高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)研究

姚寧

(張家口市地方鐵路管理處，河北 張家口 075000)

1 引言

隨著建筑高度的不斷增加，結(jié)構(gòu)形式越發(fā)復(fù)雜，施工難度也在不斷提高，為提高高層建筑施工質(zhì)量，轉(zhuǎn)換層的設(shè)置已必不可少[1，2]。以具體的建筑功能為例，若上部的樓層需要發(fā)揮住宅的功能，那么其在布置時應(yīng)使用開間較小的軸線和多數(shù)量的墻體；當(dāng)中層需滿足辦公用房作用時，則需在柱網(wǎng)內(nèi)設(shè)置相對數(shù)量的墻體來滿足要求； 而當(dāng)下層需滿足較大的空間要求時，則需使用較大的柱網(wǎng)以及較少的墻體。因此，高層建筑設(shè)計施工過程出現(xiàn)這種情況時，會與正常的建筑結(jié)構(gòu)有所矛盾，如圖1所示。

當(dāng)前，國外某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)對高層建筑有了更深一步的認(rèn)識。如20世紀(jì)五六十年代的東歐學(xué)者提出的柔性底層方案，讓高層建筑的發(fā)展取得了較大的進(jìn)步[3]。而從七十年代開始，國內(nèi)開始運用梁式轉(zhuǎn)換層，此后，該種技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用[4]。從具體的施工角度來看，當(dāng)前轉(zhuǎn)換層的施工方法多種多樣。為確保轉(zhuǎn)換層能夠起到穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)的重要作用，對其施工技術(shù)進(jìn)行研究分析是非常有必要的。基于此，本文將探討在確保安全經(jīng)濟(jì)的前提下的轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)。

2 高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置

2.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置特點

在高層建筑施工當(dāng)中，轉(zhuǎn)換層的施工是整個工程的關(guān)鍵所在，其直接決定了施工的安全性以及經(jīng)濟(jì)性問題[5]。在轉(zhuǎn)換層的設(shè)置過程中，會打斷某些豎直設(shè)置的構(gòu)件。高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置具備如下特點。

1）大尺寸，荷載較大。為了確保上部結(jié)構(gòu)中的剪力能夠較好地傳遞到下部結(jié)構(gòu)，必須確保轉(zhuǎn)換層的樓面具有一定的水平剛度，其具體表現(xiàn)在樓板的厚度應(yīng)在200 mm 以上，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)一般有著較大的結(jié)構(gòu)尺寸。

2）分層澆筑，承載構(gòu)件為先澆筑構(gòu)件。因轉(zhuǎn)換層有著較大的高跨比，此時的平截面假定就不再成立，一般情況下按照短深梁受力進(jìn)行考慮。在施工時若采用的是二次疊澆法，則應(yīng)分析疊合構(gòu)件在分層處所產(chǎn)生的水平剪力，若有必要則應(yīng)與設(shè)計單位詳細(xì)規(guī)劃，確保滿足承載能力的要求。

3）支撐系統(tǒng)按照下部構(gòu)造進(jìn)行靈活設(shè)置。為降低轉(zhuǎn)換層設(shè)置時對結(jié)構(gòu)抗震所產(chǎn)生的影響，避免上部構(gòu)件和下部構(gòu)件出現(xiàn)突變的剛度和剪力，在對不落地的支撐系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中可以靈活按照下部結(jié)構(gòu)做出調(diào)整[6]。

2.2 轉(zhuǎn)換層施工的重難點

根據(jù)轉(zhuǎn)換層中的設(shè)置特點，在制訂施工方案時應(yīng)明確以下幾方面重難點。

1）多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)換板所傳遞下來的荷載較大，因此，應(yīng)采用較為可靠的模板進(jìn)行支撐，并基于轉(zhuǎn)換板的特色設(shè)計模板支撐體系。此時，可按照豎向彈性支點的方式看待各個結(jié)構(gòu)層。

2）將模板支撐系統(tǒng)安裝好以后，轉(zhuǎn)換層的受力狀態(tài)將會有所變化，因此，應(yīng)對施工階段轉(zhuǎn)換層的承載力進(jìn)行相應(yīng)的驗算。

3）對于某些有著較大體積的轉(zhuǎn)換板，在施工時為避免混凝土在澆筑之后出現(xiàn)溫度和收縮類型的裂縫，應(yīng)對其溫度變化以及混凝土收縮等進(jìn)行考慮，并及時采取措施減少裂縫。

