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摘要：高层建筑的结构转换层是个建筑物中不同结构形式相连接的关键点,它既是下部结构的“顶板”,又是上部结构的“基础”,在整个建筑物结构体系中,起到至关重要的连接作用。本文就某地区部分高层建筑的转换层结构施工实践作简要的技术总结。
关键词：高层建筑施工技术;转换层;施工
现代高层建筑正在向多功能、综合用途发展,目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件,在同一建筑中,上部楼层小开间的轴线布置(住宅、办公室、客房等) ,下部则需要较大的柱网空间(商店、酒楼等) 的情况越来越多,要求结构设计满足功能的需求而使“转换层”应运而生。一般来说,当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大,或者上、下楼层竖向轴线错位时,应当在结构改变的楼层布置转换层。
一、转换层按结构形式分类
高层建筑转换层的主要结构形式有:梁式转换层、箱式转换层、板式转换层及桁架式转换层等。
1.梁式转换层
梁式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式,其传力途径为上部墙→转换梁→下部柱,具有传力直接、明确和清楚的优点,便于工程计算、分析和设计,且造价较为节省,据资料统计,梁式转换层数量约占转换层总量的77%,转换梁的截面高度为0.8～6.0m,如某32 层工程中,最大转换梁截面尺寸为1m ×3m,跨度8.6m。
2.箱式转换层
箱式转换层是单向托梁和双向托梁同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作,从而形成刚度较大的箱式转换层。如图1 所示。
图1 箱式转换层示意
3.板式转换层
当转换层上下柱网错开较多,布置又不规则,难以用梁直接承托时,则需要做成厚板,形成板式转换层,从抗剪和抗冲切考虑,转换板厚度往往很大,实际转换板厚度可达2.0～2.8m,板式转换层的下层柱可以灵活布置,但自重很大,材料耗用多,施工难度大。
二、转换层施工技术
1.转换结构支撑系统
转换层结构自重及施工荷载较大,施工前应进行计算,确保支撑系统具备足够的强度和稳定性。通常采用的支撑方式有以下几种:
1.1钢管支撑架
适用于转换梁布置较密,结构自重及施工荷载相对不太大,或板式转换层结构的施工。这类支撑系统通常采用钢管脚手架,转换梁下立杆间距在600mm ×600mm以内,立杆下垫200mm ×50mm 木垫板。
1.2沿转换大梁方向设置钢管支撑架
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换梁位置不太高的情况。须计算确定立杆的间距、步距,合理设置水平及竖向剪刀撑。某工程KZL-5 转换大梁支撑构造示意如图2 所示。
图2 转换大梁支撑示意
立杆下设60mm×60mm×6mm 的钢板以扩大受力面积,可调顶托。
1.3型钢构架支撑
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换层位置较高的情况。方法如下:在下层柱中埋置钢牛腿,型钢构架作为转换梁模板支撑系统,搁置在钢牛腿上利用柱子传递竖向荷载。
如某工程三期(总34层,地下2层),转换层梁截面高4.2m,跨度7.6～12.9m,位于8、9层,自重与施工荷载较大,相对标高较高,因此采用该方法。由2榀平面构架组成1 榀整体钢桁架,平面构架在预制厂制作,运到工地用塔吊吊至安装部位现场焊接拼装成整体,并与钢牛腿焊牢,如图3 所示。
图3 梁底支撑系统示意
2.模板工程
梁侧模可采用组合钢模板或17mm厚覆膜胶合板,为防止混凝土浇筑时产生的侧压力将模板挤压变形而出现胀模现象, 可在梁内设置对拉螺杆(≥ф14mm),钢模板也可以设扁钢拉片(厚度≥3mm),螺杆纵横向间距为400～600mm。侧模用钢管作背杠进行锁固,背杠间距纵横500mm,梁底起拱要求1‰～3‰。转换层构件的混凝土强度达到100%方可拆除底模。
3.钢筋工程
钢筋工程含钢量大,主筋长,布置密,在梁柱节點区钢筋异常密集,绑扎难度大,在实践中,可采取以下措施:
3.1为保证梁内钢筋骨架的稳定和便于操作,可在转换梁两侧搭设双排脚手架作为钢筋临时支撑,利用钢管架支撑上部钢筋,待钢筋位置固定并焊接后,撤去钢管脚手架。
