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摘要：梁式转换层是建筑高层中应用最广泛的转换层结构型式，本文介绍了转换层的概念，并对转换层的分类、应用型式、特点进行了描述，并结合山西省电力勘测设计院综合业务楼高层建筑，探讨桁架梁式转换层的施工与应用。
关键词： 转换层桁架梁式转换层高层建筑应用施工
中图分类号：TU71 文献标识码：A文章编号：
随着社会的进步和发展，人们日益增长的物质文化水平不断提高，对居住、办公环境要求也越来越高，更趋多元化和多样化。现代高层建筑向个性化、功能齐全、使用方便、造型新颖方向发展。如同一座建筑底层为餐饮、娱乐，中部为写字楼，上部为旅馆等，这种不同功能的要求，促使结构上做相应的调整，往往通过设计转换层来实现功能的需求。目前高层建筑中实现垂直转换常用的结构形式,转换层结构已成为现代高层建筑结构的发展趋势之一。山西省电力勘测设计院综合业务楼工程，在桁架梁式转换层的施工实践中取得了良好的效果。
一 转换层概述
由于高层建筑下部结构受力较大,上部结构受力较小,这与常规的结构竖向布置的原则正好是相反的，常规布置应该是下部柱网密。为了满足建筑多功能的要求,就必须在结构中设置转换结构构件,以实现自上而下结构形式,轴线布置的自然过渡。转换结构构件所在的楼层就是转换层。
二、转换层结构形式、特点
尽管转换层存在一定的缺点，但由于其优点仍然得到广泛的应用，我国从上世纪70年代开始尝试梁式使用转换层，短短几十年得到广泛的推广和应用。
三 工程实例
3.1工程概况 山西省电力勘测设计院综合业务楼建筑总面积为29310m2，,建筑总高99.9.00m。地下1层,地上24层。其中1层前半部分为中空大厅（C-D轴9.25m高）, 2层部分（E~F轴）为展厅，3层为会议室,4层、5层为机房、档案室，以上为办公用房;地下室层高5.7m,首层层高4.8m（局部为中空9.25m）,2～5层层高均为4.5m,6～23层高均为3.85m,24层层高6.0m。主体结构形式采用框剪结构,抗震设防烈度为8度。
本工程的转换梁设置在4、5层楼面之间C轴、D轴,为桁架式转换梁,上下梁截面均为1000*1500 mm,通过腹杆连接，腹杆截面700mm×900mm，梁最大跨度为14m，梁单跨最大配筋量约为7.5吨,混凝土量达21m3,梁板混凝土强度等级为C40,柱墙为C50。转换层解决了⑤/C, ⑤/D框架柱的生根问题。转换梁作为上部结构的传力层通过自身强度及刚度,将上部框架柱、墙结构传来的荷截重新分配后通过底层刚性柱传至地下室底板及桩基。工程已于2012-10-1竣工并交付使用。
转换桁架梁平面、剖面图
3.2工程施工关键点及难点
(1)模板及支架系统。由于转换梁截面尺寸大、钢筋密集,转换梁混凝土与钢筋自重及施工荷载非常大,因此如何確定转换层梁模板的支撑系统为转换梁施工的重点,必须保证支撑系统的承载力和整体稳定性。
(2)钢筋正确放样、下料、就位,梁柱节点的质量控制。转换梁配筋量大,主筋长,布置密,再加上腹杆柱的配筋，在梁柱节点区域钢筋更是密集交错,因此,如何正确地下料,保证钢筋位置和数量正确是钢筋施工的关键。
(3)混凝土浇筑及裂缝控制。转换层梁柱交叉的核心区域钢筋纵横交错,钢筋间距小,混凝土自由下落困难,且易产生温度及收缩裂缝,因此,如何使混凝土顺利浇筑和防止混凝土裂缝的产生是保证混凝土质量的关键。
