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摘 要：本文结合某高层建筑的工程案例，阐述了在高层建筑施工过程中的一些施工要点，介绍了预应力斜拉杆转换梁施工技术在高层建筑中的应用，并分析了其施工技术的方法。
关键词：高层建筑；施工技术；方案选择
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某高层建筑工程项目高度96. 2m，建筑面积54 682m2 ，地下2 层，地上30 层。地下2 层至地上6 层为框架剪力墙结构，7 ～ 30 层为剪力墙结构标准层住宅。转换层设置在地上6 层，为梁式转换层。
转换层建筑面积1 447m2 ，层高5. 5m，楼面标高23. 70m，板厚180mm，梁板混凝土强度等级C45。最大柱截面尺寸1 200mm × 1 200mm，最小柱截面尺寸500mm × 500mm; 最大梁截面尺寸1 200mm ×2 400mm，最小梁截面尺寸200mm × 700mm; 框支梁一次性浇筑，不允许留施工缝。
2 施工方案选择
结构转换梁施工方案选择需综合考虑转换梁支撑布置对下层结构梁板的荷载影响、施工工期限制、现场材料周转和施工造价控制等问题。目前国内结构转换梁施工一般采用埋设型钢桁架加强模板、层层卸荷一次支模浇筑或分层浇筑叠合成型等施工方法。
1) 预埋钢桁架法
结构转换梁里预埋设钢桁架。钢桁架与支撑模板进行一体化设计，以承担转换梁自重及施工荷载，将荷载传递到已达到设计强度的框架柱上。本工程若采用这种施工方法，由于转换梁截面尺寸多样，必然导致钢桁架规格多、钢构件埋设及与模板连接困难，增加施工难度。
2) 层层卸载法
结构转换层下部设置多个支撑层。通过转换层下部各层支模体系将转换层荷载向下传递，直至各支撑层总承载能力大于转换层荷载。本工程若采用这种施工方案，会由于其模板支撑保留层多，引发材料周转期长、租赁费用增加等问题。
3) 分层浇筑法
结构转换梁分两次浇筑、叠合成型。先施工转换梁的下半梁，待其达到一定强度后，再施工上半梁，上半梁浇筑时将下半梁作为承重结构。转换梁叠合面处位于梁腹，设计未考虑受力钢筋，施工单位需根据转换梁实际内力验算其负弯矩，在征得设计单位认可情况下增设负弯距钢筋来保证结构承载力。上半梁需在下半梁浇筑混凝土强度达到70% 时才能进行浇筑，本工程转换梁施工若采用此种施工方案，初步估算会增加15d 左右的工期。
经设计、施工、监理等部门协商，综合对比上述施工方案，最后提出采用一种新的结构转换梁施工方法———预应力斜拉杆转换梁施工技术(见图1) 。在结构转换层的下一结构层内已经达到一定强度的框架梁和框架柱之间，增加若干根预应力拉杆，作为普通梁的弹性支点，与梁柱组成一种新的组合式结构。在组合结构中，框架梁跨度变得更短，承载能力更大，可以承受大部分的施工荷载，从而可以减少施工层以下各结构层的支模体系的数量。另外，预应力使框架梁产生反拱，减小梁的总体变形。
图1预应力斜拉杆施工方向示意
3 预应力斜拉杆选择
3. 1 材料选择
转换层结构预应力劲性拉杆需根据其使用位置、受力大小，结合实际工程施工情况及施工造价控制，选用钢绞线或高强钢筋。本工程施工最大梁截面为1 200mm × 2 400mm，跨度6. 0m。经过结构受力计算，考虑预应力筋有效预应力值、预应力损失及钢材造价等问题，选用二级钢。
3. 2 预应力钢筋规格选用
本工程预应力劲性拉杆采用高强钢筋，其结构受力计算基于以下3 个假定: ①转换梁施工荷载全部由第5 层结构承担; ②转换层板荷载由3 ～ 5 层板共同承担; ③框架柱截面尺寸大，处于弹性受力状态且弹性变形较小，视为刚体。
