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摘要: 本文结合工程实例，介绍了厚板转换层的设计与施工中的模板支撑、钢筋绑扎、大体积混凝土裂缝控制等技术,仅供参考。
关键词: 高层建筑; 转换层;施工技术
Abstract: combining with engineering example, the paper introduces the thick plate conversion layers of the design and construction of the formwork support, steel binding, big volume concrete crack control technology, only supplies the reference.
Keywords: high building; Conversion layers; Construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号
1 工程概况
该工程为框支剪力墙结构形式的高层建筑, 3 层以下为大空间商业用房, 3 层以上是剪力墙结构的住宅楼, 第3 层为厚板式结构转换层, 其结构平面见图1。
图1 第3 层厚板结构平面示意图
整个上部住宅结构的荷载均通过第3 层1.6 m厚板结构转换层传递给下层柱, 最后传递给1.8 m厚的地下室底板。设计时考虑除1.6 m 厚板区域外, 其余板厚为400 mm, 在厚、薄板交接处, 增加了1 200 mm宽的加腋构造(详见图2)。本工程1 层净高为5.02 m, 2 层净高为4.35 m。2 层为室内汽车库, 楼面板厚度为180 mm, 该层设计活荷载为10 kN/m2。
图2 加腋部分构造示意图
2 厚板结构转换层的结构设计
2.1 结构布置
本工程1～2 层为大空间商场, 3 层以上为高层住宅,且上下柱网轴线无法对齐。如采用梁式转换, 则转换的次数较多。而采用厚板结构转换层, 结构布置较为简单, 在六度抗震设防时, 规范也是允许使用的。这样, 较好地解决了“ 建筑功能”和“ 结构布置”之间的矛盾, 解决了上部结构荷载的有效下传问题。
2.2 厚板结构转换层设计中的有关问题
( 1) 本工程由SATWE 主算, 并由PMSAP 校核。但对于厚板受力复杂部位, 宜由ANSYS 进行应力校核是比较合适的。
( 2) 本工程对结构抗震设计进行了较为严格的控制,要求“ 转换层”上、下结构之等效侧向刚度比应接近于1( 实际计算X向为0.98, Y向为1.12) 。
( 3) 为有效地将水平地震作用传递给竖向构件, 本工程将转换层上、下各一层的楼板作适当加厚至150 mm。
2.3 厚板结构转换层设计中的相应构造措施
( 1) 为改善板的受力, 本工程在框支柱之间及剪力墙之下的板中加设暗梁, 作为第二道受力防线, 并在板中间设置抗收缩构造钢筋。
( 2) 为防止转换层板端沿厚度方向产生层状水平裂缝,在板外周边配置双向φ16@200 mm钢筋骨架进行加强。
( 3) 考虑到厚、薄板板厚之间差异, 在厚板与薄板交汇处采用加腋过渡, 并设一定配筋。
2.4 厚板结构转换层的设计中尚应注意的問题
除规范规定范围要求的安全性之外, 当厚板浇筑为高温季节时, 必须注意实际的温度应力; 冬季应非常注意温度收缩应力产生之效果, 除施工质量应有所保证之外, 尚宜对厚板四周采用保温、隔热措施。
3 厚板结构转换层的施工技术
根据本工程特点, 混凝土浇筑以变形缝为界分段组织流水, 采用混凝土一次浇筑的方案进行施工。
3.1 模板支撑体系
3.1.1 板底模板支撑的设计
3.1.1.1 荷载取值:
荷载折减系数k 取: 0.9
用于强度验算荷载值为: 47.06 kN/m2
用于挠度验算荷载值为: 43.91 kN/m2
3.1.1.2 模板验算
( 12 mm厚竹胶合板模板, 按3 跨连续梁计算)
M= 56 946 N•mm σ=2.37 N/mm2 ≤f m=20 N/mm2
3.1.1.3 小楞验算
( 小楞采用φ48×3.5 mm钢管, 按简支梁计算)
抗弯强度验算M=371 875 N•mm
σ=73.20 N/mm2 ≤f m=205 N/mm2