3.3梁式转换层的施工技术与质量控制 由于转换层结构一般都为大体积混凝土,框支梁尺寸较大,施工荷载也相当大,高层转换层支撑系统的安全性是转换层施工考虑的一个重点问题。为此,在工程施工前进行了严格的论证和详细设计。
3.3.1模板及支撑体系的施工技术
(1)模板及支架材料选择。混凝土梁式转换层的模板工程技术是施工技术的重要组成部分,离不开施工技术的基本属性和特点,这就是条件的多变性、参数的难控性和理论与实际情况的差异性。通过专项方案的模板计算,并结合现场实际情况,本工程采用φ48×3.5mm钢管扣件式脚手架支撑体系作为转换层模板的支撑系统,50×100mm方木作次龙骨, φ48×3.5mm钢管作为主龙骨,18mm木胶合板为楼面和梁底侧板的模板,对拉螺杆选用M14螺栓。
(2)钢管支架安装。对进场的构配件进行检查验收,所用钢管及扣件要符合(JGJ130-2011)的规定。
根据模板专项施工方案要求进行搭设,采用φ48×3.5mm钢管作转换层立杆,沿梁方向按450mm间距搭设,在转换梁底按间距为450mm搭设双排钢管支顶（设顶托），且在梁底顶托之上设两道沿梁跨度方向通长钢管（φ48×3.5mm）作为木龙骨抗剪辅助龙骨，满足梁底龙骨的抗剪强度。楼板底立杆间距视两侧梁间距及板长度平均分配,最大间距控制在≤900mm,支架立杆安装到设计标高用可调顶托调至适当高度;步距高控制在≤1500mm范围内, 增加水平拉杆以降低长细比,提高支架整体稳定性,控制立杆的自由端长度≤150mm。 所有立杆底部均垫设垫板,以使受力均匀扩散;立杆顶端设置封顶杆,立杆底设置扫地杆,纵横两向同时设置,并且在水平、纵、横向每隔4排设剪力撑,形成格构增加支架的整体稳定性,所有剪刀撑紧贴立(水平)杆而设置。扣件要扣紧,扣件螺栓的拧紧的力矩控制在40~65N.m,安装完成后的扣件螺栓应用力矩扳手抽样检查。 为了保证荷载的正常传递,搭设模板支撑时,要求上、下层支撑在同一位置,同时应确定合理的拆除支撑的次序,使施工阶段结构受力达到最小。
3.3.2质量控制
(1)施工前编制专项技术方案,从组织管理、材料使用以及技术措施等多方面进行严格控制。
(2)高支撑模板搭设完成后,必须经验收合格后方能进入下道工序作业。
(3)混凝土浇筑期间,旁站跟班,观察模板及支撑系统的变形情况,出现偏差立即纠正。
(4)转换梁混凝土强度未到100%不允许拆除支撑。
3.4钢筋的制作及绑扎的施工和质量控制
3.4.1钢筋的制作及绑扎的施工技术。高层建筑梁式转换层钢筋用量大、型号多;转换梁截面大,梁上下钢筋布置错综复杂。准确放样与下料、合理安排好钢筋连接和绑扎尤为重要。
(1)钢筋放样前要弄清设计意图、审核、熟悉设计文件及有关说明;掌握现行规范的有关规定，放样时要结合实际并考虑方便施工。
(2)钢筋下料严格按施工图及规范要求计算,梁柱节点处钢筋密集、交错的部位必须先给出钢筋布置图后再严格按规范设置;钢筋下料前必须严格对钢筋放样表进行复核。
(3)超密集部位的钢筋施工应现场先放样后再进行安装,做到合理安排钢筋就位次序。
(4)由于转换层的梁截面较大,钢筋特别密集,钢筋自重很大,梁钢筋安装必须在梁底模板安装后进行,梁侧模在钢筋安装完毕并经验收合格后方可安装。
(5)梁钢筋绑扎时,梁上部的主筋接头要求设置在跨中部位,下部主筋接头要求设在靠近支座1/3跨长内,调整好主筋的直螺纹接头位置,保证其相互错开并满足规范要求。
(6)为方便钢筋的安装就位,对所有梁主筋按就位顺序进行编号,对关键节点画出钢筋排列图。
(7) 鉴于转换大梁截面大,钢筋重,采用Ф25短钢筋(L=150mm)作垫块,按纵距≤1000mm進行布置。
