高层建筑转换层施工技术浅析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoshuzhuimao
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  摘要:高层建筑多元化、多功能化、多类型化发展已成为一种趋势和潮流,同时也给高层建筑结构的施工技术提出了许多崭新的课题。高层建筑转换层结构施工的关键是确定转换层的施工方案,它直接影响到施工阶段结构的安全、工程质量和施工成本。本文基于对高层建筑结构转换层的施工实践,对转换层模板支撑系统、混凝土工程及钢筋工程方案及施工过程中应注意的问题进行分析和探讨,以供同行参考。
  关键词:高层建筑;结构转换层;模板支撑系统;混凝土工程;钢筋工程
  中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A 文章编号:
  改革开放以来,伴随着我国社会主义市场经济的快速发展和国民经济持续高速的增长,城镇化建设速度的提升及规模的扩大,促进了建筑业的繁荣与发展。人们对建筑的功能和形式要求越来越高,高层建筑一方面在向更高的高度冲击,另一方面高层建筑的多元化、多功能、多类型已成为一种趋势和潮流。在高层建筑的发展过程中,转换层的出现具有重要意义,它实现了上下建筑空间和结构形式的变化,既丰富了高层建筑立面造型的变化,同时满足了室内平面使用功能多样性的特殊需求,在节约建设用地的同时又可解决分散使用与需要集中管理的矛盾。
  一、转换层施工特点
  由于转换层形式的多样性,造成其施工方法千差万别。根据统计表明,梁式及板式转换层占所有转换层结构的90%以上,且其他形式转换层结构施工方法也可利用梁式、板式转换层的施工原理来处理,故本文重点对梁式、板式转换层的施工技术进行分析。
  转换层施工难度特别大,某种程度上可以说转换层施工是高层建筑的“瓶颈”,其主要反映在以下三方面的施工特点上:1、转换层的自重和施工荷载通常很大,应选择合理的模板支撑方案,并进行模板支撑体系的设计,同时其施工阶段与使用阶段的受力状态不同,应对其下部楼层进行施工阶段的承载力验算;2、转换层大体积混凝土施工,对混凝土的配制、浇筑、养护、温度控制、裂缝预防和控制都有较高的要求;3、转换构件本身的用钢量较大,配筋较多,且钢筋骨架的高度较高,施工时应采取措施保证钢筋的正确安装与骨架的稳定,同时便于施工。
  二、转换层结构的模板支撑系统
  转换层施工中的难点在于其自身构件形体庞大,施工时其荷载可达70KN/m以上。因此保证模板和支撑体系的安全可靠,是转换层结构模板工程的关键。
  模板工程的设计
  模板工程设计包括:工程模板及支架的结构和构造设计、模板装拆设计及模板使用和周转设计。本文主要阐述模板及支架的结构和构造设计,对其使用和周围设计不作详述。
  (二)模板及支架设计应特别注意的问题
  1、荷载计算不应漏项,并考虑可能出现的最大荷载和最不利荷载的组合;
  2、计算简图应符合实际形成的受力状态,并考虑可能出现的最不利工作状态以及孕育、引发事故的初始状态;
  3、全面深入查找在结构、构造、节点及可能存在的薄弱环节和部位,通过计算给予是否安全的确认,需要时予以加强设计。
  (三)模板及支架计算的项目及要求
  1、荷载计算。荷载计算既要避免漏项,又要符合标准规范,并且符合施工中的实际荷载情况。计算项目有模板、支架、钢筋和混凝土自重,倾倒、振捣、侧压、超量堆积等混凝土浇筑荷载,施工人员、设备等施工荷载,风载、雪载,动力荷载,由于升降不同步和局部沉降等原因引起的附加荷载或荷载变化。
  2、支架和支撑体系验算。应按最不利荷载组合进行验算,计算项目有整体、局部和单肢稳定性验算,重要杆件的强度和变形验算,节点强度和变形验算。
  3、模板、背肋、格栅和托梁计算。应按出现的最不利荷载情况进行验算,计算项目有面板的加强和变形验算,模板边框、背肋的强度和变形验算,格栅和托梁的强度和变形验算。
  4、拼接件、固定件和连接件验算。应按可能承受的最大荷载进行验算。计算项目有拼接、对位和固定螺栓验算,顶撑件验算,铰链和其他角部拼接构造验算,拼接件、锚板验算,焊缝连接验算。