挠度验算w=0.28 mm ≤[w] =1.1 mm
3.1.1.4 大楞验算
( 大楞采用φ48×3.5 mm钢管, 按3 跨连续梁计算)
抗弯强度验算M=743 749 N•mm
σ=146.410 N/mm2 ≤f m=205 N/mm2
挠度验算w=0.57 mm ≤[w] =1.1 mm
3.1.1.5 钢管立柱验算
N=14.99 kN σ=70.64 kN/m2 ≤f m=205 N/mm2
3.1.2 支撑体系配置
结构转换层模板采用12 mm厚竹胶合模板, 支撑采用三层连续性支撑, 整个排架体系均采用φ48×3.5 mm钢管与扣件搭成排架, 立杆采用定尺钢管。通过排架支撑设计,确定厚板区域及加腋部位地下室顶板、2 层、3 层的立杆间距均为550 mm×550 mm, 同时应设扫地杆、纵向横向水平杆和剪刀撑, 水平杆的步距控制在1.50 m以内。薄板区域支撑排架立杆间距为700 mm, 并按计算要求在加腋部位设置斜撑, 与厚板区支撑连成排架体系。
3.1.3 底模支撑系统
三层排架支撑体系支撑时为保证钢管处于轴心受压状态下受力, 在排架顶端与底部配有顶托和底座, 通过对顶托和底座支撑部分长度调节保证立杆体系全部采用对接连接, 确保轴心受压, 保证立杆承载能力。
本工程采用的立杆顶托宽度为150 mm, 在顶托内两侧布置2 根50 mm×50 mm的木方, 钢管大楞正好布置在木方中间被卡紧, 顶托与竖向钢管连接后外露部分距离应严格控制在150 mm之内(图3)。
每根立杆下均设置底座, 底座安装在立杆根部, 防止立杆下沉, 并将上部荷载分散传递给下层楼面。底座采用脚手架上使用的可调垫座, 由150 mm×150 mm× 8 mm钢板、立杆管、可调式螺杆、手柄螺母等组成, 垫座与竖向钢管连接外露部分距离应控制在200 mm之内( 图4) 。
图3 支撑顶托示意图
图4 支撑底座示意图
为增强整个钢管排架体系侧向刚度, 要求水平杆与框架柱抱紧, 或与剪力墙抵紧, 使整个排架体系与结构相连,同时在架体中部设置一道水平剪刀撑, 加强整个排架支撑体系的稳定性。
3.1.4 下层模板支撑系统
由于转换层结构模板支撑的荷载较大, 3 层排架体系立杆所承受的荷载, 对2 层结构以及地下室顶板的支撑系统的影响可简化为均布荷载计算, 以3 层楼面中间最大的一块厚板为计算区域, 共需要1 500 根左右立杆, 面积约为470 m2。本工程2 层楼面排架体系计算时, 考虑到2 层楼面设计时活荷载为10 kN/m2, 计算时应按47.85- 10=37.85 kN/m2 折减, 通过计算, 2 层结构自身强度不能满足要求, 2 层结构模板支撑必须予以保留, 并按每根立杆承受13.767 kN以上荷载设置支撑系统。本工程实际施工中保留了2 层及地下室顶板结构的模板支撑, 并按3 层转换层结构模板支撑立杆的间距设置支撑系统。
3.1.5 侧向模板支撑
1 600 mm厚板侧边模板采用18 mm厚木胶合模板,50 mm×100 mm 木楞@300 mm, 外横楞采用双根φ48×35 mm 钢管, 下端及上口离侧模边50 mm, 中部间距@500 mm, φ16 mm对拉螺栓间距为@500 mm双向, 并与板内水平钢筋焊牢, 做法见图5 侧模支撑示意图。
图5 侧向模板支撑示意图
3.1.6 架体加载监测
为确保转换层支撑模板的强度和整体稳定性, 我们对支撑顶托与底座连接单元进行了破坏性试验, 为模板设计提供参数, 以1kN/s 的速度均匀加荷, 检测其承载能力能否达到产品性能要求, 试验数据如表1 所示。
表1支撑破坏试验结果
序号 样本号 破坏荷载/Kn
1 顶托1 54.6
2 顶托2 52.3
3 顶托3 55.7
4 底座1 52.4
5 底座2 51.8
6 底座3 50.9
同时在现场按模板设计方案模拟搭设2.75 m×2.2 m区域的支撑排架, 进行堆载试验验证。试验采用钢筋堆载,荷载按设计荷载51 kN/m2 的1.5 倍, 即76.5 kN/m2 考虑, 分5 次进行加载, 每次持荷时间为2~ 3 h, 堆载结束后持荷2 h。用百分表对各阶段进行横杆挠度和立杆压缩变形、垂直度的检测, 经检测均符合设计和验收规范的要求。
3.2 钢筋绑扎的相关措施
