高层建筑钢筋混凝土厚板结构转换层施工技术

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【摘 要】本文以某商住楼工程为例,就高层建筑钢筋混凝土厚板结构转换层的施工技术要点进行了分析探讨.该工程转换层施工,通过模板搭设、钢筋网绑扎、混凝土配合比调整、大体积混凝土的养护和温度控制,有效解决厚板施工荷载传递和大体积混凝土防裂问题,达到了控制转换层整体质量的效果.

【关 键 词】高层建筑；转换层；分层浇筑；裂缝控制

引言：

结构上的转换层概念,主要是指在整个建筑结构体系中,合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系.现代高层建筑中,由于为了满足建筑功能的要求,下部布置为大空间,上部布置为小空间,而这种要求与结构的合理、自然布置正好相反.为此,为了实现结构传力系统有序传递,必须在高层建筑不同柱网、不同开间、不同结构的上下层之间的楼层设置转换层,称结构转换层.

1.工程概况

湖南某高层商住楼地上24层,地下2层,总建筑面积34568m2.四层以下为非标准层,框剪结构；标准层为全现浇剪力墙结构.五层为转换层,设计为带梁厚板式转换层,其中梁高1900mm,板厚1600mm,顶标高为22.490m,梁底标高为20.590m,板底标高为20.890m,混凝土强度等级为0.钢筋最大直径为Φ32,梁的箍筋直径采用了Φ18.（见图1）根据施工进度安排,转换层的施工正在炎热夏季,最高温度36℃,最低温度12℃,平均温度24℃,每日最高温差13℃,平均温差10℃.

图1结构转换层剖面示意图

在该转换层的施工中主要有两个难点需要重点解决：一是荷载传递问题.因板较厚,施工时加上施工荷载,合计荷载将达到50kN/m2,下层楼盖（即四层楼盖）无法直接承受,须采取技术措施解决荷载的安全传递.二是混凝土裂缝控制.因转换层属大体积混凝土,易产生温度和收缩裂缝,须采取技术措施予以控制.

2.施工技术方案的比选

方案一：采取一次支模浇筑混凝土成型的施工方法,其支模方法是从梁底对标高20.590m）或板底（相对标高20.890m）一直支撑到地下室底板面（相对标高-9.330m）,支模高度达30.000m.该方案需置备大量的模板支撑材料,材料的租赁费或一次购置费均太多,而且在施工时要求支承架立柱每层上下严格对齐,误差不得超过25mm,施工难度太大,故此方案不可取.

方案二：将厚板暗梁改为劲性混凝土梁,即在混凝土梁中埋设型钢桁架,将模板吊挂于型钢桁架梁上,以承受全部厚板白重及施工荷载,厚板一次浇筑成型.该方案可节省模板支撑材料,但型钢桁架埋于混凝土中,一次耗钢量大,不经济,施工难度较大.此方案也不可取.

方案三：将厚板分两次浇筑迭合成型,第一次先浇筑梁900mm高、板600mm高,利用第一次浇筑的混凝土形成的梁板支承第二次浇筑的混凝土（厚度为1000mm）自重及施工荷载.梁、板下模板顶撑仅考虑支承第一次浇筑混凝土自重及施工荷载,顶撑负荷减小为原来的1/3,可以全部由四层楼板承受,从而大量减少模板支撑材料.同时因混凝土分两次浇筑,可以大大减小构件尺寸,有利于混凝土散热,减小了温度应力过大对控制裂缝的不利影响.该方案较好地解决了转换层施工的两个难点问题.

通过计算分析比较,并征得建设单位、设计单位和监理单位同意,决定采用第三个方案,由设计院根据分层施工要求对四层楼板及转换层进行设计修改.

3.转换层模板支架设计与验算

该工程中方案中转换层模板支护梁高是1.9m,板厚1.6m.分两次浇筑,在楼面下1.0m处留水平缝.第一次浇筑层荷载由四层楼面承受,第二次浇筑层荷载由第一次浇筑层混凝土承受.

3.1荷载标准值计算

①根据施工图纸,计算出单位面积内材料自重为：钢筋自重4.5kN/m2,混凝土自重21.6kN/m2；

②施工人员及设备荷载：计算模板及次楞时2.5kN/m2,计算主楞时1.5kN/m2,计算支架立柱时1.0kN/m2；

③模板及支架自重：模板自重0.5kN/m2,钢管支架立杆间距0.7m×0.7m,横杆步距1.8m共三道；每根立杆承受的支架自重；总计0.47kN；每m2支架自重0.96kN.

3.2次楞计算

次楞为50mm×100mm木方立放,间距0.35m,主楞为2Φ48×3.5钢管,间中0.7m,按三跨连续梁计算.

①强度验算：a等于M/W等于8.4MPa；木方强度设计值f等于12.87MPa；a

②挠度验算：荷载标准值q等于10.2N/m；挠度w等于Kwql4（100EI）等于0.99mm：允许挠度w0等于2.8mm：w

3.3主楞验算

按三跨连续梁计算.

