第一層混凝土的澆筑→第一層混凝土蓄水養(yǎng)護(hù)→混凝土表面的處理→板上層鋼筋的綁扎→側(cè)模支設(shè)→上部結(jié)構(gòu)剪力墻插筋綁扎→（第一層混凝土強(qiáng)度達(dá)到C35后）拆除底模及支架→第二層混凝土的澆筑→第二層混凝土的保濕保溫養(yǎng)護(hù)。

4.2 模板支設(shè)的技術(shù)要求

在考慮支撐系統(tǒng)承載力時(shí)，由于第二次澆筑的混凝土絕大部分由第一次澆筑的混凝土形成的半梁承擔(dān)，所以，只考慮第一次澆筑部分的荷載即可。但為安全起見應(yīng)在滿足第一次澆筑部分的承載力的條件下加大承載能力，以1.5系數(shù)作為安全儲(chǔ)備。四周外側(cè)模采用組合鋼模板，底模和內(nèi)側(cè)模采用木模。模板的次楞采用50mm×100mm 木方立放，間距0.35m，主楞采用2Φ48×3.5鋼管，間距0.7m。所有立桿上下均分別加可調(diào)頂托和底座。主楞必須在頂托上，不得放于支架橫桿上。模板支架采用Φ48×3.5的鋼管腳手架，立桿間距不大于0.7m×0.7m，橫桿步距不大于1.8m，共三步。

4.3 鋼筋綁扎的技術(shù)措施

轉(zhuǎn)換層鋼筋量大，互相交叉多，特別是梁的箍筋為二級(jí)鋼，箍筋直徑最大有Φ18，鋼筋的綁扎相當(dāng)困難。梁板縱向鋼筋采用了鋼筋鐓粗直螺紋連接接頭，鋼筋綁扎前制定了嚴(yán)格周密的鋼筋綁扎順序：南北向框架梁下部第一排鋼筋→東西向框架梁下部第一排鋼筋→南北向框架梁下部第二排鋼筋→東西向框架梁下部第二排鋼筋→南北向框架梁上部第二排鋼筋→東西向框架梁上部第二排鋼筋→南北向框架梁上部第一排鋼筋→東西向框架梁上部第一排鋼筋→板下部東西向鋼筋→板下部南北向鋼筋→第一層混凝土面上的附加鋼筋（因分層澆筑而設(shè)置的負(fù)彎矩鋼筋）→大梁拉鉤的綁扎→第一層混凝土邊澆筑邊插抗剪鋼筋（第一層混凝土養(yǎng)護(hù)） →板上層?xùn)|西向鋼筋→板上層南北向鋼筋→上部結(jié)構(gòu)插筋→澆筑第二層混凝土。采用這種綁扎順序，保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

4.4 混凝土的澆注以及抗剪措施

混凝土的攪拌要在準(zhǔn)確計(jì)量、準(zhǔn)確上料的基礎(chǔ)上進(jìn)行，混凝土的攪拌時(shí)間要確?；炷恋臄嚢杈鶆?，且有較好的和易性。現(xiàn)場(chǎng)混凝土泵管的連接要合理，泵送通暢。為了防止輸送泵出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)有備用混凝土泵及備用混凝土泵管，要確保故障的出現(xiàn)不影響混凝土的連續(xù)施工。

第二層混凝土澆筑前使用高壓水槍對(duì)第一層混凝土表面進(jìn)行了沖洗，把浮灰、松散的混凝土碎塊、浮漿碎渣等雜物沖洗干凈。另外，為增加界面的抗剪能力還采取了如下措施：

①在第一層混凝土澆筑時(shí)，表面設(shè)了抗剪力鍵，抗剪力鍵采用600mm×600mm×200（厚）mm 的混凝土槽，間距2000mm×2000mm（見圖 2），嵌固在第二層混凝土中，如此可增加界面的抗剪能力。

②在第一次混凝土澆筑時(shí)，在板位置插抗剪鋼筋，增加界面的抗剪能力， 鋼筋采用Φ16@600×600，總長(zhǎng)1 000mm，上下各50Omm。

4.5 混凝土裂縫控制措施

盡管厚板分兩次澆筑可減少混凝土內(nèi)外溫差，但每層混凝土仍較厚且面積大，不采取技術(shù)措施混凝土仍可能開裂。為此，經(jīng)征得設(shè)計(jì)人員的同意，利用混凝土的后期強(qiáng)度，即取混凝土的6Od強(qiáng)度為C 40。混凝土中添加WG-HEA緩凝型高效抗裂劑，摻量為水泥用量的8%-10%。對(duì)混凝土增加二次振搗工藝：混凝土初凝前將運(yùn)轉(zhuǎn)著的振動(dòng)棒以其自身的重力逐漸插人混凝土中進(jìn)行振搗，振動(dòng)棒拔出時(shí)混凝土可以自行閉合?；炷恋氖彰娌捎谩耙黄?，二壓，一光，拉毛”的施工工藝，加強(qiáng)混凝土收面的二次抹壓，并及時(shí)用塑料薄膜覆蓋加以覆蓋養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制混凝土表面裂縫。

在該轉(zhuǎn)換層的開始施工到施工完畢，僅用了28天。轉(zhuǎn)換層施工方案經(jīng)過多方論證，施工、設(shè)計(jì)結(jié)合，最終將模板支撐架落在四層樓板上，僅搭設(shè)一層腳手架，用鋼管300余t，僅為按傳統(tǒng)支撐方案需用鋼管2400t的1/8，工期縮短35d，傳統(tǒng)方案材料費(fèi)、人工費(fèi)總計(jì)約232萬(wàn)元，現(xiàn)方案僅需30萬(wàn)元，節(jié)約202萬(wàn)元。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過采用分層澆筑迭合成型的施工方法，不但降低了施工難度，節(jié)省了施工成本，而且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。開始施工至上部結(jié)構(gòu)全部施工完成時(shí)，混凝土表面沒有發(fā)現(xiàn)任何裂紋，經(jīng)檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，主體結(jié)構(gòu)一次性獲優(yōu)良。實(shí)踐證明，在解決厚板式結(jié)構(gòu)施工困難和保證工程質(zhì)量中采用分層澆筑迭合成型的施工方法是一種很好的方法。

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