3 施工質(zhì)量控制

高層建筑中所設(shè)置的轉(zhuǎn)換板一般有著較大的厚度和體積，相比于其他的普通鋼筋混凝土而言，該種混凝土結(jié)構(gòu)需要設(shè)置較為密集的鋼筋和較大體積的混凝土，對施工技術(shù)有著較高的要求。因此，除了要確保結(jié)構(gòu)符合剛度、強(qiáng)度以及耐久性等性能之外，還需對其溫度變形所導(dǎo)致的裂縫進(jìn)行嚴(yán)格的控制。即在施工混凝土工程時，需對溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行考慮，并采用一定的措施控制其溫差。但結(jié)構(gòu)尺寸、所用材料等均會對溫度應(yīng)力產(chǎn)生影響，故為確?；炷临|(zhì)量必須對溫差和應(yīng)力進(jìn)行雙重控制。

3.1 原材料

1）水泥。在確保強(qiáng)度等基本性能符合的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用礦渣或火山灰水泥，不可采取不滿足安定性要求的水泥。

2）骨料。對于粗骨料，應(yīng)確保級配連續(xù)，可使用卵石或者碎石，所使用粗骨料的粒徑最大值應(yīng)在3/4 鋼筋最小凈距以下。若使用的是泵送混凝土，為確保其可泵性，應(yīng)根據(jù)表1中的要求選取材料，需確保所選取的粗骨料中沒有有機(jī)雜質(zhì)；對于細(xì)骨料，應(yīng)確保含泥量在3%以下，可采用粗砂或者中砂，若使用的是泵送混凝土，以0.3 mm 篩孔控制細(xì)砂保持在15%～30%的通過率。

表1 粗骨料最大粒徑

3）粉煤灰。為使水泥用量有所降低，可摻入10%的粉煤灰以代替水泥。此外，為確保水泥早期水化熱反應(yīng)時所發(fā)出的熱量滿足要求，應(yīng)摻入適量的緩凝型減水劑。

3.2 混凝土用料

為確保大體積混凝土的配合比處于可靠的范圍內(nèi)，因先對溫度裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。水泥的水化反應(yīng)是混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。對其進(jìn)行分析可知，多數(shù)情況下混凝土有著5×10-6～14×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)，容易出現(xiàn)熱脹冷縮的情況，而作為熱不良導(dǎo)體，混凝土多數(shù)情況下只能進(jìn)行較為緩慢的散熱，在進(jìn)行澆筑之后相比于外部，內(nèi)部的溫度較高，內(nèi)外溫差最高可達(dá)60 ℃，形成內(nèi)部膨脹而外部收縮的情況，導(dǎo)致外表面的拉應(yīng)力較大而出現(xiàn)開裂的情況。此外，根據(jù)混凝土所采用的集料類型可知，對于混凝土的溫度應(yīng)力而言，熱膨脹系數(shù)對其有著較大的影響，若采用的是有著較小熱膨脹系數(shù)的骨料，則可以讓混凝土的溫度應(yīng)力有所降低，從而使其抗裂性得到較大的提升。若在混凝土中摻入較大粒徑的骨料，那么就能夠有效降低其水泥漿量，從而降低其熱膨脹系數(shù)，使其溫度應(yīng)力得到有效減小，從而使其抗裂性得到提升。基于上述分析，在施工過程中可采取如下措施：

1）施工時所采用的水泥應(yīng)該盡可能采用水化熱較低的或者應(yīng)適當(dāng)降低水泥的用量；

2）為使混凝土的強(qiáng)度有所提高，應(yīng)盡可能降低用水量；

3）所選骨料應(yīng)具有較小的熱膨脹系數(shù)或者粒徑較大的；

4）原材料先進(jìn)行預(yù)冷，可將冷卻水管先預(yù)埋到混凝土中；

5）通過分縫、分塊的方式對混凝土塊進(jìn)行合理劃分，以降低其約束；

6）對其表面進(jìn)行絕熱處理，從而使其表面的溫度降低速率得到有效調(diào)節(jié)。

除去施工時可采用的措施之外，還能從配合比的角度出發(fā)進(jìn)行控制。因此，還可在施工時按照試配的方式確定混凝土的配合比，確保水灰比在0.6 以下。若施工現(xiàn)場使用的是泵送的商品混凝土，則可采取對砂率以及減水劑進(jìn)行調(diào)整的方式提高其坍落度。施工時應(yīng)嚴(yán)格避免通過隨意加水的方式來使其坍落度得到提高，具體可按照11～15 cm 的范圍控制坍落度。