①强度验算：荷载设计值F等于7.1kN；最大弯矩M等于KMFl等于1.06kN·m；a等于104Mpa；f等于215Mpa；a

②挠度验算：荷载标准值F等于6.88kN；挠度w等于KwFI3（100EI）等于0.74mm：w

3.4支架立柱计算

立柱为Φ48×3.5钢管,对接接头,步高1.8m.按偏心受压计算.立柱设计荷载N等于14.4kN；计算得立柱设计承载力N0等于27.2kN；N

3.5四层楼板抗冲切验算

立柱底座直径D等于150mm,四层楼板厚200mm,混凝土5Um等于1036mm,四层楼板抗；冲切承载力：F0等于0.6ftUmh0等于213kN；N

3.6四层楼板抗弯验算

活荷载q等于32.8kN/m2；板自重g等于5.1kN/m2；按三跨连续板考虑,最大负弯矩M1等于27.2kN·m；最大正弯矩M2等于23.3kN·m；设计抗弯能力M0等于fcmbx（h0-x/2）；M0>M1,M0>M2,楼板抗弯强度满足要求.4、厚板式转换层结构施工技术及安全措施

4.1施工流程

施工时的大致流程如下：转换层下部竖向结构混凝土浇筑至梁底→转换层厚板支承架的搭设→转换层底模的支设→转换层梁钢筋、第一层混凝土的上下部钢筋绑扎→抗剪力键槽的模板支设→第一层混凝土的浇筑→第一层混凝土蓄水养护→混凝土表面的处理→板上层钢筋的绑扎→侧模支设→上部结构剪力墙插筋绑扎→（第一层混凝土强度达到C35后）拆除底模及支架→第二层混凝土的浇筑→第二层混凝土的保湿保温养护.

4.2模板支设的技术要求

在考虑支撑系统承载力时,由于第二次浇筑的混凝土绝大部分由第一次浇筑的混凝土形成的半梁承担,所以,只考虑第一次浇筑部分的荷载即可.但为安全起见应在满足第一次浇筑部分的承载力的条件下加大承载能力,以1.5系数作为安全储备.四周外侧模采用组合钢模板,底模和内侧模采用木模.模板的次楞采用50mm×100mm木方立放,间距0.35m,主楞采用2Φ48×3.5钢管,间距0.7m.所有立杆上下均分别加可调顶托和底座.主楞必须在顶托上,不得放于支架横杆上.模板支架采用Φ48×3.5的钢管脚手架,立杆间距不大于0.7m×0.7m,横杆步距不大于1.8m,共三步.

4.3钢筋绑扎的技术措施

转换层钢筋量大,互相交叉多,特别是梁的箍筋为二级钢,箍筋直径最大有Φ18,钢筋的绑扎相当困难.梁板纵向钢筋采用了钢筋镦粗直螺纹连接接头,钢筋绑扎前制定了严格周密的钢筋绑扎顺序：南北向框架梁下部第一排钢筋→东西向框架梁下部第一排钢筋→南北向框架梁下部第二排钢筋→东西向框架梁下部第二排钢筋→南北向框架梁上部第二排钢筋→东西向框架梁上部第二排钢筋→南北向框架梁上部第一排钢筋→东西向框架梁上部第一排钢筋→板下部东西向钢筋→板下部南北向钢筋→第一层混凝土面上的附加钢筋（因分层浇筑而设置的负弯矩钢筋）→大梁拉钩的绑扎→第一层混凝土边浇筑边插抗剪钢筋（第一层混凝土养护）→板上层东西向钢筋→板上层南北向钢筋→上部结构插筋→浇筑第二层混凝土.采用这种绑扎顺序,保证了施工质量和施工进度.

4.4混凝土的浇注以及抗剪措施

混凝土的搅拌要在准确计量、准确上料的基础上进行,混凝土的搅拌时间要确保混凝土的搅拌均匀,且有较好的和易性.现场混凝土泵管的连接要合理,泵送通畅.为了防止输送泵出现故障,现场要设有备用混凝土泵及备用混凝土泵管,要确保故障的出现不影响混凝土的连续施工.

第二层混凝土浇筑前使用高压水对第一层混凝土表面进行了冲洗,把浮灰、松散的混凝土碎块、浮浆碎渣等杂物冲洗干净.另外,为增加界面的抗剪能力还采取了如下措施：

①在第一层混凝土浇筑时,表面设了抗剪力键,抗剪力键采用600mm×600mm×200（厚）mm的混凝土槽,间距2000mm×2000mm（见图2）,嵌固在第二层混凝土中,如此可增加界面的抗剪能力.

图2抗剪力键槽布置图

②在第一次混凝土浇筑时,在板位置插抗剪钢筋,增加界面的抗剪能力,钢筋采用Φ16@600×600,总长1000mm,上下各500mm.

4.5混凝土裂缝控制措施

尽管厚板分两次浇筑可减少混凝土内外温差,但每层混凝土仍较厚且面积大,不采取技术措施混凝土仍可能开裂.为此,经征得设计人员的同意,利用混凝土的后期强度,即取混凝土的60d强度为0.混凝土中添加WG-HEA缓凝型高效抗裂剂,掺量为水泥用量的8%-10%.对混凝土增加二次振捣工艺：混凝土初凝前将运转着的振动棒以其自身的重力逐渐插人混凝土中进行振捣,振动棒拔出时混凝土可以自行闭合.混凝土的收面采用“一平,二压,一光,拉毛”的施工工艺,加强混凝土收面的二次抹压,并及时用塑料薄膜覆盖加以覆盖养护,严格控制混凝土表面裂缝.

在该转换层的开始施工到施工完毕,仅用了28天.转换层施工方案经过多方论证,施工、设计结合,最终将模板支撑架落在四层楼板上,仅搭设一层脚手架,用钢管300余t,仅为按传统支撑方案需用钢管2400t的1/8,工期缩短35d,传统方案材料费、人工费总计约232万元,现方案仅需30万元,节约202万元.

5.结束语

综上所述,通过采用分层浇筑迭合成型的施工方法,不但降低了施工难度,节省了施工成本,而且取得了可观的经济效益.开始施工至上部结构全部施工完成时,混凝土表面没有发现任何裂纹,经检测,混凝土强度满足设计要求,主体结构一次性获优良.实践证明,在解决厚板式结构施工困难和保证工程质量中采用分层浇筑迭合成型的施工方法是一种很好的方法.