3.4.2钢筋工程的质量控制
(1)入场的钢筋必须符合设计及施工规范要求。
(2)钢筋的规格、形状、尺寸、数量、间距、锚固长度、接头位置、保护层厚度必须满足设计及施工规范规定。
(3)对于梁内同一位置有多层钢筋时,为确保受力钢筋位置准确,摆放平直,即采用Ф25的短钢筋横向水平放置于两层钢筋之间,沿梁长方向每1000mm长放置一根,且每层受力钢筋之间竖向排,均用短钢筋隔开。
(4)转换梁内生根的框架柱钢筋及桁架梁腹杆柱钢筋确保锚入桁架梁内的长度≥Lae如剖面图所示。
3.5混凝土浇筑、养护及裂缝控制 本工程的转换层梁截面1000mm×1500mm,与普通钢筋混凝土相比,具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。除了必须满足普通混凝土的强度、刚度、整体性和耐久性要求外,主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。因此,如何使混凝土顺利浇筑和防止裂缝的产生是保证混凝土质量的关键。
3.5.1大体积混凝土浇筑技术 商品混凝土,在施工中除了执行普通混凝土的施工技术措施外,还应采取下列措施,以保证混凝土浇筑质量。
(1)木模板应保持湿润,应做到密封防止漏浆,所有形式的模板内均不得有积水。
(2)泵送混凝土过程中,使用泵管与溜槽配合,控制泵送冲击力,避免挠动大梁受力钢筋。转换层大梁的钢筋密集,特别是梁柱节点处密度更大,在混凝土振捣时应注意分层捣实,避免过振、漏振，振动时间以出现泛浆为准，插入点距离控制在振动棒有效半径1.25倍范围内。 当钢筋较密、振动棒不能插入振动时,应由工人用钢纤仔细插捣,同时,在梁柱侧模用橡皮锤敲打,用人工振捣弥补,从而确保混凝土的密实性。
(3)大梁混凝土浇筑采用整体分层连续浇筑,不留施工缝,分层厚度控制在300～500mm,为了使混凝土不出现冷缝,要求前后浇筑混凝土间隔时间控制在2～3小时以内。
(4)梁混凝土浇筑由跨中开始向两边推进,整体梁板浇筑由两边向中心推进。
(5)为了防止商品混凝土由于干缩产生的非结构性表面裂缝,在终凝前进行二次磨平搓毛工序。依据供应商提供的初凝和终凝时间技术指标,合理掌握搓平时间和遍数。
(6)浇筑时必须有专人监护模板、拉筋的变化,如发现变形、位移时,立即停止浇筑,并在已浇筑的混凝土初凝前修好。
3.5.2加强混凝土的养护措施。控制和缩小内外温差,并避免结构失去水分。首先,待混凝土浇筑成型后,用洒水或喷水等方法,使其表面温度适当降低;覆盖一层塑料薄膜,然后再覆盖一层保温材料(草袋或麻袋)进行养护;夜间保温材料覆盖严密;中午气温较高时则揭开保温材料适当散热,养护时间不少于14天。其次,混凝土浇筑完成12 h,严禁人踩踏;浇筑完成24 h内,除检测测温设备及覆盖材料外,不得上人踩踏;待混凝土达到要求强度及表面温度与环境温度差<20 ℃时,方可拆除保温层。 加强混凝土的测温工作,发现温差有超过25℃的趋势时,应及时加强保温或减缓拆除保温材料,以防止产生混凝土温差应力裂缝。
4 结束语 本工程所采用的桁架式转换梁结构转换层施工技术,经精心施工，施工质量符合规范要求。保证了转换层的支模系统稳定可靠,混凝土温差控制严密、无裂纹产生,解决了高位转换层施工技术难点,一次性通过了相关部门质量验收,建筑使用至今未出现与其相关的质量问题，值得推广应用。
主体施工图片 外装完成图片
参考文献
[1] 徐佳伟.高层建筑多层模板支撑体系及其安全性研究[D].同济大学,2008.
