高层建筑结构转换梁的施工技术

【摘 要 】本文结合工程实例,对高层建筑转换梁施工时的主要难点进行了分析,并详细阐述转换梁施工控制措施.

【关 键 词 】高层建筑；转换梁；施工难点；施工措施

目前我国建筑物常用的转换层结构形式有梁式转换、板式转换、桁架式转换等,其中以梁式转换层使用最多.梁式转换（包括桁架式及空腹桁架式的杆系转换）受力相对简单、明确、施工方便、混凝土用量少、造价低.目前国内外在多、高层建筑结构转换层中大多采用梁式转换.转换梁结构特点主要为钢筋密集、混凝土浇筑量大、施工缝留置难度大,模板、排架支承体系要求高；因此,我们要认真、合理的采取施工措施,对保证结构转换层的质量及整个高层主体工程质量有着极其重要的作用.

1.规范要求及施工难点

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2008）和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）都对带转换层的高层建筑结构作了严格的规定.转换层楼板的刚度直接决定其变形,并影响框支墙与落地剪力墙的内力分配和位移及水平剪力的传递,高规对此制定了相应构造措施保证转换层楼板的刚度和承载力,转换层楼板应尽量避免开洞和错层布置.如果因建筑要求不能避免,采取相应加强措施,如在洞口设置边梁,错层处加强边梁的抗扭刚度等.对于框支梁、柱的构造在规范及03G101-1中也有明确规定.

转换梁施工时的主要难点有：①裂缝问题.转换梁因托换建筑层数的较多及其截面主要受剪截面控制的特点影响,导致其体积较大,裂缝问题也较为突出.②支撑系统.转换梁的跨度和承受的荷载都很大,其配筋较多,而且钢筋骨架的高度较高,施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于钢筋的布置.之外,在施工过程中,因设置模板支撑系统后,转换层施工阶段的受力状态和使用阶段是不同的,还应对转换梁及其下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算.③施工缝处理.我们知道混凝土施工缝的设置一般是留置在结构受力较小且便于施工的位置.《高层建筑混凝土结构技术规程》规定“转换梁与其上部墙体的水平施工缝处宜按本规程第7.2.13条的规定验算抗滑移能力.”因此,按照规范的指导思想,在转换梁的施工缝处应有可靠的措施保证先后浇筑的混凝土间良好结合,必要时可在施工缝处设置插筋.

2.转换梁施工实例

2.1 工程概况

某房地产公司开发的综合楼大楼,地下2层,地上15层,最大高度53.580 m,框支剪力墙结构.负2层为车库,负1层至地上3层为商业建筑,3层以上为住宅,4层楼面开始转换,作为支承以上13层标准层的结构技术转换措施.

该结构转换层最大轴线尺寸为长42.900 m×41.800m,转换层高4.500 m,底板、顶板厚度分别为200mm、300mm,该层转换梁尺寸主要有：600mm×1500mm、800mm×1500mm、1000mm×1500mm、400mm×1200mm、800mm×1600mm、400mm×1400mm、1200mm×1800mm等,转换层梁、柱、板混凝土C30.

2.2 施工措施

2.2.1 支撑系统

对于转换梁施工来说,支撑是关键.因转换层的自重和施工荷载都较大,施工应选择合理的模板支撑方案,并需进行模板支撑体系的设计.对大体积转换层,混凝土施工时应考虑采取减小混凝土地水化热的措施,防止新浇混凝土的温度裂缝.

该工程使用钢管排架作为转换梁的施工支撑,由于施工组织的要求,当转换梁层结构施工时,其下几层有转换梁处的支撑系统必须有保证不得有下沉,因此,对地基的处理成了必要.施工中,我们首先对地面原土和回填土进行碾压、夯实,进行环刀取样检测,要求密实度≥95%；然后在整个排架范围内的地基上满铺100mm～150mm厚的碎石及1：4水泥石屑垫层,振动碾压密实.为保证钢管排架均匀地把力传到地基上,排架下部设两道地垅,下层地垅横向设置与梁垂直,并以两根50mm×100mm硬质木枋平铺,要求木枋两端至少宽出大梁主要受力支撑范围300mm,上层地垅采用[14a槽钢向上纵向铺设.上下层地垅的间距均根据计算出的排架立杆纵横间距而定,要求每根立杆均设于纵横向地垅交叉处.排架立杆的纵横间距及水平横杆的步距计算时,考虑屋面梁、屋面板、排架自重及屋面施工荷载等,主要验算立杆的稳定性、强度及地基的承载力；同时,为保证排架系统的整体稳定性,设置间距5m以内的竖向及水平向剪刀撑；最后,为防止下雨或其它施工用水浸泡地基,保证排架地基高于周围地面,并设通畅的排水沟,确保施工过程中排架下无积水.