3.2主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接,并注意接头位置,焊接人员均持证上岗,焊接和机械连接均按照规范要求做力学试验,确保焊接及机械连接质量。
3.3征得设计同意后,可将箍筋做成开口箍,待梁的纵向钢筋绑扎完成后,再将箍筋焊接成封闭箍。
3.4梁的上、下部钢筋伸入柱、墙内锚固长度,腰筋锚固长度及楼板钢筋伸入梁内的锚固长度均按设计要求留设。
4.混凝土工程
转换层大梁是结构的关键部位,为大体积混凝土施工,混凝土温度应力是由水化热、浇筑温度和外界气温变化等产生的各种温度应力。为防止大体积混凝土出现裂缝,主要应从降低内外温差(也就是减小温度应力)方面采取措施。具体包括以下五方面的内容:
4.1原材料①选用水化热较低的水泥,如矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥;②加入适量的粉煤灰以减少水泥用量;③加入适量外加剂(减水剂、缓凝剂)使混凝土缓凝,使升温过程延长,降低水化热峰值。
4.2合理设置施工缝及确定浇筑顺序有些是分层浇捣,有些是整体浇筑,视情况而定,确定浇筑顺序,保证混凝土施工不出现冷缝;同时为防止可能停电,造成混凝土施工中断,可在现场设置1 台备用发电机。
4.3因转换层结构钢筋密集,混凝土浇筑时振捣难度较大,可与试验室协调,选择粒径较小的骨料,在施工中,采用30型混凝土插入式振捣器进行振捣。振捣时做到快插、慢拔。每点振捣时间约需20～30s,振捣间距≤500mm,振捣棒插入下一层50mm深,对梁、柱、墙相交部位振捣时注意振捣密实。振捣以表面水平不再显著下降,不再出现气泡,表面泛出灰浆为准。
4.4掌握混凝土养护过程的温度变化规律埋置足够数量电偶温度传感器作为测温控制点,并定时做好记录。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5020422002的规定,混凝土内外温差不应大于25℃。
4.5混凝土内部预埋水管注入冷水循环,使内部降温,外部用碘钨灯照射以提高表面温度,使温差缩小。
4.6养护较常用的是用2层湿草袋夹1层塑料薄膜覆盖养护,专人定时浇水,目的是起到保温保湿的作用,一般转换层结构混凝土的养护期为1个月左右。
结语
高层建筑转换层是建筑结构的关键部位,施工难度较大。在施工组织设计中一定要采用有针对性的措施解决好结构空间关系、自然环境条件、施工组织安排等问题。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高层建筑施工技术;转换层;施工
现代高层建筑正在向多功能、综合用途发展,目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件,在同一建筑中,上部楼层小开间的轴线布置(住宅、办公室、客房等) ,下部则需要较大的柱网空间(商店、酒楼等) 的情况越来越多,要求结构设计满足功能的需求而使“转换层”应运而生。一般来说,当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大,或者上、下楼层竖向轴线错位时,应当在结构改变的楼层布置转换层。
一、转换层按结构形式分类
高层建筑转换层的主要结构形式有:梁式转换层、箱式转换层、板式转换层及桁架式转换层等。
1.梁式转换层
梁式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式,其传力途径为上部墙→转换梁→下部柱,具有传力直接、明确和清楚的优点,便于工程计算、分析和设计,且造价较为节省,据资料统计,梁式转换层数量约占转换层总量的77%,转换梁的截面高度为0.8～6.0m,如某32 层工程中,最大转换梁截面尺寸为1m ×3m,跨度8.6m。
2.箱式转换层
箱式转换层是单向托梁和双向托梁同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作,从而形成刚度较大的箱式转换层。如图1 所示。
图1 箱式转换层示意
3.板式转换层
当转换层上下柱网错开较多,布置又不规则,难以用梁直接承托时,则需要做成厚板,形成板式转换层,从抗剪和抗冲切考虑,转换板厚度往往很大,实际转换板厚度可达2.0～2.8m,板式转换层的下层柱可以灵活布置,但自重很大,材料耗用多,施工难度大。
二、转换层施工技术
1.转换结构支撑系统
转换层结构自重及施工荷载较大,施工前应进行计算,确保支撑系统具备足够的强度和稳定性。通常采用的支撑方式有以下几种:
1.1钢管支撑架