3.3 施工要點

多數(shù)情況下，應(yīng)在最高溫度小于30 ℃的低溫環(huán)境下施工大體積混凝土，若現(xiàn)場溫度始終在30 ℃以上，則應(yīng)適當(dāng)采取措施使混凝土的溫差得以減小，從而盡可能避免溫度應(yīng)力的影響。對于混凝土的配置，則應(yīng)根據(jù)配合比進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。其攪拌時間則應(yīng)從攪拌桶中加入全部拌和料的時候開始算起，直到全部卸料為止，一般以1.5～2 min 為宜。在混凝土進(jìn)行攪拌之后，應(yīng)將其及時運輸?shù)綕仓攸c，以便于及時入模澆筑。在運送時，應(yīng)盡可能避免混凝土出現(xiàn)離析等情況，若混凝土出現(xiàn)變化，則應(yīng)該及時對其進(jìn)行人工二次拌和。

在澆筑體積較大的混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋布置情況以及整體連續(xù)澆筑的原則來確定澆筑方法，具體可劃分為如下3 種情況。

1）全面分層。按照數(shù)層澆筑的方式澆筑整個結(jié)構(gòu)，在已經(jīng)完成澆筑的下層混凝土未進(jìn)行初凝的時候即開始進(jìn)行第二層混凝土的澆筑，如此往復(fù)，至整個結(jié)構(gòu)均完成澆筑。多數(shù)情況下該種方案應(yīng)用于某些平面尺寸較小的結(jié)構(gòu)物中。在具體施工時應(yīng)在短邊開始澆筑，推進(jìn)到長邊，也可以將其劃分為兩段進(jìn)行澆筑，按照中間到兩端的方式，從兩端推進(jìn)到中間。

2）分段分層。對于某些有著較小厚度而較大面積的項目，在進(jìn)行混凝土的澆筑時應(yīng)從底層的一端開始，在澆筑到一定距離后再進(jìn)行第二層混凝土的澆筑，以此反復(fù)澆筑到其他各層。

3）斜面分層。該種方案適用于長度比3 倍厚度還大的結(jié)構(gòu)中。振搗時從澆筑層底層進(jìn)行，并以比1∶3 還小的坡度向上推移，以保證各個分層混凝土具備滿足要求的施工質(zhì)量。

在上述3 種分層澆筑方案中，應(yīng)按照振搗器材的長度以及力度大小來確定分層厚度，同時應(yīng)對混凝土澆筑量的多少進(jìn)行考慮，多數(shù)情況下可按照25 cm 左右進(jìn)行澆筑。插入式振搗器宜按照深入下層50 cm 的范圍開展工作。并且在澆筑時，應(yīng)確保上層鋼筋在下層的混凝土具備1.2 N/mm2的強(qiáng)度之后進(jìn)行綁扎。此外，為提高層間結(jié)合的效率，可通過在下層混凝土中安裝鍵槽的方式提高結(jié)合度。分層澆筑所間隔開的時間，可以在混凝土表面的溫度降低到大氣平均溫度后進(jìn)行，一般多在5 d 之后在進(jìn)行澆筑。

4 結(jié)語

基于現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，對高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層的施工技術(shù)以理論分析的方式展開了研究。在施工時，體積較大的混凝土容易在施工時出現(xiàn)裂縫，而其主要是溫差導(dǎo)致的。針對較厚的混凝土，考慮到改善其約束條件的角度，施工時為使其內(nèi)外溫差有所降低，在澆筑時應(yīng)使用水平分層澆筑的方式，但應(yīng)綜合考慮各層的澆筑厚度以及間隔的時間，確保在澆筑下層混凝土?xí)r，上層混凝土的內(nèi)部降溫已經(jīng)完成，從而避開熱傳導(dǎo)的影響而使得溫度峰值再一次出現(xiàn)。此外，在實際項目中，應(yīng)基于現(xiàn)場條件的不同，選用相應(yīng)的溫度控制方法，包括有先預(yù)冷卻原材料的方法，以及對入模的溫度進(jìn)行控制的方法等，在具體施工時應(yīng)將溫度應(yīng)力控制在混凝土的允許受拉范圍內(nèi)。