  5、工作状态安全计算。应针对避免发生倾覆、坠落和产生过大的应力和变形的计算。计算项目有安装和拆除状态安全计算,存放和堆置状态安全计算等。
  6、设置安全验算。包括强度和变形,采取高的安全保证度,确保不出任何问题。计算项目有设置、支撑模板装置和支架的楼地面、柱、梁和墙体相应部位的验算和加固构造验算,支座、挂座、托座、锚固和附着的验算,吊拉装置的验算。
  (四)模板支撑施工方法
  转换层结构施工中的模板支撑常用的有落地支撑法、叠合梁原理法、吊模法、荷载传递法、门式钢架支撑法等。模板支撑体系的正确选择是转换层施工是否科学合理的重要标志。
  1、落地支撑法。落地支撑法是在转换层施工中将转换层的所有施工荷载从转换层底模开始一直传递到底层地面或地下室顶板。该种支撑需要大量的模板支撑材料,适用于施工现场支撑材料较多,且转换层位置较低的情况。搭设模板支撑时要求上、下层支撑在同一竖向位置上,以保证荷载的正确传递,同时应确定合理的支撑拆除次序。另外,由于转换层单位面积上的均布荷载较大,要求模板能够承受较大的荷载和变形,所以模板应采用较厚的竹质大模板或钢模板。支撑系统多采用扣件式钢管脚手架。
  扣件式脚手架落地支撑法应注意的问题:(1)由于这种支撑方式承受的荷载较大,所以必须进行承载力验算后才可采用该种支撑形式;(2)在采用该方法时必须注意施工过程中支撑系统的变形观测,在施加施工荷载和浇筑混凝土的同时,安排专人进行不间断的测量,发现下部支撑有变形时应立即停止施工,防止安全事故的发生;(3)落地支撑法需要较多的支撑材料,在采用该种方法时,方案的制定应考虑到施工成本增加情况。
  为了减少首次浇筑混凝土的重量,减少模板支撑的用量,有效降低工程成本,转换层施工也可采用叠合梁浇筑法支模,即应用叠合梁原理设置水平施工缝,将转换梁或板分两次或多次浇筑成型,首次浇筑的混凝土结构在第二次浇筑混凝土时将作为一个承重构件。由于混凝土分层浇筑,首次浇筑混凝土时自重较小,模板承担的荷载也较小,因此模板的用量也较少,有利于模板和支撑系统的设计,并可大大减少模板和支撑的用量,以达到降低工程成本的目的。此种方法適用于下面的层高较大或高位转换层。
  2、叠合梁原理施工法。叠合梁原理法技术性较强,若处理不好很可能造成非常严重的质量事故,在采用此法施工时,方案应考虑以下因素:(1)因模板设计仅考虑首次浇筑混凝土厚度的施工荷载及自重,所以必须保证第一层混凝土达到一定强度时,方可进行第二层混凝土的浇筑;(2)可以考虑将模板支撑系统作为第二次浇筑的部分支撑,与首次浇筑的混凝土共同承担第二次浇筑的混凝土的施工荷载,两者所承担的份额原则上遵循变形协调规律,按各自的风度分担,模板和支撑系统的内力和变形将是上述两个过程的叠加值;(3)转换层首次浇筑的混凝土结构在第二次混凝土浇筑前处于零应力状态,在第二次混凝土浇筑后转变为受力状态,其内力的大小取决于水平施工缝的位置和模板支撑系统的刚度两个主要因素。转换层结构腹部设计时一般不配置受力钢筋,因此采用二次浇筑法时,应根据实际计算内力情况验算其负弯矩,必要时增加负弯矩钢筋来保证结构承载力;(4)由于转换梁或板一般断面均较大,为防止混凝土在其叠合面处发生早期收缩开裂,可在叠合处加设钢筋网片;(5)分层高度确定应征求设计单位的意见,设置在受力相对较小且有一定高度的位置,若位置选择太高或太低均起不到节约施工成本的目的。
  3、吊模法。吊模法是利用结构自身构造或外加辅助性传力构件,将模板系统和混凝土自身施工荷载传递给结构本身的下部构件,在模板没有下部支撑的情况下进行结构构件施工的模板支撑方法。吊模系统主要包括支墩、吊架、吊杆和模板系统四部分组成。吊模法施工具有传力明确,构造简明,工程成本较低等优点。吊模法施工是一种较先进的新型施工技术,在高层建筑、桥梁工程及隧道工程中已得到应用,但在高层建筑中应用的实例较少。
  三、转换层结构施工中的混凝土工程
  转换层构件一般截面尺寸较大,梁式转换层最小截面多在1m以上,板式转换层的厚度多在1.5m以上,所以转换层混凝土的施工必须按照大体积混凝土要求进行施工。
  转换层混凝土浇筑前应根据工程特点确定浇筑方案,科学的浇筑方案既能保证工程质量,又能做到省工省时。根据转换层结构的特点,应按下列步骤确定浇筑方案:
  1、转换层的竖向结构和水平结构分开浇筑,先竖向的柱墙结构,后水平梁板结构;
