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简论高层建筑梁式结构转换层特点及施工解决方案

发布于：2013-08-12　

 安徽天翰工程咨询有限责任公司      李祖荣

0、前言：近年来，随着高层建筑不断的出现和发展，高层建筑中的转换层（结构转换、设备转换或兼之）必不可少的出现，其主要型式有梁式、板式、桁架式、箱型等转换层类型，还出现了预应力砼转换层等型式。本文结合工程实例，探讨梁式转换层一些特点和解决方案。

    一、工程概况
    汇翠名邸1#楼工程位于马鞍山市湖南路与规划紫霞路交叉口之南西侧，原马鞍山市公交公司湖南路停车场内，南为南湖花园小区，西为山埠村小区及16层公寓。本工程标高在15.57m～19.25m处为结构及设备转换层，面积为1240.5m2，转换层以下为框架—筒体结构，转换层以上为框肢剪力墙—筒体结构（塔楼）28 层，共33层，整个塔楼荷载全部传向转换层框架梁，由框架梁将荷载传到框架柱和筒体剪力墙。
    1. 结构概况：柱、墙、梁、楼面板（250 厚）的砼均为C40，钢筋为Ⅰ级、Ⅱ级钢，钢筋直径为36mm的主筋采用机械连接，其余钢筋采用常规连接方式。框架梁主要截面为1000 2400、1000 1700、2100 1700等，净跨分别为9100、7700、6500等。
    2． 工程特点：(1)承重主梁截面尺寸较大，结构层自重大；转换层下层梁截面尺寸小，不能完全承受上部转换大梁的自重；
    (2)转换层梁及梁柱节点处钢筋密集，转换层主梁的钢筋直径较大，数量较多，骨架高，易倾覆。
    3．施工难点
    （1）转换层主梁钢筋用量大，绑扎难度高，传统的钢筋绑扎方式不能满足转换层的施工；
    （2）梁和梁柱节点处钢筋密集，砼振捣难度大；
    （3）主梁体积大，水化热高，内外温差控制、养护保温措施要求高，容易出现温度裂缝。
    （4）转换层主梁下层无对应的梁可供架设支撑体系。
    二、施工构想及支撑方案的确定
    1、由于转换层梁荷载巨大，一次整体浇筑混凝土模板支撑系统需用预设型钢支承，这样对模板的支撑和拆除带来施工困难和质量隐患；此外因转换层一次性浇筑混凝土会引起混凝土表面水分流失过快，内部温度与表面温度的温差很难控制，容易出现温度裂缝。鉴于此，转换大梁施工采用叠合梁方式浇筑，以利用第一次浇筑形成的混凝土梁后期强度及其支撑系统共同支承第二次浇筑混凝土梁的荷载。这样，模板的支撑系统只需考虑第一次浇筑混凝土的荷载，对混凝土浇筑也带来巨大的便利。
    2、转换层混凝土的浇捣：
    A、第一次浇筑框架柱至距梁底50mm处。
    B、第二次浇筑转换梁至梁高1/2以上（可以计算具体位置）。
    C、第三次浇筑余下梁高及板混凝土。
   3、模板支撑体系及构造配置：
转换梁混凝土分两次浇筑，第一次浇筑至梁高1/2以上，模板支撑体系只需考虑第一次浇筑混凝土的荷载。采用钢管支撑，并把荷载传递到二层、三层、四层对应的梁上。需要注意的是，应根据计算可以在梁叠合位置配置附加负弯距钢筋，同时在梁结合部位配“S”筋，以使箍筋封闭来承受剪力。
    4、荷载的传递根据图纸设计说明的载荷量（可以考虑荷载传递折减系数）计算传递的转换梁在相对应的下层梁支撑层数，并可将扩出梁部分的板支撑到地下室底板或基层板。    5、模板支撑架搭设与拆除要求
    1）、模板支架立杆必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上。横向扫地杆也应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。
    2）、梁模板支架两边及板中间每隔四排应设置一道纵横向剪刀撑，每道剪刀撑跨越立杆的根数宜按规定确定，剪刀撑斜杆与地面的倾角宜在45～60度之间。
    3）、剪刀撑斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm。
    4）、大梁底板和侧模应整块与柱搭接，镶接点必须设在梁中，这样可以避免梁柱节点缩径的现象，保证梁柱节点尺寸准确。梁跨中应按设计要求或规范起拱，起拱高度宜为全跨长度的1/1000~3/1000。
    5）、顶板的承重架不拆除，转换梁扩出下层对应梁截面的板支撑到地下室底板。转换梁支撑立杆底部先铺设一道16#槽钢。
    6）、支撑架上下层支撑间距不同，上下层的支撑点应尽量保证在同一条垂直线上。转换大梁第一次混凝土浇筑养护达到设计强度的75%以上后，必须将梁底支撑钢管略敲松后再支紧，以便使第一次浇筑的混凝土与支撑系统共同支撑。
    7）、所有立杆与横杆交接处均采用双扣件。支撑架中全部扣件均须用扭力扳手测试力矩，且符合要求。