[2] 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2002
[3] 杜荣军.《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》《施工技术》2002.3
作者简介：李卫保，男，1967.1，专业：土木工程（工业与民用建筑方向）， 学历：本科，
职称：工程师。单位：中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 联系电话 13513617239
关键词： 转换层桁架梁式转换层高层建筑应用施工
中图分类号：TU71 文献标识码：A文章编号：
随着社会的进步和发展，人们日益增长的物质文化水平不断提高，对居住、办公环境要求也越来越高，更趋多元化和多样化。现代高层建筑向个性化、功能齐全、使用方便、造型新颖方向发展。如同一座建筑底层为餐饮、娱乐，中部为写字楼，上部为旅馆等，这种不同功能的要求，促使结构上做相应的调整，往往通过设计转换层来实现功能的需求。目前高层建筑中实现垂直转换常用的结构形式,转换层结构已成为现代高层建筑结构的发展趋势之一。山西省电力勘测设计院综合业务楼工程，在桁架梁式转换层的施工实践中取得了良好的效果。
一 转换层概述
由于高层建筑下部结构受力较大,上部结构受力较小,这与常规的结构竖向布置的原则正好是相反的，常规布置应该是下部柱网密。为了满足建筑多功能的要求,就必须在结构中设置转换结构构件,以实现自上而下结构形式,轴线布置的自然过渡。转换结构构件所在的楼层就是转换层。
二、转换层结构形式、特点
尽管转换层存在一定的缺点，但由于其优点仍然得到广泛的应用，我国从上世纪70年代开始尝试梁式使用转换层，短短几十年得到广泛的推广和应用。
三 工程实例
3.1工程概况 山西省电力勘测设计院综合业务楼建筑总面积为29310m2，,建筑总高99.9.00m。地下1层,地上24层。其中1层前半部分为中空大厅（C-D轴9.25m高）, 2层部分（E~F轴）为展厅，3层为会议室,4层、5层为机房、档案室，以上为办公用房;地下室层高5.7m,首层层高4.8m（局部为中空9.25m）,2～5层层高均为4.5m,6～23层高均为3.85m,24层层高6.0m。主体结构形式采用框剪结构,抗震设防烈度为8度。
本工程的转换梁设置在4、5层楼面之间C轴、D轴,为桁架式转换梁,上下梁截面均为1000*1500 mm,通过腹杆连接，腹杆截面700mm×900mm，梁最大跨度为14m，梁单跨最大配筋量约为7.5吨,混凝土量达21m3,梁板混凝土强度等级为C40,柱墙为C50。转换层解决了⑤/C, ⑤/D框架柱的生根问题。转换梁作为上部结构的传力层通过自身强度及刚度,将上部框架柱、墙结构传来的荷截重新分配后通过底层刚性柱传至地下室底板及桩基。工程已于2012-10-1竣工并交付使用。
转换桁架梁平面、剖面图
3.2工程施工关键点及难点
(1)模板及支架系统。由于转换梁截面尺寸大、钢筋密集,转换梁混凝土与钢筋自重及施工荷载非常大,因此如何確定转换层梁模板的支撑系统为转换梁施工的重点,必须保证支撑系统的承载力和整体稳定性。
(2)钢筋正确放样、下料、就位,梁柱节点的质量控制。转换梁配筋量大,主筋长,布置密,再加上腹杆柱的配筋，在梁柱节点区域钢筋更是密集交错,因此,如何正确地下料,保证钢筋位置和数量正确是钢筋施工的关键。
(3)混凝土浇筑及裂缝控制。转换层梁柱交叉的核心区域钢筋纵横交错,钢筋间距小,混凝土自由下落困难,且易产生温度及收缩裂缝,因此,如何使混凝土顺利浇筑和防止混凝土裂缝的产生是保证混凝土质量的关键。
3.3梁式转换层的施工技术与质量控制 由于转换层结构一般都为大体积混凝土,框支梁尺寸较大,施工荷载也相当大,高层转换层支撑系统的安全性是转换层施工考虑的一个重点问题。为此,在工程施工前进行了严格的论证和详细设计。
