超大型轉(zhuǎn)換層梁施工技術(shù)研究

曾平 祝國(guó)梁 呂凱芳

(中建四局第四建筑工程有限公司 福建廈門 361000)

1 應(yīng)用工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

廈航總部大廈為廈門航空有限公司開(kāi)發(fā)的集5A甲級(jí)寫字樓、五星級(jí)酒店及配套商業(yè)、休閑、金融、文化功能于一體的超高層綜合性建筑，系福建省重點(diǎn)工程。

廈航總部大廈工程建筑設(shè)計(jì)成U字形，該工程由一棟185.10m辦公塔樓、一棟141.45m酒店塔樓和25.15m的裙房組成，地下3層，地上最高35層?？偨ㄖ娣e17.5萬(wàn)m2，占地面積約2萬(wàn)m2。

1.2 轉(zhuǎn)換梁概況

該項(xiàng)目酒店塔樓F 3.5層(夾層)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)有6根大型轉(zhuǎn)換梁，其下部6層(F3～B3層)，上部28層(F4～屋面層)。具體如表1及圖1所示。

表1 轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖1轉(zhuǎn)換梁平面布置圖

1.3 施工難點(diǎn)

(1)支撐選型難

以最大截面梁1.2m×4.55m為例，經(jīng)計(jì)算線荷載達(dá)181.5kN/m(每米相當(dāng)3只6t成年非洲象)。對(duì)支撐系統(tǒng)要求極高，一次性澆筑安全風(fēng)險(xiǎn)極大，且容易對(duì)下層樓板產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞[1-4]。

(2)節(jié)點(diǎn)深化復(fù)雜

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，轉(zhuǎn)換梁內(nèi)置型鋼與結(jié)構(gòu)柱鋼骨連接，相關(guān)轉(zhuǎn)換梁鋼筋、非轉(zhuǎn)換梁鋼筋、柱墩鋼筋等節(jié)點(diǎn)密集，施工難度大。

(3)澆筑難度大

最大落差4.55m，箍筋間距僅3cm，分層澆筑并不能根本解決問(wèn)題，如圖2所示。

圖2 原設(shè)計(jì)配筋截面

2 大型轉(zhuǎn)換梁施工工藝

2.1 難點(diǎn)分析及對(duì)策

針對(duì)上述3個(gè)難點(diǎn)，結(jié)合規(guī)范要求和以往經(jīng)驗(yàn)，并多渠道征求專家意見(jiàn)，將轉(zhuǎn)換梁工藝分4部分進(jìn)行分解并逐一制定對(duì)策。轉(zhuǎn)換梁施工工藝系統(tǒng)圖如圖3所示[13-15]。

圖3 轉(zhuǎn)換梁施工工藝系統(tǒng)圖

2.2 方案比選

2.2.1方案1

(1)支撐荷載傳遞工況

1100mm×3600mm和1200mm×4550mm兩種類型的轉(zhuǎn)換梁模板支撐架，采用貝雷架和鋼管柱φ529×6mm支撐體系。支撐荷載通過(guò)鋼管柱，逐層連續(xù)傳遞至地下室底板。這兩種類型的轉(zhuǎn)換梁模板支撐架做法如下。

支撐立柱為兩排φ529×6mm鋼管柱，立柱軸心距為1.35m?？v向間距6.3m(3#梁)、6m和4.5m(2#梁)、6m和5m(1#梁)。支撐立柱上部橫距采用36b工字鋼雙拼作為貝雷架支座。采用國(guó)產(chǎn)321貝雷架，由4組組成，間距450mm，立柱下部墊12mm厚鋼板。梁底次龍骨10#工字鋼@200mm，沿梁截面方向布置，固定在貝雷架上，在梁底次龍骨鋪設(shè)50mm×100mm方木@50mm[12]。