（1）转换层厚板区域用钢量较大, 直径较粗。对于粗直径钢筋和暗梁上部钢筋, 在框支柱和剪力墙边缘柱的范围内向下延伸2.80 m的弯头钢筋连接, 均采用了剝肋滚压直螺纹钢筋连接技术。
（2）在厚、薄板交接处加腋部位等应力集中区域增抗裂钢筋, 控制混凝土裂缝产生。
（3） 对于板内暗梁部分箍筋, 征得设计同意, 改为“ U”形开口箍筋, 梁筋绑扎完成后即电焊封闭。钢筋绑扎完成后经见证取样试验和隐蔽验收合格后进行混凝土浇筑。
3.3 混凝土施工
3.3.1 配合比设计
转换层C45 商品混凝土, 采用“ 双掺”技术, 在保证强度的条件下尽可能减少水泥用量, 经多次试配确定混凝土配合比为: 42.5 水泥∶砂∶石∶水∶JM- Ⅲ∶矿粉∶粉煤灰=370∶653∶1088∶180∶32∶46∶46。转换层混凝土在高温季节浇筑, 初凝时间控制在8~ 10 h。
3.3.2 混凝土浇筑和养护
为保证模板支撑架体稳定, 转换层混凝土浇筑在2 层墙柱混凝土强度满足要求后进行。根据本工程特点, 混凝土浇筑以变形缝为界分段一次浇筑完成, 每段混凝土均由转换层中间向两边对称进行, 厚板区域分3 层浇筑, 第1、2 层厚度控制为600, 第3 层为400 同薄板一起浇筑。
根据大体积混凝土抗裂计算确定, 在厚板区域及加腋部位混凝土初凝后即采用1 层塑料薄膜和2 层草包进行保温保湿覆盖, 其余400 mm薄板区采用1 层塑料薄膜覆盖,同时减缓侧模的拆模时间, 浇水保湿养护14 d。
3.3.3 测温和裂缝控制
转换层大体积混凝土测温根据厚板区块设置6 个测温区段, 每个区段布置一个测点, 并沿高度方向设3 个不同高度的测温位置进行测温。根据监测要求在混凝土温度上升阶段每2 h 测定一次, 温度初期下降阶段每4 h 测定一次, 同时监测大气温度。整个测温工作从混凝土浇筑12 h后持续12 d。
根据监测结果, 测温3 d 后实测中心最高温度为73℃,与理论计算70.4℃基本吻合, 之后混凝土内部温度呈由高向低发展趋势逐步下降。最终根据测温结果, 混凝土表面与室外最低大气温度相差小于20℃后, 掀除保温层, 确保在整个养护期间混凝土表面与中心温差以及保温层掀除后表面与大气温差始终小于25℃, 满足规范要求, 有效地控制了混凝土内部裂缝的产生。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 高层建筑; 转换层;施工技术
Abstract: combining with engineering example, the paper introduces the thick plate conversion layers of the design and construction of the formwork support, steel binding, big volume concrete crack control technology, only supplies the reference.
Keywords: high building; Conversion layers; Construction technology
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号
1 工程概况
该工程为框支剪力墙结构形式的高层建筑, 3 层以下为大空间商业用房, 3 层以上是剪力墙结构的住宅楼, 第3 层为厚板式结构转换层, 其结构平面见图1。
图1 第3 层厚板结构平面示意图
整个上部住宅结构的荷载均通过第3 层1.6 m厚板结构转换层传递给下层柱, 最后传递给1.8 m厚的地下室底板。设计时考虑除1.6 m 厚板区域外, 其余板厚为400 mm, 在厚、薄板交接处, 增加了1 200 mm宽的加腋构造(详见图2)。本工程1 层净高为5.02 m, 2 层净高为4.35 m。2 层为室内汽车库, 楼面板厚度为180 mm, 该层设计活荷载为10 kN/m2。
图2 加腋部分构造示意图
2 厚板结构转换层的结构设计
2.1 结构布置
本工程1～2 层为大空间商场, 3 层以上为高层住宅,且上下柱网轴线无法对齐。如采用梁式转换, 则转换的次数较多。而采用厚板结构转换层, 结构布置较为简单, 在六度抗震设防时, 规范也是允许使用的。这样, 较好地解决了“ 建筑功能”和“ 结构布置”之间的矛盾, 解决了上部结构荷载的有效下传问题。