基于上述假定，参照荷载规范计算得到转换层左塔梁荷载，根据计算出的梁线荷载，计算出每根预应力钢筋所承受的力，结构计算简图如图2 所示。设预应力钢筋水平长度a，计算长度L，竖向高度h =2 800mm，Es = 200 000N /mm2 ，梁线荷载q，钢筋拉力F。
图2计算简图
通过数学几何关系，应用结构力学知识，可初设水平长度a 值，计算斜拉杆钢筋拉力。由公式As= F/fy，可初步选定钢筋直径。预应力拉杆采用二级钢。经计算，本工程预应力高强钢筋规格选用有φ12，φ14，φ16，φ18，φ20，φ22，φ25 等几种。转换层梁截面尺寸多样，初步选定预应力钢筋规格及水平长度后，可通过有限元软件对结构转换层施工阶段进行内力分析，对于局部不满足强度或挠度要求的部位，可作调整。在斜拉杆钢筋规格选用时考虑40% ～ 50% 的强度富余系数。
4 预应力斜拉杆转换梁施工
4. 1 施工顺序
地上第5 层结构支设梁底模板后，绑扎梁钢筋，并将楼面预应力拉杆预埋件安装。支设梁侧模后，进行第5 层楼面混凝土浇筑，待其混凝土达到要求强度后，进行第5 层柱钢筋绑扎及柱上预应力拉杆预埋件安置。第5 层结构柱支模、浇筑、养护并达到一定强度后，调试、安装预应力斜拉杆。第6 层结构转换层支模体系搭建完成后，进行转换梁浇筑施工。
4. 2 施工要点
1) 转换层支模体系采用预应力斜拉杆施工技术，地上第5 层结构承受转换层结构( 第6 层) 自重并将施工荷载通过预应力斜拉杆传递至已达到要求强度的第5 层结构混凝土柱上，且保留第3，4 层结构模板支撑体系不拆。
2) 转换层最大截面尺寸1 200mm × 2 400mm，跨度6 000mm 的大梁，采用预应力斜拉杆施工技术时，荷载为72kN /m2 ，在此跨上增加4 根预应力拉杆，即梁增加了4 个支承点，则每个预应力取值为108kN，设计预应力值取为100kN。由于预应力值过大，不能一次张拉到位，所以要分阶段张拉，初始张拉值可取50kN，在施工过程中，边浇混凝土边施加预应力，分两次施加，最终达到设计值。其他较大截面梁也采用同样的分阶段张拉方法。
3) 转换梁混凝土浇筑属于大体积混凝土施工，需采用降温和测温技术进行混凝土抗裂及温差控制。
4. 3 模板支撑系统
转换梁模板全部采用15mm 厚优质木胶合板，侧模加固内楞采用60mm × 100mm 方木，外楞采用φ48 钢管，并采用φ14 钢筋作为拉杆进行对拉。内楞间距250mm，外楞及拉杆间距400mm × 400mm，为防止对拉杆端头螺母滑丝，需对拉杆两端全部套双螺母。梁底模肋条为60mm × 100mm 方木，间距200mm。经过计算，该模板体系的强度和刚度均满足要求。
转换层采用钢管满堂脚手架支撑体系。梁底立杆纵、横两个方向间距均为500mm，梁底横杆间距500mm，其他部位立杆间距1 000mm × 1 000mm，横杆步距1 500mm。经过验算，该支撑体系能满足强度和稳定性要求。为提高满堂脚手架整体刚度，加设剪刀撑使其满足刚度要求，剪刀撑间距1 500mm。
4. 4 鋼筋工程与混凝土工程
由于转换层相对于其他结构层的特殊性，其楼层配筋较多，导致钢筋工程实施也较为复杂。需采取相应措施，有效地进行钢筋工程，且转换梁混凝土浇筑属于大体积混凝土施工，需控制其混凝土内外温差，使之不超过25℃，以防止表面开裂; 控制混凝土冷却过程中的总温差和降温速度，以防止基底开裂。
5 结语
传统的施工方案常采用层层卸载法，转换层以下每层均需设置支撑，共需支撑5 层。采用预应力斜拉杆转换梁施工方法后，仅需搭设转换层及其下2 层支撑体系，与传统的层层卸载法施工方案相比，缩短工期近20d，有显著的综合效益。在转换梁模板全部拆除后，发现该转换层整个梁体内实外光，没有裂缝，也未出现梁体下沉等现象，施工质量良好。此次预应力斜拉杆施工方法在工程实践中的成功应用，为今后高层转换层施工提供了新的施工选择方案。