(2)荷載傳遞方式：

梁荷載通過(guò)貝雷架體系傳至鋼柱支撐，通過(guò)鋼柱支撐傳遞至地下室底板(1.5m厚)，如圖4所示。

圖4 方案一轉(zhuǎn)換層支撐示意圖

2.2.2方案2

(1)支撐荷載傳遞工況

轉(zhuǎn)換層梁、板模板支撐均采用扣件式鋼管支撐架。其下部樓層支撐架嚴(yán)禁拆除。

(2)模板支撐設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層板厚180mm,選用Φ48.3mm×3.6mm扣件式鋼管支撐體系。板下模板支架立桿縱、橫間距0.9m×0.9m，步距1.5m。模板均采用1830×915×18mm膠合板。主龍骨為50×50×3.5mm雙方鋼管；板底次楞采用50×100mm木方；梁次楞采用50×50×3.5mm方鋼管。頂托、墊板均采用標(biāo)準(zhǔn)件。超高部位支架，按照規(guī)范要求設(shè)置頂層加強(qiáng)水平桿。其中1100mm×3600mm和1200mm×4550mm兩種類型的轉(zhuǎn)換梁模板支撐架,如圖5所示[6-7]。

圖5 方案二轉(zhuǎn)換層支撐示意圖

荷載傳遞方式：荷載通過(guò)腳手架支撐傳遞，依次傳遞至地下室底板(1.5m厚)，具體如表2所示。

2.3 制定措施

措施制定具體如表3所示。

表2 方案比選表

表3 對(duì)策表

2.4 關(guān)鍵工藝

(1)加強(qiáng)型扣件式滿堂架

通過(guò)分次澆筑，單次澆筑荷載減少40%，采取扣件式滿堂支撐架，需滿足以下條件：

①轉(zhuǎn)換層區(qū)域下方至底板的5層支撐架不允許拆除。

②相關(guān)安全驗(yàn)算需經(jīng)專家論證，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格落實(shí)《建辦質(zhì)2018-31號(hào)文》驗(yàn)收流程[4,10]。

③聯(lián)系另外2家監(jiān)測(cè)單位，采用新型監(jiān)測(cè)方式共同驗(yàn)證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

④高大模板要先放線后搭設(shè)。

⑤為保證整個(gè)模板支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性，模板支架中間有結(jié)構(gòu)柱的部位，按豎向間距3m(2步架高)與建筑結(jié)構(gòu)柱設(shè)置一個(gè)鋼管抱柱固結(jié)點(diǎn)。

⑥在轉(zhuǎn)換層施工前，轉(zhuǎn)換層對(duì)應(yīng)下部梁板均應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

⑦對(duì)于1100mm×3600mm類型的轉(zhuǎn)換梁下部均對(duì)應(yīng)有超重梁，1200mm×4550mm類型的超重梁下部存在非平行梁，需在F1層對(duì)應(yīng)1200mm×4550mm下部投影出的支架進(jìn)行加強(qiáng)(支撐架搭設(shè)同轉(zhuǎn)換梁下部支撐設(shè)計(jì))，如表4、圖6所示。

表4 轉(zhuǎn)換梁搭設(shè)參數(shù)表

圖6 支撐系統(tǒng)BIM模擬效果圖

(2)優(yōu)化轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

①配筋量減少

面筋數(shù)量減少2根直徑32mmHRB400E鋼筋，底筋數(shù)量減少4根直徑32mmHRB400E鋼筋。

②鋼結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化

由鋼骨梁調(diào)整為鋼骨桁架，整體鋼構(gòu)用鋼量增加，從受力形式來(lái)說(shuō)更加合理，如圖7～圖9所示[5,11]。

圖7 變更后轉(zhuǎn)換梁配筋圖

圖8 轉(zhuǎn)換梁整體模擬圖

圖9 BIM模擬效果圖

(3)分次澆筑混凝土

①施工縫標(biāo)高由設(shè)計(jì)選定，如表5所示。

表5 轉(zhuǎn)換梁分次澆筑劃分表 m

②對(duì)施工縫進(jìn)行鑿毛、養(yǎng)護(hù)處理。在混凝土澆筑前，施工縫對(duì)施工縫位置設(shè)置凹凸槽處理，槽深度180mm，同時(shí)在混凝土施工縫處每間距200mm設(shè)置直徑32mm構(gòu)造鋼筋，構(gòu)造鋼筋長(zhǎng)1400mm，施工縫兩側(cè)各700mm，并在鋼筋端頭焊接同直徑鋼筋頭。通過(guò)凹凸槽和設(shè)置構(gòu)造鋼筋共同增加施工縫處的抗裂性能，提高梁的整體性和抗剪能力，如圖10～圖11所示。