2.2.2 模板工程

由于梁施工荷载重,支顶必须从首层传递至地下室底板,支顶搭设及模板必须通过计算才能保证满足浇筑混凝土的要求.转换梁侧模板次龙骨采用50mm×100mm方木,间距250mm,主龙骨采用φ48双钢管,间距400mm,M14的穿墙螺栓固定,穿墙螺栓水平距离400mm,竖向间距600mm.梁底模主龙骨采用长度1.2 mφ48钢管,间距600mm,次龙骨采用50mm×100mm方木,间距200mm.

（1）根据转换梁的断面尺寸和一次混凝土浇筑数量,采用SP70型钢模板系列中山形卡已不适合大体积混凝土梁的模板固定.为防止振捣时产生模板松动、爆模现象,所以采用[14a槽钢卡具代替山形,对拉螺杆φ12钢筋加双螺帽紧固,确保断面尺寸和混凝土质量.

（2）施工缝与楼板间的模板除用单向钢筋和限位钢筋做固定作用外,再在梁柱钢筋上焊接φ12长150 mm长支脚钢筋,保证侧模板的支脚点固定卡位准确.

（3）由于大梁留设水平施工缝,所以模板必须分二次制作.第一次制作梁底模板以下的侧模,并做好4层楼板底模及转换大梁500mm高梁侧模,同时多加模板10cm高度,以供蓄水养护用.第二次制作5层楼板和转换剩余高度的侧模板.

（4）底模采用φ48工具式钢管脚手组成的排架作支顶模板,支撑于第3层楼板及边梁上,施工荷载主要由梁承担,支顶用的排架在转换大梁及楼板在第一次浇捣的混凝土未达到设计强度90%以前不得拆除.在浇捣大梁第二段混凝土时,第一段混凝土虽已达到设计强度的50%以上,但要承担第二段混凝土的大部分施工荷载,所以支顶排架只能加强,不能削弱,待转换层混凝土强度不小于设计强度90%以后,才能拆除第3层楼面及第4层楼面的支顶排架. （5）模板拆除.根据设计要求转换梁混凝土强度达到100%以上后方可拆除.拆除跨度大的梁下支顶时,应先从跨中开始,分别向两端拆除.门式架的拆除,应按后装先拆的原则由上而下进行.

2.2.3 钢筋工程

（1）节点处理.根据结构图,设计大量采用φ32及φ28钢筋作主筋,并对接头位置及主次转换梁锚固作了明确规定.如图1、图2.

由于框支梁钢筋较多,梁底层钢筋少数不能满足设计要求,经与设计商定,梁底层钢筋考虑一部分钢筋向上弯,一部分向下弯,确保钢筋的水平锚固长度水平段不少于0.41aE.梁的上层、底层及端部弯头筋均是多排钢筋,所以在钢筋绑扎时,对于梁上层钢筋每排间距确保不小于1.5d且大于30 m（d为受力钢筋直径）；对于梁底层钢筋每排间距确保不小于1d,且必须大于25 mm；对于梁端部弯头钢筋由于受柱断面尺寸限制,弯头钢筋的排距最小间距不得小于25 mm.框支梁箍筋周长超过常规定尺寸的钢筋,框支梁上层钢筋是多排,箍筋搭接部位打135°弯头后不便于梁筋的排放,并且不能满足规范要求.经设计同意箍筋允许分段配制,但箍筋接头部位必须在框支梁两侧错开50%,同时对搭接部位进行电焊.对于框支梁内箍筋弯头部位打90°弯头要相互搭接,并用电焊封闭,所以箍筋焊接质量必须达到验收评定和规范要求.

（2）根据钢筋配筋图及图纸和规范对焊接接头位置、数量的要求,设计出每条主筋的焊接位置及相应的下料长度,其次,为了保证闪光对焊的质量,特采取如下措施：①设置专门操作台；②严格挑选有经验的焊工,经试焊检验合格后才大批量焊接；③设置专门供电线路,保证焊接过程中电压、电流的稳定.

（3）每根转换大梁的水平钢筋均需塔设排架,用3～4个工人同时操作就位,待就位后,为使钢筋平直,不影响箍筋和其他钢筋的绑扎,必须把每层水平钢筋用φ48钢管排架作临时承托,保证钢筋就位后的平直度.待箍筋绑扎好后,临时排架逐步撤除.

