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摘要: 本文结合工程实例,就带转换层的多层建筑的施工技术进行了探讨, 以供同行参考。
关键词: 多层建筑结构；大体积混凝土；转换层；施工技术
Abstract: combining with engineering examples, he brought conversion layers of multi-storey building construction technology were discussed, and provide the reference for colleague.
Keywords: multi-storey building structure; Mass concrete; Conversion layers; Construction technology
中图分类号：TU74文獻标识码：A 文章编号：
1 前言
为了满足建筑功能要求, 多层建筑结构布置通常设置转换层,转换层就是将上部楼层的结构类型和布置转换成下部楼层的结构类型和布置的。结构转换层由于跨度大且无论是采用何种结构形式,其承受的竖向荷载都较大,通常可达50～80kN/m 2,致使其截面高而大,连续施工强度大,加工过程复杂,结合某多层建筑转换层结构施工中的几个技术问题进行论述。
2、工程概况
爱华小区15#为住宅楼工程, 住宅楼地上部分为2栋多层住宅楼, 其中每栋楼在第3层楼板设有1.6m厚的转换板,属大体积混凝土,此处的模板支撑方案及混凝土的浇筑是关键。
3、转换层模板支撑系统
转换板厚度为1.6m,选用普通18厚九层板做为转换板的底模及侧模。底模板背枋采用100×150厚木枋,间距250,侧模为18厚9层板,用50×100木枋间距200,两侧用φ48×3.5钢管@400 夹紧。转换板位于9.950m标高处,9.950～4.950之间支撑时采用20B工字钢,4.950～-5.000之间采用普通钢管分层卸载的方法作为转换板的模板支撑系统。另外由于板的跨度大于4.0m,根据规范和设计要求起拱3‰。模板拼缝处用双面的海面胶粘贴密实。模板及支撑体系详见图1。
由于转换板的样式较多,故选用有代表性的一块板进行验算。由于板跨数较多, 为了简化计算, 仅取其中一跨进行计算。
图1模板及支撑系统
9.950～4.950m之间
初选参数:
立杆间距L =1.0×1.0m,搭设高度H =3.05m
工字钢截面特性:
A =3950mm2,W =250×103mm3
模板:18厚9层板, 木材抗弯设计值f m=17N/mm2,
弹性模量E =10×103N/mm2
4.950～-5.000之间
初选参数:
立杆间距L =1×1m,步距h=1.0m,搭设高度H = 4.85m
钢管截面特性:
A =489mm2,W =5.08×103mm3,I =12.19×104,i=15.8mm;Q235钢材的抗压强度设计值fc=0.205kN/mm2,弹性模量E =2.06×105N/mm2
(1) 底模验算
针对底模主要对其抗弯强度及挠度进行验算,根据板的分布情况及板底木枋和工字钢的分布情况, 现沿纵向取250mm宽条状带对板底模进行验算。因跨度较多, 为简化计算, 仅取单跨进行计算, 板面按均布荷载考虑。
①底模抗弯强度验算
M =1/8ql2R = M /W ≤f m W = 1/6bh2
b =250mmh =18mm
Q = 1.2qGK +1.4qQK =13.92N/mm
则R==8.06 ②挠度验算, 查施工手册
w =0.677ql4/100E I ≤[W ]= L/250
I = 1/12bh3
w = 0.303<[W ]=L/250 =1.0
符合
(2) 侧模计算
浇筑温度T =25℃,用插入式振捣器时, 新浇筑的砼作用于模板的侧压力计算如下
F1=0.22γC t0β1β2V 1/2=23.334kN/m2
F 2=γC H = 40kN'/m2
取小值F 1=23.334kN/m2
式中, F 为新浇筑砼对模板的最大侧压力(kN/m2); γC 为砼的重力密度(kN/m3);t0为新浇砼的初凝时间(h),本次计算按5h计算;V 为砼的浇筑速度,按每小时浇筑高度0.4m计算; β1 为外加剂影响修正系数,不掺具有缓凝作用的外加剂时取1; β2 为混凝土坍落度影响修正系数, 取1.2。新浇砼侧压力设计值F =F 1×分项系数×折减系数=25.207kN/m2倾倒砼时产生的荷载标准值:F 2= 4kN/m2倾倒砼时产生的荷载设计值F =F 2 ×分项系数×折减系数=5.04kN/m2荷载组合如下:F =30.247kN/m2故侧模荷载设计值为: 30.247kN/m2侧模支模形式选型如下: 选用50×100的木枋做内楞竖方向布置@200,φ48×3.5的做外楞水平布置@400,侧面用φ14@400×400的对拉螺杆锁住侧模。
(3)板底横楞验算
用100×150木枋@250均匀布置, 根据水平工字钢的布置,木枋的跨度为1000, 现取250mm 宽的板带荷载作用于木枋上,对木枋进行验算强度及挠度。