圖10 施工縫加強(qiáng)做法立面圖

圖11 分次澆筑剖面示意圖

③界面處理

首次支模時(shí)，一側(cè)的側(cè)模與施工縫平，便于浮漿及松散砼的清理；

轉(zhuǎn)換層梁第一次砼澆筑完成后二次澆筑前，對(duì)施工縫處進(jìn)行混凝土面鑿毛，并清理浮漿。施工縫處自然粗糙面凹凸不小于6mm。

首次澆筑混凝土的養(yǎng)護(hù)以保濕養(yǎng)護(hù)為主，以始終保證砼處于濕潤(rùn)的狀態(tài)。這樣可以保證第一次澆筑的砼不失水，第二次澆筑的砼與第一次澆筑的砼不會(huì)因砼失水產(chǎn)生接縫及麻面的現(xiàn)象。進(jìn)行二次砼澆筑時(shí)，先在施工縫處澆筑一層30mm～50mm的砂漿或細(xì)石砼。

二次澆筑待第一次澆筑砼強(qiáng)度達(dá)到80%完成。

(4)高支模架體監(jiān)測(cè)

①布置原則

支架監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，按監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分別選取在受力最大的立桿、支架周邊穩(wěn)定性薄弱的立桿及受力最大或地基承載力低的立桿設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[15]。

②監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

立桿頂水平位移、支架整體水平位移、變形及立桿的基礎(chǔ)沉降。

③監(jiān)測(cè)方法

高支模水平位移，采用獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)軸與大樓軸線方向一致，采用萊卡全站儀在預(yù)先設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)上按極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測(cè)；高程測(cè)量采用三角高程測(cè)量的方法進(jìn)行觀測(cè)。為了提高測(cè)量精度，在各測(cè)點(diǎn)設(shè)置固定棱鏡反射片。

④實(shí)際監(jiān)測(cè)

在搭設(shè)過(guò)程中，每天開(kāi)工前檢測(cè)一次，在確保架體安全穩(wěn)固的前提下進(jìn)行搭設(shè)，每天收工前檢測(cè)一次，確保架體在無(wú)施工擾動(dòng)及夜晚無(wú)人看護(hù)時(shí)的穩(wěn)定。

在架體搭設(shè)完，模板及鋼筋綁扎時(shí)，半天監(jiān)測(cè)一次，直到混凝土澆筑。

在澆筑砼過(guò)程中實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一般監(jiān)測(cè)頻率不超過(guò) 1h一次。監(jiān)測(cè)時(shí)間控制在混凝土澆注前直至澆筑完成后12h后結(jié)束，如表6所示。

表6 監(jiān)測(cè)預(yù)警值 mm

⑤注意事項(xiàng)

監(jiān)測(cè)要貫穿在模板支撐系統(tǒng)搭設(shè)、鋼筋安裝、混凝土澆搗過(guò)程中及混凝土終凝前后。

混凝土澆筑前，監(jiān)測(cè)人員在架外設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，架內(nèi)在相應(yīng)縱橫立桿中部用鋼筋焊上被觀測(cè)點(diǎn)，涂上反光且有刻度的標(biāo)志以利觀測(cè)。

在澆筑混凝土?xí)r，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀，分別對(duì)縱橫立桿和支撐體系的水平桿進(jìn)行變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)撓度值接近，立即向監(jiān)測(cè)組同時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)施工人員示警。接警后，監(jiān)測(cè)小組立即調(diào)動(dòng)相關(guān)人員和設(shè)備進(jìn)行加固處理。