关键词：高层建筑；施工技术；方案选择
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某高层建筑工程项目高度96. 2m，建筑面积54 682m2 ，地下2 层，地上30 层。地下2 层至地上6 层为框架剪力墙结构，7 ～ 30 层为剪力墙结构标准层住宅。转换层设置在地上6 层，为梁式转换层。
转换层建筑面积1 447m2 ，层高5. 5m，楼面标高23. 70m，板厚180mm，梁板混凝土强度等级C45。最大柱截面尺寸1 200mm × 1 200mm，最小柱截面尺寸500mm × 500mm; 最大梁截面尺寸1 200mm ×2 400mm，最小梁截面尺寸200mm × 700mm; 框支梁一次性浇筑，不允许留施工缝。
2 施工方案选择
结构转换梁施工方案选择需综合考虑转换梁支撑布置对下层结构梁板的荷载影响、施工工期限制、现场材料周转和施工造价控制等问题。目前国内结构转换梁施工一般采用埋设型钢桁架加强模板、层层卸荷一次支模浇筑或分层浇筑叠合成型等施工方法。
1) 预埋钢桁架法
结构转换梁里预埋设钢桁架。钢桁架与支撑模板进行一体化设计，以承担转换梁自重及施工荷载，将荷载传递到已达到设计强度的框架柱上。本工程若采用这种施工方法，由于转换梁截面尺寸多样，必然导致钢桁架规格多、钢构件埋设及与模板连接困难，增加施工难度。
2) 层层卸载法
结构转换层下部设置多个支撑层。通过转换层下部各层支模体系将转换层荷载向下传递，直至各支撑层总承载能力大于转换层荷载。本工程若采用这种施工方案，会由于其模板支撑保留层多，引发材料周转期长、租赁费用增加等问题。
3) 分层浇筑法
结构转换梁分两次浇筑、叠合成型。先施工转换梁的下半梁，待其达到一定强度后，再施工上半梁，上半梁浇筑时将下半梁作为承重结构。转换梁叠合面处位于梁腹，设计未考虑受力钢筋，施工单位需根据转换梁实际内力验算其负弯矩，在征得设计单位认可情况下增设负弯距钢筋来保证结构承载力。上半梁需在下半梁浇筑混凝土强度达到70% 时才能进行浇筑，本工程转换梁施工若采用此种施工方案，初步估算会增加15d 左右的工期。
经设计、施工、监理等部门协商，综合对比上述施工方案，最后提出采用一种新的结构转换梁施工方法———预应力斜拉杆转换梁施工技术(见图1) 。在结构转换层的下一结构层内已经达到一定强度的框架梁和框架柱之间，增加若干根预应力拉杆，作为普通梁的弹性支点，与梁柱组成一种新的组合式结构。在组合结构中，框架梁跨度变得更短，承载能力更大，可以承受大部分的施工荷载，从而可以减少施工层以下各结构层的支模体系的数量。另外，预应力使框架梁产生反拱，减小梁的总体变形。
图1预应力斜拉杆施工方向示意
3 预应力斜拉杆选择
3. 1 材料选择
转换层结构预应力劲性拉杆需根据其使用位置、受力大小，结合实际工程施工情况及施工造价控制，选用钢绞线或高强钢筋。本工程施工最大梁截面为1 200mm × 2 400mm，跨度6. 0m。经过结构受力计算，考虑预应力筋有效预应力值、预应力损失及钢材造价等问题，选用二级钢。
3. 2 预应力钢筋规格选用
本工程预应力劲性拉杆采用高强钢筋，其结构受力计算基于以下3 个假定: ①转换梁施工荷载全部由第5 层结构承担; ②转换层板荷载由3 ～ 5 层板共同承担; ③框架柱截面尺寸大，处于弹性受力状态且弹性变形较小，视为刚体。
基于上述假定，参照荷载规范计算得到转换层左塔梁荷载，根据计算出的梁线荷载，计算出每根预应力钢筋所承受的力，结构计算简图如图2 所示。设预应力钢筋水平长度a，计算长度L，竖向高度h =2 800mm，Es = 200 000N /mm2 ，梁线荷载q，钢筋拉力F。