① 计算荷载:
化为线均布荷载:q1=13.92kN/m
② 抗弯强度验算:
因为a=0.375/1.0<0.4L ,则知伸臂端头挠度比下面标准跨小,所以可以按近似两头简支梁计算
M =1/8ql2 =1.74 kN/m
抗弯承载力R=M/W =4.64N/mm2<205N/mm2
所以条件符合。
③ 挠度验算
w =0.521ql4/(100EI)=0.258<[W ]=
L/250 = 1000/250=4符合
(4) 板底水平工字钢验算
板底水平工字钢间距为1000,工字钢之间用钢管焊接连接, 钢管间距为2000一道, 沿工字钢延伸方向取1000 宽板带荷载作用于水平横杆上,根据立杆间距, 取3 跨进行计算。
工字钢截面参数:
工字钢截面特性: A =3950mm 2,W =250×103mm3, f=205N/mm 2, γx =1.05,q=55.8kN·m 。
跨中最大弯矩
M = 0.08ql2=4.464kN·m
图2工字钢荷载简化图
支座最大弯矩M =0.1ql2=5.58KN·m
最大支座反力V =1.1ql =61.38N·m
M/γxW =21.450N/mm 2 (5)立杆稳定性计算
立杆属于压弯构件, 其荷载由水平工字钢对其产生的轴力及支座弯矩以及水平荷载对其产生的弯矩组成。
立杆顶端水平工字钢传递弯矩:M = 5.58kN·m
立杆计算长度:5-1.6-0.15-0.2=3.05m
施工水平荷载对立杆的弯矩M = 42.7kN·m
故立杆根部最大弯矩为5.58 +42.7= 48.28KN·m
立杆顶部支座轴力为: N =61.38kNN/A + M/γxW = 199.463 N/mm 2 < f =205N/mm 2满足要求。
4、混凝土工程
大体积混凝土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, 在大体积混凝土施工中, 必须考虑温度应力的影响, 并设法降低混凝土内部的最高温度, 减小其内外温差。而温度应力的大小, 又涉及结构物的平面尺寸、结构厚度、约束条件、含钢量、混凝土的各种组成材料的特性等多种因素。所以, 必须采取温度差和温度应力双控制的方法以确保混凝土的质量。
转换板高为1.6m , 采用水平分层浇筑, 每层浇筑厚度为500mm , 浇至与板底平后, 与板一起澆筑。分层振捣密实, 移动间距为振动棒作用半径的1.5倍, 上下层搭接插入下层砼中深度大于5cm。
混凝土在浇注及静置过程中, 由于多种因素的综合作用极易产生非结构性裂纹, 因此混凝土宜两次收光扫毛; 第1 次在初凝前3h, 主要是把底部的水拍出表面, 第2次在终凝前, 一边收光一边用塑料薄膜覆盖, 然后再用干麻袋、草袋, 面上再加上彩条布覆盖, 完毕浇水养护。砼终凝后即应保湿养护14d。砼收平后, 即应洒水润湿, 砼表面采用2层草袋、1层干麻袋另加1层薄膜养护, 在养护期喷洒雾状水保持环境相对温度在80%以上。
5、钢筋工程
在钢筋混凝土转换层结构中, 由于转换板含钢量大, 主筋长, 布置密, 在梁柱节点区钢筋过度集中,因此正确的翻样和下料, 采用合适的连接形式和合理安排钢筋就位次序是钢筋施工的关键。
对于转换板的钢筋, 制作时严格按料表的规格、形状、尺寸下料制作。
钢筋接头按规范要求错开, 钢筋接头采用直螺纹接头。钢筋房内制作好的钢筋堆码整齐, 作好标识, 绑扎前先在主筋上画出箍筋间距, 摆放箍筋, 再穿主梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋, 将箍筋按已画好的间距逐个分开, 然后穿次梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋, 并套好箍筋, 再放主梁的上部钢筋, 然后绑扎到位。在穿设梁、柱节点钢筋时, 充分考虑梁筋伸入柱内的情况, 避免和柱主筋打架。
由于梁筋及板筋重量大, 一般的砂浆垫块无法承受, 采用25的短钢筋做垫块, 以保证保护层厚度及各层钢筋的排距要求。
6、结论
通过工程转换板施工技术的总结, 得出如下结论:
(1) 高层建筑转换层结构为建筑中极其重要的部位, 在施工之前必须仔细编制施工组织设计文件,尤其是支撑系统的设计验算。
(2) 对转换层结构进行整体分析时, 应注意转换层的垂直位置、转换层结构变形及转换层上下层剪切刚度比对结构的影响。
(3) 对厚转换板的施工, 由于采用分层浇筑法,节约了模板和支撑钢管的用量, 在技术和经济方面具有一定的优势, 其设计和施工工艺也可供其他类似工程参考。
关键词: 多层建筑结构；大体积混凝土；转换层；施工技术
Abstract: combining with engineering examples, he brought conversion layers of multi-storey building construction technology were discussed, and provide the reference for colleague.