在澆筑混凝土?xí)r，安全員跟班作業(yè)，加強(qiáng)對(duì)支撐體系變形的巡視，支撐系統(tǒng)內(nèi)不得有人施工作業(yè)。

2.5 實(shí)施效果

(1)加強(qiáng)型扣件式滿堂架

①編制轉(zhuǎn)換梁高大模板工程安全專項(xiàng)施工方案并邀請(qǐng)廈門市建筑工程質(zhì)量協(xié)會(huì)進(jìn)行論證，通過(guò)后針對(duì)論證報(bào)告注意修改完善，如圖12所示。

圖12 專家論證報(bào)告

②進(jìn)行三級(jí)技術(shù)安全交底后，搭設(shè)前對(duì)支撐立桿進(jìn)行彈線控制。

③搭設(shè)完成后，在項(xiàng)目各部門自檢合格基礎(chǔ)上，邀請(qǐng)高支模專家、業(yè)主、監(jiān)理、監(jiān)督站聯(lián)合驗(yàn)收通過(guò)后，再鋪設(shè)轉(zhuǎn)換梁模板，如圖13所示。

圖13 專檢驗(yàn)收高支模

(2)優(yōu)化轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

①針對(duì)優(yōu)化后的轉(zhuǎn)換梁施工圖紙，組織BIM施工模擬，先吊裝并焊接鋼骨柱、鋼骨桁架，如圖14所示。

圖14 鋼結(jié)構(gòu)桁架完成效果

②先行綁扎柱墩鋼筋，每組6個(gè)工人共同配合將柱墩鋼筋每層綁扎上來(lái)，同時(shí)配合周邊轉(zhuǎn)換梁各層水平縱筋安裝。

③6名工人合力綁扎轉(zhuǎn)換梁水平鋼筋、箍筋。

④根據(jù)分次澆筑施工縫節(jié)點(diǎn)，增設(shè)直徑32mm鋼筋銷鍵，增強(qiáng)施工縫連接。

⑤綁扎成型效果，如圖15所示。

圖15 轉(zhuǎn)換梁鋼筋綁扎完成效果

(3)分次澆筑混凝土

①針對(duì)第一次封模高度，設(shè)置企口縫模板，如圖16所示。

圖16 分次澆筑企口縫設(shè)置

②先采用TC7035塔吊分次澆筑第一次轉(zhuǎn)換梁砼至指定標(biāo)高。

③澆筑完成后，安排打鑿并重新干凈，如圖17所示。

圖17 企口縫成型效果

④驗(yàn)收第二次轉(zhuǎn)換梁鋼筋通過(guò)后，澆筑第二次砼。

(4)支撐架監(jiān)測(cè)

①第一次澆筑時(shí)，對(duì)澆筑過(guò)程及完成進(jìn)行12h監(jiān)測(cè)(總共布置15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))，如圖18所示。

圖18 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表，如圖19所示。

F3層10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大沉降值3mm，未超警戒值；

圖19 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

F1層2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大沉降值1mm，未超警戒值；

B1、B2、B3層共3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最大沉降值1mm，未超過(guò)警戒值。

2.6 成果總結(jié)

具體成果如表7所示。

表7 成果總結(jié)表

3 結(jié)語(yǔ)

超大截面轉(zhuǎn)換層梁分次澆筑工藝，避免了支撐體系要求極高、施工困難大的諸多不足，特別是在轉(zhuǎn)換層下方還有較多樓板時(shí)尤為突出。此方法充分利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)條件，取得質(zhì)量、工期、成本3個(gè)維度的收益，給現(xiàn)場(chǎng)安全施工帶來(lái)了便利，節(jié)省了大量人力、物力、機(jī)械，而且加快了施工進(jìn)度。同時(shí)，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助，可以發(fā)現(xiàn)和解決不少疑難問(wèn)題。這種大截面轉(zhuǎn)換梁分次澆筑工藝，對(duì)建筑行業(yè)的工業(yè)化發(fā)展有一定推動(dòng)作用，值得推廣運(yùn)用。