3.3.1模板及支撑体系的施工技术
(1)模板及支架材料选择。混凝土梁式转换层的模板工程技术是施工技术的重要组成部分,离不开施工技术的基本属性和特点,这就是条件的多变性、参数的难控性和理论与实际情况的差异性。通过专项方案的模板计算,并结合现场实际情况,本工程采用φ48×3.5mm钢管扣件式脚手架支撑体系作为转换层模板的支撑系统,50×100mm方木作次龙骨, φ48×3.5mm钢管作为主龙骨,18mm木胶合板为楼面和梁底侧板的模板,对拉螺杆选用M14螺栓。
(2)钢管支架安装。对进场的构配件进行检查验收,所用钢管及扣件要符合(JGJ130-2011)的规定。
根据模板专项施工方案要求进行搭设,采用φ48×3.5mm钢管作转换层立杆,沿梁方向按450mm间距搭设,在转换梁底按间距为450mm搭设双排钢管支顶（设顶托），且在梁底顶托之上设两道沿梁跨度方向通长钢管（φ48×3.5mm）作为木龙骨抗剪辅助龙骨，满足梁底龙骨的抗剪强度。楼板底立杆间距视两侧梁间距及板长度平均分配,最大间距控制在≤900mm,支架立杆安装到设计标高用可调顶托调至适当高度;步距高控制在≤1500mm范围内, 增加水平拉杆以降低长细比,提高支架整体稳定性,控制立杆的自由端长度≤150mm。 所有立杆底部均垫设垫板,以使受力均匀扩散;立杆顶端设置封顶杆,立杆底设置扫地杆,纵横两向同时设置,并且在水平、纵、横向每隔4排设剪力撑,形成格构增加支架的整体稳定性,所有剪刀撑紧贴立(水平)杆而设置。扣件要扣紧,扣件螺栓的拧紧的力矩控制在40~65N.m,安装完成后的扣件螺栓应用力矩扳手抽样检查。 为了保证荷载的正常传递,搭设模板支撑时,要求上、下层支撑在同一位置,同时应确定合理的拆除支撑的次序,使施工阶段结构受力达到最小。
3.3.2质量控制
(1)施工前编制专项技术方案,从组织管理、材料使用以及技术措施等多方面进行严格控制。
(2)高支撑模板搭设完成后,必须经验收合格后方能进入下道工序作业。
(3)混凝土浇筑期间,旁站跟班,观察模板及支撑系统的变形情况,出现偏差立即纠正。
(4)转换梁混凝土强度未到100%不允许拆除支撑。
3.4钢筋的制作及绑扎的施工和质量控制
3.4.1钢筋的制作及绑扎的施工技术。高层建筑梁式转换层钢筋用量大、型号多;转换梁截面大,梁上下钢筋布置错综复杂。准确放样与下料、合理安排好钢筋连接和绑扎尤为重要。
(1)钢筋放样前要弄清设计意图、审核、熟悉设计文件及有关说明;掌握现行规范的有关规定，放样时要结合实际并考虑方便施工。
(2)钢筋下料严格按施工图及规范要求计算,梁柱节点处钢筋密集、交错的部位必须先给出钢筋布置图后再严格按规范设置;钢筋下料前必须严格对钢筋放样表进行复核。
(3)超密集部位的钢筋施工应现场先放样后再进行安装,做到合理安排钢筋就位次序。
(4)由于转换层的梁截面较大,钢筋特别密集,钢筋自重很大,梁钢筋安装必须在梁底模板安装后进行,梁侧模在钢筋安装完毕并经验收合格后方可安装。
(5)梁钢筋绑扎时,梁上部的主筋接头要求设置在跨中部位,下部主筋接头要求设在靠近支座1/3跨长内,调整好主筋的直螺纹接头位置,保证其相互错开并满足规范要求。
(6)为方便钢筋的安装就位,对所有梁主筋按就位顺序进行编号,对关键节点画出钢筋排列图。
(7) 鉴于转换大梁截面大,钢筋重,采用Ф25短钢筋(L=150mm)作垫块,按纵距≤1000mm進行布置。
3.4.2钢筋工程的质量控制
(1)入场的钢筋必须符合设计及施工规范要求。
(2)钢筋的规格、形状、尺寸、数量、间距、锚固长度、接头位置、保护层厚度必须满足设计及施工规范规定。