Keywords: multi-storey building structure; Mass concrete; Conversion layers; Construction technology
中图分类号：TU74文獻标识码：A 文章编号：
1 前言
为了满足建筑功能要求, 多层建筑结构布置通常设置转换层,转换层就是将上部楼层的结构类型和布置转换成下部楼层的结构类型和布置的。结构转换层由于跨度大且无论是采用何种结构形式,其承受的竖向荷载都较大,通常可达50～80kN/m 2,致使其截面高而大,连续施工强度大,加工过程复杂,结合某多层建筑转换层结构施工中的几个技术问题进行论述。
2、工程概况
爱华小区15#为住宅楼工程, 住宅楼地上部分为2栋多层住宅楼, 其中每栋楼在第3层楼板设有1.6m厚的转换板,属大体积混凝土,此处的模板支撑方案及混凝土的浇筑是关键。
3、转换层模板支撑系统
转换板厚度为1.6m,选用普通18厚九层板做为转换板的底模及侧模。底模板背枋采用100×150厚木枋,间距250,侧模为18厚9层板,用50×100木枋间距200,两侧用φ48×3.5钢管@400 夹紧。转换板位于9.950m标高处,9.950～4.950之间支撑时采用20B工字钢,4.950～-5.000之间采用普通钢管分层卸载的方法作为转换板的模板支撑系统。另外由于板的跨度大于4.0m,根据规范和设计要求起拱3‰。模板拼缝处用双面的海面胶粘贴密实。模板及支撑体系详见图1。
由于转换板的样式较多,故选用有代表性的一块板进行验算。由于板跨数较多, 为了简化计算, 仅取其中一跨进行计算。
图1模板及支撑系统
9.950～4.950m之间
初选参数:
立杆间距L =1.0×1.0m,搭设高度H =3.05m
工字钢截面特性:
A =3950mm2,W =250×103mm3
模板:18厚9层板, 木材抗弯设计值f m=17N/mm2,
弹性模量E =10×103N/mm2
4.950～-5.000之间
初选参数:
立杆间距L =1×1m,步距h=1.0m,搭设高度H = 4.85m
钢管截面特性:
A =489mm2,W =5.08×103mm3,I =12.19×104,i=15.8mm;Q235钢材的抗压强度设计值fc=0.205kN/mm2,弹性模量E =2.06×105N/mm2
(1) 底模验算
针对底模主要对其抗弯强度及挠度进行验算,根据板的分布情况及板底木枋和工字钢的分布情况, 现沿纵向取250mm宽条状带对板底模进行验算。因跨度较多, 为简化计算, 仅取单跨进行计算, 板面按均布荷载考虑。
①底模抗弯强度验算
M =1/8ql2R = M /W ≤f m W = 1/6bh2
b =250mmh =18mm
Q = 1.2qGK +1.4qQK =13.92N/mm
则R==8.06
w =0.677ql4/100E I ≤[W ]= L/250
I = 1/12bh3
w = 0.303<[W ]=L/250 =1.0
符合
(2) 侧模计算
浇筑温度T =25℃,用插入式振捣器时, 新浇筑的砼作用于模板的侧压力计算如下
F1=0.22γC t0β1β2V 1/2=23.334kN/m2
F 2=γC H = 40kN'/m2
取小值F 1=23.334kN/m2
式中, F 为新浇筑砼对模板的最大侧压力(kN/m2); γC 为砼的重力密度(kN/m3);t0为新浇砼的初凝时间(h),本次计算按5h计算;V 为砼的浇筑速度,按每小时浇筑高度0.4m计算; β1 为外加剂影响修正系数,不掺具有缓凝作用的外加剂时取1; β2 为混凝土坍落度影响修正系数, 取1.2。新浇砼侧压力设计值F =F 1×分项系数×折减系数=25.207kN/m2倾倒砼时产生的荷载标准值:F 2= 4kN/m2倾倒砼时产生的荷载设计值F =F 2 ×分项系数×折减系数=5.04kN/m2荷载组合如下:F =30.247kN/m2故侧模荷载设计值为: 30.247kN/m2侧模支模形式选型如下: 选用50×100的木枋做内楞竖方向布置@200,φ48×3.5的做外楞水平布置@400,侧面用φ14@400×400的对拉螺杆锁住侧模。
(3)板底横楞验算
用100×150木枋@250均匀布置, 根据水平工字钢的布置,木枋的跨度为1000, 现取250mm 宽的板带荷载作用于木枋上,对木枋进行验算强度及挠度。
① 计算荷载:
