摘要:文章结合工程实例,从高层转换层的特点、高大模板支撑、钢筋工程、转换层大梁混凝土浇筑及裂缝控制措施等方面,阐述了高层转换层大梁的主要施工技术与质量控制,提出有效的施工工艺及措施。
关键词:高层建筑;梁式转换层;高大模板支撑;钢筋工程
随着高层建筑的多功能、综合用途的发展,下部需要为较大柱网空间(如商铺、酒店),上部则需要小开间剪力墙轴线布置房间(如住宅、公寓、办公)的功能需求越来越多。然而,按照这样的建筑形式进行结构布置时,上部墙体多而密,下部柱网少而稀,即刚度上大下小。这与常规的结构竖向布置的原则正好是相反的。为了完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换,故需要采用一定的结构形式进行转换处理,即必须在结构转换的楼层设置转换层。结构转换层是一个建筑物中不同结构形式相连结的关节点,它既是下部结构的封顶,又是上部结构的空中基础,在整个建筑物结构体系中起着至关重要的连接纽带作用,转换层具有传力直接,受力明确,造价节省等优点,是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。
1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。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。
转换层结构的特点主要体现在:(1)密:由于转换层主、次梁要传递(承受)上部结构的巨大竖向荷载。造成其内力(弯矩、剪力等)比普通框架结构粱大,因而配筋密,混凝土浇筑难度大。(2)大:混凝土框架梁的截面尺寸大、跨度大。高层建筑结构转换层框架粱的截面宽度一般为0.5m～2m。截面高度为0.9m～4m,跨度为6m及以上。(3)重:由于转换层的混凝土浇筑量和钢筋用量大,造成模板和支撑系统所承受的荷载特别大。
按转换层所实现的结构转换可分为三类:(1)上、下层柱网、轴线改变:转换层上、下结构形式没有改变,但是通过转换层使下层的柱距扩大,形成大柱网。常用于外框筒的下层,形成较大的入口。(2)上、下层结构类型的转换:这种转换层广泛应用于上部为剪力墙结构和框架剪力墙结构,它将上部剪力墙转化为下部的框架,以创造一个较大的内部自由空间。(3)转换结构形式和结构轴线位置:即上部楼层剪力墙结构通过转换层轴线错开,形成上、下结构不对齐的布置。
实际工程应用中转换层的结构形式有多种多样,转换层的结构形式主要有梁式、桁架式、空腹桁架式、箱式和板式。文章将着重探讨本人经历的梁式结构转换层的施工技术和质量控制。
2工程实例
2.1工程概况
振宁商厦地处南宁市城北区南棉街南百货对面,人车往来密集。建筑总面积为47365.7m2,建筑总高54.00m。地下1层,为车库,地上15层,其中1～3层主要为娱乐商业用房,第4层局部为娱乐用房,4层以上为酒店式公寓及住宅;地下1层层高4.5m,1、2层层高4.5m,3层层高5.2m,4层以上层高均为3m,局部屋面层高5.0m。主体结构形式采用框剪结构,抗震设防烈度为6度。本工程的转换层设置在4层楼面,为梁式转换层,最大梁截面为800*1900 mm,最大跨度为9.9m,板最大厚度为200mm,单梁单跨最大配筋量约为14吨,混凝土量达15.1m3,梁板混凝土强度等级为C40,柱墙为C50。转换梁作为上部结构的传力层通过自身强度及刚度,将上部剪力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2006年竣工并交付使用。
2.2工程施工关键点及难点
(1)模板及支架系统。由于转换层大梁截面尺寸大、钢筋密集,转换层混凝土与钢筋自重及施工荷载非常大,因此如何确定转换层梁板模板的支撑系统为转换层施工的重点,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。转换层梁及板的配筋量大,主筋长,布置密,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。
2.3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。
2.3.1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,80×160mm方木作主龙骨,80×80mm方木作次龙骨,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(JGJ130-2001)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,在大梁(梁高≥1000)底按间距为450mm搭设双排钢管支顶,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≤1800mm范围内,并在立杆的驳接点增加水平拉杆以降低长细比,提高支架整体稳定性。
支架设置外连装置与框支柱相连,防止支架侧移。
杆件的水平杆采用搭接接长,立杆采用对接接长。