图2计算简图
通过数学几何关系，应用结构力学知识，可初设水平长度a 值，计算斜拉杆钢筋拉力。由公式As= F/fy，可初步选定钢筋直径。预应力拉杆采用二级钢。经计算，本工程预应力高强钢筋规格选用有φ12，φ14，φ16，φ18，φ20，φ22，φ25 等几种。转换层梁截面尺寸多样，初步选定预应力钢筋规格及水平长度后，可通过有限元软件对结构转换层施工阶段进行内力分析，对于局部不满足强度或挠度要求的部位，可作调整。在斜拉杆钢筋规格选用时考虑40% ～ 50% 的强度富余系数。
4 预应力斜拉杆转换梁施工
4. 1 施工顺序
地上第5 层结构支设梁底模板后，绑扎梁钢筋，并将楼面预应力拉杆预埋件安装。支设梁侧模后，进行第5 层楼面混凝土浇筑，待其混凝土达到要求强度后，进行第5 层柱钢筋绑扎及柱上预应力拉杆预埋件安置。第5 层结构柱支模、浇筑、养护并达到一定强度后，调试、安装预应力斜拉杆。第6 层结构转换层支模体系搭建完成后，进行转换梁浇筑施工。
4. 2 施工要点
1) 转换层支模体系采用预应力斜拉杆施工技术，地上第5 层结构承受转换层结构( 第6 层) 自重并将施工荷载通过预应力斜拉杆传递至已达到要求强度的第5 层结构混凝土柱上，且保留第3，4 层结构模板支撑体系不拆。
2) 转换层最大截面尺寸1 200mm × 2 400mm，跨度6 000mm 的大梁，采用预应力斜拉杆施工技术时，荷载为72kN /m2 ，在此跨上增加4 根预应力拉杆，即梁增加了4 个支承点，则每个预应力取值为108kN，设计预应力值取为100kN。由于预应力值过大，不能一次张拉到位，所以要分阶段张拉，初始张拉值可取50kN，在施工过程中，边浇混凝土边施加预应力，分两次施加，最终达到设计值。其他较大截面梁也采用同样的分阶段张拉方法。
3) 转换梁混凝土浇筑属于大体积混凝土施工，需采用降温和测温技术进行混凝土抗裂及温差控制。
4. 3 模板支撑系统
转换梁模板全部采用15mm 厚优质木胶合板，侧模加固内楞采用60mm × 100mm 方木，外楞采用φ48 钢管，并采用φ14 钢筋作为拉杆进行对拉。内楞间距250mm，外楞及拉杆间距400mm × 400mm，为防止对拉杆端头螺母滑丝，需对拉杆两端全部套双螺母。梁底模肋条为60mm × 100mm 方木，间距200mm。经过计算，该模板体系的强度和刚度均满足要求。
转换层采用钢管满堂脚手架支撑体系。梁底立杆纵、横两个方向间距均为500mm，梁底横杆间距500mm，其他部位立杆间距1 000mm × 1 000mm，横杆步距1 500mm。经过验算，该支撑体系能满足强度和稳定性要求。为提高满堂脚手架整体刚度，加设剪刀撑使其满足刚度要求，剪刀撑间距1 500mm。
4. 4 鋼筋工程与混凝土工程
由于转换层相对于其他结构层的特殊性，其楼层配筋较多，导致钢筋工程实施也较为复杂。需采取相应措施，有效地进行钢筋工程，且转换梁混凝土浇筑属于大体积混凝土施工，需控制其混凝土内外温差，使之不超过25℃，以防止表面开裂; 控制混凝土冷却过程中的总温差和降温速度，以防止基底开裂。
5 结语
传统的施工方案常采用层层卸载法，转换层以下每层均需设置支撑，共需支撑5 层。采用预应力斜拉杆转换梁施工方法后，仅需搭设转换层及其下2 层支撑体系，与传统的层层卸载法施工方案相比，缩短工期近20d，有显著的综合效益。在转换梁模板全部拆除后，发现该转换层整个梁体内实外光，没有裂缝，也未出现梁体下沉等现象，施工质量良好。此次预应力斜拉杆施工方法在工程实践中的成功应用，为今后高层转换层施工提供了新的施工选择方案。