化为线均布荷载:q1=13.92kN/m
② 抗弯强度验算:
因为a=0.375/1.0<0.4L ,则知伸臂端头挠度比下面标准跨小,所以可以按近似两头简支梁计算
M =1/8ql2 =1.74 kN/m
抗弯承载力R=M/W =4.64N/mm2<205N/mm2
所以条件符合。
③ 挠度验算
w =0.521ql4/(100EI)=0.258<[W ]=
L/250 = 1000/250=4符合
(4) 板底水平工字钢验算
板底水平工字钢间距为1000,工字钢之间用钢管焊接连接, 钢管间距为2000一道, 沿工字钢延伸方向取1000 宽板带荷载作用于水平横杆上,根据立杆间距, 取3 跨进行计算。
工字钢截面参数:
工字钢截面特性: A =3950mm 2,W =250×103mm3, f=205N/mm 2, γx =1.05,q=55.8kN·m 。
跨中最大弯矩
M = 0.08ql2=4.464kN·m
图2工字钢荷载简化图
支座最大弯矩M =0.1ql2=5.58KN·m
最大支座反力V =1.1ql =61.38N·m
M/γxW =21.450N/mm 2
立杆属于压弯构件, 其荷载由水平工字钢对其产生的轴力及支座弯矩以及水平荷载对其产生的弯矩组成。
立杆顶端水平工字钢传递弯矩:M = 5.58kN·m
立杆计算长度:5-1.6-0.15-0.2=3.05m
施工水平荷载对立杆的弯矩M = 42.7kN·m
故立杆根部最大弯矩为5.58 +42.7= 48.28KN·m
立杆顶部支座轴力为: N =61.38kNN/A + M/γxW = 199.463 N/mm 2 < f =205N/mm 2满足要求。
4、混凝土工程
大体积混凝土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, 在大体积混凝土施工中, 必须考虑温度应力的影响, 并设法降低混凝土内部的最高温度, 减小其内外温差。而温度应力的大小, 又涉及结构物的平面尺寸、结构厚度、约束条件、含钢量、混凝土的各种组成材料的特性等多种因素。所以, 必须采取温度差和温度应力双控制的方法以确保混凝土的质量。
转换板高为1.6m , 采用水平分层浇筑, 每层浇筑厚度为500mm , 浇至与板底平后, 与板一起澆筑。分层振捣密实, 移动间距为振动棒作用半径的1.5倍, 上下层搭接插入下层砼中深度大于5cm。
混凝土在浇注及静置过程中, 由于多种因素的综合作用极易产生非结构性裂纹, 因此混凝土宜两次收光扫毛; 第1 次在初凝前3h, 主要是把底部的水拍出表面, 第2次在终凝前, 一边收光一边用塑料薄膜覆盖, 然后再用干麻袋、草袋, 面上再加上彩条布覆盖, 完毕浇水养护。砼终凝后即应保湿养护14d。砼收平后, 即应洒水润湿, 砼表面采用2层草袋、1层干麻袋另加1层薄膜养护, 在养护期喷洒雾状水保持环境相对温度在80%以上。
5、钢筋工程
在钢筋混凝土转换层结构中, 由于转换板含钢量大, 主筋长, 布置密, 在梁柱节点区钢筋过度集中,因此正确的翻样和下料, 采用合适的连接形式和合理安排钢筋就位次序是钢筋施工的关键。
对于转换板的钢筋, 制作时严格按料表的规格、形状、尺寸下料制作。
钢筋接头按规范要求错开, 钢筋接头采用直螺纹接头。钢筋房内制作好的钢筋堆码整齐, 作好标识, 绑扎前先在主筋上画出箍筋间距, 摆放箍筋, 再穿主梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋, 将箍筋按已画好的间距逐个分开, 然后穿次梁的下部纵向受力钢筋及弯起钢筋, 并套好箍筋, 再放主梁的上部钢筋, 然后绑扎到位。在穿设梁、柱节点钢筋时, 充分考虑梁筋伸入柱内的情况, 避免和柱主筋打架。
由于梁筋及板筋重量大, 一般的砂浆垫块无法承受, 采用25的短钢筋做垫块, 以保证保护层厚度及各层钢筋的排距要求。
6、结论
通过工程转换板施工技术的总结, 得出如下结论:
(1) 高层建筑转换层结构为建筑中极其重要的部位, 在施工之前必须仔细编制施工组织设计文件,尤其是支撑系统的设计验算。
(2) 对转换层结构进行整体分析时, 应注意转换层的垂直位置、转换层结构变形及转换层上下层剪切刚度比对结构的影响。
(3) 对厚转换板的施工, 由于采用分层浇筑法,节约了模板和支撑钢管的用量, 在技术和经济方面具有一定的优势, 其设计和施工工艺也可供其他类似工程参考。