(3)对于梁内同一位置有多层钢筋时,为确保受力钢筋位置准确,摆放平直,即采用Ф25的短钢筋横向水平放置于两层钢筋之间,沿梁长方向每1000mm长放置一根,且每层受力钢筋之间竖向排,均用短钢筋隔开。
(4)转换梁内生根的框架柱钢筋及桁架梁腹杆柱钢筋确保锚入桁架梁内的长度≥Lae如剖面图所示。
3.5混凝土浇筑、养护及裂缝控制 本工程的转换层梁截面1000mm×1500mm,与普通钢筋混凝土相比,具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。除了必须满足普通混凝土的强度、刚度、整体性和耐久性要求外,主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。因此,如何使混凝土顺利浇筑和防止裂缝的产生是保证混凝土质量的关键。
3.5.1大体积混凝土浇筑技术 商品混凝土,在施工中除了执行普通混凝土的施工技术措施外,还应采取下列措施,以保证混凝土浇筑质量。
(1)木模板应保持湿润,应做到密封防止漏浆,所有形式的模板内均不得有积水。
(2)泵送混凝土过程中,使用泵管与溜槽配合,控制泵送冲击力,避免挠动大梁受力钢筋。转换层大梁的钢筋密集,特别是梁柱节点处密度更大,在混凝土振捣时应注意分层捣实,避免过振、漏振，振动时间以出现泛浆为准，插入点距离控制在振动棒有效半径1.25倍范围内。 当钢筋较密、振动棒不能插入振动时,应由工人用钢纤仔细插捣,同时,在梁柱侧模用橡皮锤敲打,用人工振捣弥补,从而确保混凝土的密实性。
(3)大梁混凝土浇筑采用整体分层连续浇筑,不留施工缝,分层厚度控制在300～500mm,为了使混凝土不出现冷缝,要求前后浇筑混凝土间隔时间控制在2～3小时以内。
(4)梁混凝土浇筑由跨中开始向两边推进,整体梁板浇筑由两边向中心推进。
(5)为了防止商品混凝土由于干缩产生的非结构性表面裂缝,在终凝前进行二次磨平搓毛工序。依据供应商提供的初凝和终凝时间技术指标,合理掌握搓平时间和遍数。
(6)浇筑时必须有专人监护模板、拉筋的变化,如发现变形、位移时,立即停止浇筑,并在已浇筑的混凝土初凝前修好。
3.5.2加强混凝土的养护措施。控制和缩小内外温差,并避免结构失去水分。首先,待混凝土浇筑成型后,用洒水或喷水等方法,使其表面温度适当降低;覆盖一层塑料薄膜,然后再覆盖一层保温材料(草袋或麻袋)进行养护;夜间保温材料覆盖严密;中午气温较高时则揭开保温材料适当散热,养护时间不少于14天。其次,混凝土浇筑完成12 h,严禁人踩踏;浇筑完成24 h内,除检测测温设备及覆盖材料外,不得上人踩踏;待混凝土达到要求强度及表面温度与环境温度差<20 ℃时,方可拆除保温层。 加强混凝土的测温工作,发现温差有超过25℃的趋势时,应及时加强保温或减缓拆除保温材料,以防止产生混凝土温差应力裂缝。
4 结束语 本工程所采用的桁架式转换梁结构转换层施工技术,经精心施工，施工质量符合规范要求。保证了转换层的支模系统稳定可靠,混凝土温差控制严密、无裂纹产生,解决了高位转换层施工技术难点,一次性通过了相关部门质量验收,建筑使用至今未出现与其相关的质量问题，值得推广应用。
主体施工图片 外装完成图片
参考文献
[1] 徐佳伟.高层建筑多层模板支撑体系及其安全性研究[D].同济大学,2008.
[2] 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2002
[3] 杜荣军.《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》《施工技术》2002.3
作者简介：李卫保，男，1967.1，专业：土木工程（工业与民用建筑方向）， 学历：本科，
职称：工程师。单位：中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 联系电话 13513617239