（4）由于转换大梁高度为1200mm～1800mm不等,所以施工时必须先把主钢筋、分布筋（包括锚固要求伸入支座的长度）分层就位后,再套入箍筋、电焊封闭,再绑扎S型加强筋.按常规施工方法,应先搭设梁底筋、再绑扎梁钢筋,箍筋成开口箍,待主筋、分布筋就位后再套入箍筋.根据图纸要求,错开箍筋接头位置,逐一电焊焊牢,对梁底箍筋接头,采用仰焊.钢筋工程结束后,再支梁底模、梁侧模.

（5）不出4层楼面的柱头钢筋,按设计要求锚固长度为45d,直角弯曲后锚固筋与梁向成放射形锚入楼板结构中,而边柱、转角柱的锚固筋弯曲后,只能弯入柱顶和梁中,造成转换梁主筋无法插入,所以采用锚固筋后电焊接长方法.

（6）按设计要求,混凝土可以分段浇筑,而转换梁的钢筋必须一次成型.施工缝的该部分钢筋成型定位后,必须用双层钢管牢固地支撑好,并避免影响钢筋的固定位置.

2.2.4 混凝土浇筑

（1）由于此工程转换梁数量多,混凝土工程量大,因此需要分段浇筑.经监理同意,本工程施工时施工缝留在离板面500mm高度,这样就可以保证竖直构件大梁和水平构件4层楼顶板能同时浇筑,待楼板混凝土初凝时再浇筑500 mm高的转换大梁.为防止施工人员踩踏和保证已浇筑的板面混凝土质量,在梁模边上增加九夹板制作压混凝土板,保证混凝土施工振动时的密实度.由于钢筋密集,该部位的商品混凝土全部用人工浇筑再振捣密实.在第一次浇筑混凝土与第二次浇筑混凝土施工缝处,埋设水平钢筋网片（φ10,网格100mm×100mm）及竖向φ12@100插筋,以保证两层混凝土之间的良好粘结.转换大梁500mm以上处,在第二阶段浇筑时先铲除松动石屑,清理干净后,再用同样强度等级砂浆接采,再连续第二段混凝土施工.

（2）商品混凝土施工中,由于转换大梁的钢筋已全部绑扎,输送泵的泵管难以连接到施工面的所有位置,所以要利用塔吊、料斗运输布料,尽量利用钢筋的间隙直接入模,无法直接布料入模时,用人工铲运入模.虽然这样施工法,浇筑时间要延长,但严格掌握好初凝时间,配备足够的振动棒和钢纤,照样保证混凝土质量.在第一次混凝上浇筑完成、混凝土初凝前用中25钢筋棍在混凝土面上捣出蜂窝孔,以利于第二次浇筑混凝土与第一次浇筑混凝土的良好粘结.

（3）考虑到转换梁浇筑也属于大体积混凝土范畴,混凝土的级配及拌和程度关系到梁体质量,为此,本次转换梁混凝土全部采用商品混凝土,并提前和混凝土生产厂联系,选用合适的水泥、粉煤灰、添加剂、级配良好的骨料等,保证混凝土的水化热不致过大,并有良好的抗裂性能.

（4）大体积混凝土内外温差过大产生温度应力而导致有害裂缝（深层、贯穿性裂缝）,是引起混凝土开裂的主要原因.为了避免施工过程中转换梁的开裂,采用以下预防措施：分层散热浇筑,降低温升；保温保湿,延长养护时间,缓慢均匀降温,减缓截面内温度梯度,减小松弛系数；合理选用材料及配合比,提高混凝土抗拉强度和极限拉伸,降低弹性模量.为了控制混凝土浇筑质量,采用“斜面分层、薄层浇捣、循序推进、一次到顶”的连续浇筑的方法.

（5）商品混凝土因夏季施工的特点,尽量减少水泥和水比例,增加粉煤灰比例和采用高效缓凝型减水剂,控制初凝时间在4h～6h,并缓慢水化热的释放.同时,为防止混凝土表面散热过快,内外温差过大并使混凝土有较好的保水性,在梁底模及侧模（均为竹胶合板）外铺设2层塑料薄膜,与模板一起作为梁底面、侧面的保温层.

3.结语

转换梁因其功能特殊,在工程施工中受到重视.在施工过程中模板、支撑系统及裂缝也是控制的重中之重,国内工程中因支撑失效、裂缝等问题导致的事故也时有发生,给工程带来了损失.因此做好转换梁的施工技术措施及过程监督十分必要.目前该项目主体已完工,经检验各项评定为合格,无弯曲变形、蜂窝或裂缝等现象,完全达到设计要求,获得业主、设计、监理等各方面的好评.