  2、混凝土的浇筑方向应先中间、后周边,向两个方向推进,转换梁、板混凝土采用“一个坡度,薄层浇筑,一坡到顶,循序渐进”的原则。一方面,这样浇筑加大了混凝土部分工作面的面积,有利于混凝土部分水化热的排出,另一方面,也有利于降低混凝土浇筑时模板的侧压力;
  3、节点部位的保证措施。转换层中梁、柱、墙节点部位钢筋过于密集,为确保此部位的混凝土浇筑密实,必须采取以下措施:(1)采用同等级的细石混凝土浇筑上述部位;(2)对局部钢筋过于密集处作适当调整,确保插入式振动器有足够的工作界面;(3)浇筑过程中安排专人检查墙、柱等竖向结构的侧模,如发现混凝土浇筑到位后模板经敲击发出空响声,应立即通知混凝土浇筑人员对此部位加强振捣,并补浇混凝土,确保混凝土浇筑密实;(4)墙、柱混凝土浇筑完18h后,对钢筋过于密集的墙、柱节点处的侧模应拆开一部分进行混凝土质量检查,若存在缺陷,须采用可靠的技术措施进行处理,并建立备忘录,后用超声波仪器检查,确保混凝土强度;
  4、大体积混凝土的测温极其重要,转换层混凝土浇筑可通过测温来了解混凝土的内部变化情况,按升温和降温两个阶段进行测温,及时分析测温结果,以便调整混凝土的养护措施;
  5、混凝土的养护。转换层混凝土初凝后,上表面立即覆盖薄膜和草袋并浇水养护,保持混凝土湿润。厚板侧面及底面采用保留模板的方法养护,养护时间不少于14d。
  四、转换层结构施工中的钢筋工程
  在钢筋混凝土转换层结构中,由于转换构件用钢量大、型号多、主筋长,在梁柱节点区钢筋密集,因此正确的放样与下料、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。
  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,掌握现行规范的相关规定,放样时考虑好钢筋之间的穿插避让关系,确定制作尺寸和绑扎次序。由于转换层钢筋较密,采用合适的钢筋连接形式,可以大大降低施工难度,钢筋镦粗直螺纹套筒连接是目前比较合适的连接方式,在转换梁结构中应用较广。当转换梁高度或转换板厚度较大时,应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于操作,常用的方法是制作合适的临时或永久支架系统。转换层钢筋特点是直径大,接头多,主筋长,配筋率大,梁柱节点、梁梁节点、梁墙节点等处钢筋过密,钢筋的穿插避让要有次序性。
  在转换层构件施工中,不管是板式转换层还是梁式转换层,存在的问题主要是节点部位的处理。因为转换层构件中,钢筋混凝土梁是配筋率很高的部位,再加上目前建筑业设计和施工相分离的国情,设计时很少考虑到施工的可行性和可操作性,致使部分构件很难按设计意图进行施工,给工程质量造成隐患。安装梁主筋应注意梁与梁之间的协调,按先主梁后其余梁的顺序,纵筋依次交叉穿插,上下交替搁置,以保证主筋在梁内的设计位置。安装柱节点箍筋时,必须事先确定位置和数量,在主筋铺设的同时将柱箍放置在各层主筋之间,待梁筋骨架就位后,按由上至下的顺序将柱箍同柱主筋绑扎固定。大梁上下几排钢筋在绑扎就位时要保证其上下对齐,形成垂直的钢筋间隙,以便混凝土浇筑和振捣。
  结束语
  高层建筑的施工不同于一般的房屋建筑施工,转换层结构的施工更加复杂,工序繁多,對工程的安全质量有更加严格的要求,作为高层建筑结构的重要部分,转换层的施工质量直接影响到高层建筑物的质量与安全,因此,必须认真研究,加以重视。转换层的各分部工程,即模板支撑、钢筋工程、混凝土工程对施工技术具有很高的标准,科学、严谨、负责的施工态度,必须伴随着整个施工活动,精心组织是促进工程顺利实施的根本保障。
  参考文献:
  高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010);
  唐兴荣高层建筑转换层结构设计与施工北京:中国建筑工业出版社2012
  陈泽安高层建筑结构转换层施工技术建筑安全2002
  戴凯伟、周旭高层建筑转换层的施工方案与施工要点工程建设与设计2003
  杜荣军混凝土工程模板与支架技术北京中国建筑工业出版社2003
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