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5m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)梁模板安装。梁底支柱按计算结果采φ48×3.5钢管作立柱,安装见上;梁板模板采用18mm的胶合板,梁顶架上部托顶上面放置一层方木80×160mm,然后在方木上放置搁栅,搁栅采用80×80mm方木,间距300mm,保证了梁底的平整度;梁侧模处采用80×80mm方木间距500mm做竖向围檩,Φ4.8钢管做横向围檩,对于大于600mm高的梁,设置Φ14mm螺栓间距450×450mm对拉收紧固定,两侧每1000mm打角撑,梁底与侧模的接触采用企口连接。跨度大于4米的梁板底模板按设计要求按跨度的0.2%起拱。
(4)楼板模板安装。楼板支柱采用φ48×3.5mm钢管,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,大龙骨间距为900,小龙骨间距为450;楼板底模采用18mm的胶合板,胶合板模板上面铺设一层0.6mm厚的塑料薄膜,用以对混凝土底面的保温、保湿养护;角位模板通线钉固;楼面模板完成后,检查支架是否牢固,模板梁板面清扫干净。(5)在转换层混凝土强度达到100%之前,下两层楼板的加强支撑均不得拆除,以保证转换层在施工过程中的安全性和稳定性,转换层大梁底模须待同条件养护的混凝土试块强度达到100%设计强度后方可拆除。
2.3.2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)支模前施工管理人员及作业班组,必须认真阅读,熟悉图纸,针对有关施工技术和图纸存在的疑点做好记录,通过与设计、建设、监理洽商解决,取得一致意见后,办好签证记录,作为施工图的变更和施工操作依据。
(3)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。
(4)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。
(5)转换层混凝土强度未过到100%不充许拆除支撑。
(6)模板的拆除:混凝土浇筑完成后,对于板,混凝土强度达到设计强度75%时,对于梁,若跨度不大于8 m,当混凝土强度达到设计强度75%时,若梁跨度大于8m,当混凝土强度达到设计强度的100%时,才允许拆除模板及支撑系统。模板拆除前,须由施工人员提出模板拆除申请,由项目技术负责人组织有关人员进行验证,符合有关规定并报监理工程师同意办理书面手续后方准拆除模板。
2.4钢筋的制作及绑扎的施工和质量控制
2.4.1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)钢筋放样前必须弄清设计意图;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基施工现场先放样后进行安装,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才安装。
(5)梁钢筋绑扎时,梁上部的主筋接头要求设置在跨中1/3跨长内,下部主筋接头要求设在靠近支座1/3跨长内,调整好主筋的焊接接头位置,保证其相互错开并满足规范要求。
(6)转换层大梁的主筋是转换层中最重要的受力单元,应采用最可靠且对钢筋无损害的连接方式,通过对不同钢筋连接方法进行技术经济综合对比,决定:转换层柱钢筋、剪力墙竖向钢筋宜采用电渣压力焊,转换层主梁腰筋及箍筋、联系梁主筋采用闪光焊接,板钢筋及其他受力较次要部位,如联系梁架力筋采用绑扎连接。施工时按相应的规范要求执行。
(7)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。
(8)梁箍筋大,下料时要注意对焊接头位置,避免接头出现在箍筋的弯折处。
(9)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进行布置。
2.4.2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,楞头铁间趾为沿梁长方向每1000mm长放置一根,且每层受力钢筋之间竖向排,均用楞头铁隔开。
(4)转换层主、次梁的上层承重结构的柱、薄壁柱或剪力墙等,其结构钢筋必须插入转换层的梁、柱内,并与梁、柱内的钢筋绑扎固定,且在距楼面50mm处设置二道箍筋,以确保上部结构钢筋位置正确。
(5)钢筋骨架吊装入模时,应力求平稳,钢筋骨架用“扁担”起吊,吊点根据骨架外形预先确定,骨架各钢筋交点绑扎牢固,必要时焊接牢固。
(6)浇筑混凝土时,钢筋容易移位,要及时调整。
2.5大体积混凝土的浇筑、养护及裂缝控制
本工程的转换层梁大板厚,混凝土用量达1570m3,属大体积混凝土,采用商品混凝土浇筑。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,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。
2.5.1大体积混凝土浇筑技术