    8）、模板拆除的顺序和方向应按照设计要求的规定进行，遵循先支后拆，先非承重部位，后承重部位及自上而下的原则，梁底模由两边分别拆向梁中间。
    9）、已拆除模板及其支架的结构，在混凝土强度符合设计强度等级后，方可全部使用荷载；当施工荷载产生的效应比使用荷载的效应更为不利时，先进行核算，加设临时支撑。
    三、钢筋工程主要技术措施
    1．钢筋接头质量控制：本转换层主梁的纵向钢筋连接按设计及现行规范采用直螺纹套筒机械连接。
    2．坚持测量放线监控。在梁、板模板支完后进行一次放线，根据放线调整竖向钢筋位置。 
    3．钢筋制作、绑扎施工工艺流程
钢筋绑扎可以采用先绑一根成型主梁钢筋骨架，经相关单位共同检查合格后作为样板，然后进行大面积绑扎。
   1）在现场进行椭圆圆弧的实地放样，按施工图纸要求的主筋间距弹出每根钢筋放置的位置，用Φ14钢筋按照弹出的圆弧线弯成弧形。用两台弯管机按成型的Φ14钢筋弧形制作主筋成型。
   2）圆弧梁钢筋绑扎方法
    ①     梁底模板安装好后，放好钢筋定位框(垫铁)。在钢筋定位框上按设计要求划出主筋间距，保证主筋不偏移，满足弧形外观要求。
    ②     梁下部钢筋在支座处采取上下搭接连接，并以点焊方式来固定方向，保证弧形不偏移。 
    ④ 在柱子上口设置钢筋定距框,计算好柱梁主筋的间距,在钢筋定距框内设置控制钢筋间距的角卡,并用电焊固定牢固.在先满足梁主筋排距的前提下,定位柱筋位置。如柱筋与梁筋发生冲突时，则将第一排柱筋移至第二排位置，必须满足梁筋的放置。
    四、砼工程主要技术措施
    为了确保工程质量，项目部决定在转换大梁梁钢筋绑扎前先浇捣框柱砼至梁底50mm处。等转换大梁钢筋绑扎完成后，再对高度大于1米的转换大梁进行砼的浇筑工作。等钢筋工程和模板工程完成后，再进行梁板砼的浇筑工作，在浇筑前，要做好施工缝的处理。
    1、转换层砼浇筑
    1、转换层梁第一次混凝土浇筑养护达到设计强度的75%以上后，才能浇筑第二次混凝土。
    2、梁分两次浇筑，水平施工缝位置设置30～50mm的槽口，以利于混凝土的粘结。
    3、砼浇筑时，将整个平面分为2 个区段进行对称浇筑，区段之间，上下层砼之间的砼浇筑间歇时间，不得超过砼的初凝时间。每个区段内的砼采用分层进行浇筑，整个浇筑顺序按分层分区域进行。梁板砼浇筑一次完成。每层砼的浇筑时间均小于砼的初凝时间，不会产生冷接头。在分区段接合处后一层浇筑的砼必须盖过前一层砼300 厚，通过多次对现场砼在浇筑过程中的测定，流动坡度为1：3，因此在浇筑第一层砼时应按比例退后浇筑区段的距离，确保各层砼一层复盖一层，最后一层到达区段位置。
    4、砼的振捣，由于转换层大梁钢筋密集，钢筋净距较小，现有的φ50棒难以插入梁内，大梁砼浇筑采用φ30 振动棒，其余部位砼浇筑采用φ50棒振捣。振棒移动间距为400 左右，振捣时间为15～30 秒，以振至砼表面不再出现气泡为止。现浇板尚应用整平长刮尺进行纵横方向的整平，必要时还应用铁滚筒滚压两遍，以防止收缩裂缝。
    5、砼板面水平控制，除按照标志在剪力墙、柱插筋上的标高点进行控制外，还应当在浇筑层面上架设水平仪，对正在浇筑的板面进行监控抄平。
    2、 砼的养护、测温
    转换层测温采用直测法，测点分别设置在二个浇筑分区的主梁上，每个分区设置二个测点。直测法的测温方法与大体积砼测温方法相同。测试时间为砼浇筑完毕后。开始三天每4h 测温一次，以后每8h 测温一次，每次测温应作好记录和分析。测温的目的是了解砼的内外温差是否控制在25℃以内，如果砼的温差变化趋于25℃以上，应及时采取下列保温养护措施：
    1）沿转换层梁、柱外周边用塑料彩条布全封闭，防止转换层的热量散失和室外冷空气的侵袭；
    2）用碘钨灯、白炽灯照射主梁，增加砼表面温度；
    3）用70℃热水对砼板面进行加温养护，并立即覆盖彩条布，使砼板面既提高温度，又保持湿度。
    五、特别注意事项
    1、梁高较大的转换大梁应分两次浇捣混凝土，第一次浇筑高度应根据计算确定。
    2、用型钢支撑的转换大梁在其下对应层的主梁上设置钢管支撑，以提供传力架，将意外的荷载进行荷载，保证必要的安全性。
    六、小结
    1、由于梁式转换层结构的体量、自重因素对模板支撑体系的承载力、刚度、和稳定性均有严格要求，因此对梁式转换层采用叠合梁原理，利用自身承受较大荷载减少支撑系统是合理的。同样这一原理亦适用厚板式转换层。
    2、本文引用的工程到目前为止，未发现转换梁有变形、裂缝等异常情况，实践证明：其解决方案是成功的。
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