适用于转换梁布置较密,结构自重及施工荷载相对不太大,或板式转换层结构的施工。这类支撑系统通常采用钢管脚手架,转换梁下立杆间距在600mm ×600mm以内,立杆下垫200mm ×50mm 木垫板。
1.2沿转换大梁方向设置钢管支撑架
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换梁位置不太高的情况。须计算确定立杆的间距、步距,合理设置水平及竖向剪刀撑。某工程KZL-5 转换大梁支撑构造示意如图2 所示。
图2 转换大梁支撑示意
立杆下设60mm×60mm×6mm 的钢板以扩大受力面积,可调顶托。
1.3型钢构架支撑
适用于转换梁自重及施工荷载较大的结构,且转换层位置较高的情况。方法如下:在下层柱中埋置钢牛腿,型钢构架作为转换梁模板支撑系统,搁置在钢牛腿上利用柱子传递竖向荷载。
如某工程三期(总34层,地下2层),转换层梁截面高4.2m,跨度7.6～12.9m,位于8、9层,自重与施工荷载较大,相对标高较高,因此采用该方法。由2榀平面构架组成1 榀整体钢桁架,平面构架在预制厂制作,运到工地用塔吊吊至安装部位现场焊接拼装成整体,并与钢牛腿焊牢,如图3 所示。
图3 梁底支撑系统示意
2.模板工程
梁侧模可采用组合钢模板或17mm厚覆膜胶合板,为防止混凝土浇筑时产生的侧压力将模板挤压变形而出现胀模现象, 可在梁内设置对拉螺杆(≥ф14mm),钢模板也可以设扁钢拉片(厚度≥3mm),螺杆纵横向间距为400～600mm。侧模用钢管作背杠进行锁固,背杠间距纵横500mm,梁底起拱要求1‰～3‰。转换层构件的混凝土强度达到100%方可拆除底模。
3.钢筋工程
钢筋工程含钢量大,主筋长,布置密,在梁柱节點区钢筋异常密集,绑扎难度大,在实践中,可采取以下措施:
3.1为保证梁内钢筋骨架的稳定和便于操作,可在转换梁两侧搭设双排脚手架作为钢筋临时支撑,利用钢管架支撑上部钢筋,待钢筋位置固定并焊接后,撤去钢管脚手架。
3.2主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接,并注意接头位置,焊接人员均持证上岗,焊接和机械连接均按照规范要求做力学试验,确保焊接及机械连接质量。
3.3征得设计同意后,可将箍筋做成开口箍,待梁的纵向钢筋绑扎完成后,再将箍筋焊接成封闭箍。
3.4梁的上、下部钢筋伸入柱、墙内锚固长度,腰筋锚固长度及楼板钢筋伸入梁内的锚固长度均按设计要求留设。
4.混凝土工程
转换层大梁是结构的关键部位,为大体积混凝土施工,混凝土温度应力是由水化热、浇筑温度和外界气温变化等产生的各种温度应力。为防止大体积混凝土出现裂缝,主要应从降低内外温差(也就是减小温度应力)方面采取措施。具体包括以下五方面的内容:
4.1原材料①选用水化热较低的水泥,如矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥;②加入适量的粉煤灰以减少水泥用量;③加入适量外加剂(减水剂、缓凝剂)使混凝土缓凝,使升温过程延长,降低水化热峰值。
4.2合理设置施工缝及确定浇筑顺序有些是分层浇捣,有些是整体浇筑,视情况而定,确定浇筑顺序,保证混凝土施工不出现冷缝;同时为防止可能停电,造成混凝土施工中断,可在现场设置1 台备用发电机。
4.3因转换层结构钢筋密集,混凝土浇筑时振捣难度较大,可与试验室协调,选择粒径较小的骨料,在施工中,采用30型混凝土插入式振捣器进行振捣。振捣时做到快插、慢拔。每点振捣时间约需20～30s,振捣间距≤500mm,振捣棒插入下一层50mm深,对梁、柱、墙相交部位振捣时注意振捣密实。振捣以表面水平不再显著下降,不再出现气泡,表面泛出灰浆为准。
4.4掌握混凝土养护过程的温度变化规律埋置足够数量电偶温度传感器作为测温控制点,并定时做好记录。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5020422002的规定,混凝土内外温差不应大于25℃。
4.5混凝土内部预埋水管注入冷水循环,使内部降温,外部用碘钨灯照射以提高表面温度,使温差缩小。
4.6养护较常用的是用2层湿草袋夹1层塑料薄膜覆盖养护,专人定时浇水,目的是起到保温保湿的作用,一般转换层结构混凝土的养护期为1个月左右。
结语
高层建筑转换层是建筑结构的关键部位,施工难度较大。在施工组织设计中一定要采用有针对性的措施解决好结构空间关系、自然环境条件、施工组织安排等问题。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。