(1)商品混凝土的泵送。本工程混凝土采用商品混凝土,由于商品混凝土内掺有外加剂和粉煤灰,如不严格地按规范操作极易出现表面裂缝等质量问题。因此,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。
设计模板时,必须根据泵送混凝土对模板正压力和侧压力大的特点,确保模板和支架有足够的强度、刚度和稳定性。
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。
布管及拆管要严格配合施工顺序和施工缝留设要求;混凝土输送管的固定,不得直接支承在模板、结构钢筋及预埋件上。
管泵输送混凝土前,加强压送水湿润管和泵体。
夏天高温,施工时用湿草袋等遮盖混凝土输送管,避免阳光照射,同时降低混凝土入模温度。
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。
鉴于商品混凝土流动性大、浇筑速度快的特性,有计划地加大振捣操作的人力,避免混凝土振捣不足。
混凝土泵送过程中,不得把拆卸输送管内的混凝土撒落在未浇筑的部位,只能在指定场地内清理。
(2)泵送混凝土的运输控制。混凝土运输车必须保证运输工作区的混凝土不能离析或有凝固现象。
泵机在泵送混凝土时保证连续工作,混凝土泵受料斗内应充满混凝土,防止吸入空气形成阻塞,混凝土泵中断工作时间不得超过45min。
(3)大体积混凝土浇筑。混凝土施工尽量安排在白天进行,并确保混凝土的输送不间断。
混凝土振捣采用机械振捣为主,人工扦插为辅。插入振动器宜采用快插慢拨,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。
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。
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。
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。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。
楼板混凝土浇筑,除在梁处采用插入式振动器外,其余均采用平板振动器沿垂直浇筑方向来回振动。平板振动器依口成排进行,排与排之间应有一定的搭接,确保混凝土不漏振,以达到其密实度。为保证楼板的混凝土厚度,除在柱墙筋外注有标高标志外,还应加设用钢筋制作而成的移动式高度控制件,用于控制板厚,以保证板厚满足设计要求。
为了使大梁受力均衡,大梁混凝土浇筑时采用两台泵机,两端同时向中间浇捣。第二次浇捣上层混凝土时,必须等第一次混凝土强度达到75%时再与楼板一起浇筑,浇筑前迭合面必须按施工缝进行处理。浇筑混凝土面出现泌水时,应及时排出,同时要求浇筑面四周比中间高,泌水往混凝土中间集中。
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。
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。
2.5.2加强混凝土的养护措施养护是大体积混凝土施工的关键环节,混凝土浇筑后,应及时进行养护,以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,严禁上人踩踏;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。
2.5.3防止裂缝施工技术措施为降低大梁混凝土内部温度,经方案计算,得出了有利于降低混凝土水化热、改善混凝土和易性的粉煤灰掺入量,并向混凝土供应商提供具体参数,即掺用粉煤灰14.75%代替20%以上水泥,同时,掺入适量的缓凝剂,降低水化热,推迟水化热的峰值。
为防止混凝土表面热量、水分散发过快,使内外温差过大,在梁底模及侧模外铺设塑料薄膜,与胶合板一起作为梁底面、侧面的保温层。对于混凝土上表面的养护,在混凝土浇筑8小时后,盖模及保温材料,并洒水,养护不少于7天。
加强混凝土的测温工作,发现温差有超过2 5℃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。
2.5.4混凝土浇筑质量的控制
(1)浇筑前的准备:对模板、支撑架、钢筋、预埋件、预留孔及电梯的位置逐一检查,确保其水平和垂直度符合质量标准,并做好记录;施工班组作业人员、负责人、质检员、安全员的轮班安排作具体明确的书面交底及交接班记录等。
(2)混凝土浇筑过程中的控制:针对结构特点严格按照转换层混凝土浇筑流向图的方向、方法进行施工;梁板施工缝位置宜留在结构受力较小且便于施工的部位,并符合施工规范规定的范围内。
3结语
本工程所采用的梁式结构转换层施工技术,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。为转换层施工提供一个成功案例的参考。
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] 姜辉.梁式转换层高层建筑施工技术的探讨[J].科技资讯,2010,(7).
[3] 贺勇.高层建筑转换层的施工探讨[J].商品与质量,2010,(20).