2.2 厚板结构转换层设计中的有关问题
( 1) 本工程由SATWE 主算, 并由PMSAP 校核。但对于厚板受力复杂部位, 宜由ANSYS 进行应力校核是比较合适的。
( 2) 本工程对结构抗震设计进行了较为严格的控制,要求“ 转换层”上、下结构之等效侧向刚度比应接近于1( 实际计算X向为0.98, Y向为1.12) 。
( 3) 为有效地将水平地震作用传递给竖向构件, 本工程将转换层上、下各一层的楼板作适当加厚至150 mm。
2.3 厚板结构转换层设计中的相应构造措施
( 1) 为改善板的受力, 本工程在框支柱之间及剪力墙之下的板中加设暗梁, 作为第二道受力防线, 并在板中间设置抗收缩构造钢筋。
( 2) 为防止转换层板端沿厚度方向产生层状水平裂缝,在板外周边配置双向φ16@200 mm钢筋骨架进行加强。
( 3) 考虑到厚、薄板板厚之间差异, 在厚板与薄板交汇处采用加腋过渡, 并设一定配筋。
2.4 厚板结构转换层的设计中尚应注意的問题
除规范规定范围要求的安全性之外, 当厚板浇筑为高温季节时, 必须注意实际的温度应力; 冬季应非常注意温度收缩应力产生之效果, 除施工质量应有所保证之外, 尚宜对厚板四周采用保温、隔热措施。
3 厚板结构转换层的施工技术
根据本工程特点, 混凝土浇筑以变形缝为界分段组织流水, 采用混凝土一次浇筑的方案进行施工。
3.1 模板支撑体系
3.1.1 板底模板支撑的设计
3.1.1.1 荷载取值:
荷载折减系数k 取: 0.9
用于强度验算荷载值为: 47.06 kN/m2
用于挠度验算荷载值为: 43.91 kN/m2
3.1.1.2 模板验算
( 12 mm厚竹胶合板模板, 按3 跨连续梁计算)
M= 56 946 N•mm σ=2.37 N/mm2 ≤f m=20 N/mm2
3.1.1.3 小楞验算
( 小楞采用φ48×3.5 mm钢管, 按简支梁计算)
抗弯强度验算M=371 875 N•mm
σ=73.20 N/mm2 ≤f m=205 N/mm2
挠度验算w=0.28 mm ≤[w] =1.1 mm
3.1.1.4 大楞验算
( 大楞采用φ48×3.5 mm钢管, 按3 跨连续梁计算)
抗弯强度验算M=743 749 N•mm
σ=146.410 N/mm2 ≤f m=205 N/mm2
挠度验算w=0.57 mm ≤[w] =1.1 mm
3.1.1.5 钢管立柱验算
N=14.99 kN σ=70.64 kN/m2 ≤f m=205 N/mm2
3.1.2 支撑体系配置
结构转换层模板采用12 mm厚竹胶合模板, 支撑采用三层连续性支撑, 整个排架体系均采用φ48×3.5 mm钢管与扣件搭成排架, 立杆采用定尺钢管。通过排架支撑设计,确定厚板区域及加腋部位地下室顶板、2 层、3 层的立杆间距均为550 mm×550 mm, 同时应设扫地杆、纵向横向水平杆和剪刀撑, 水平杆的步距控制在1.50 m以内。薄板区域支撑排架立杆间距为700 mm, 并按计算要求在加腋部位设置斜撑, 与厚板区支撑连成排架体系。
3.1.3 底模支撑系统
三层排架支撑体系支撑时为保证钢管处于轴心受压状态下受力, 在排架顶端与底部配有顶托和底座, 通过对顶托和底座支撑部分长度调节保证立杆体系全部采用对接连接, 确保轴心受压, 保证立杆承载能力。
本工程采用的立杆顶托宽度为150 mm, 在顶托内两侧布置2 根50 mm×50 mm的木方, 钢管大楞正好布置在木方中间被卡紧, 顶托与竖向钢管连接后外露部分距离应严格控制在150 mm之内(图3)。
每根立杆下均设置底座, 底座安装在立杆根部, 防止立杆下沉, 并将上部荷载分散传递给下层楼面。底座采用脚手架上使用的可调垫座, 由150 mm×150 mm× 8 mm钢板、立杆管、可调式螺杆、手柄螺母等组成, 垫座与竖向钢管连接外露部分距离应控制在200 mm之内( 图4) 。
图3 支撑顶托示意图
图4 支撑底座示意图
为增强整个钢管排架体系侧向刚度, 要求水平杆与框架柱抱紧, 或与剪力墙抵紧, 使整个排架体系与结构相连,同时在架体中部设置一道水平剪刀撑, 加强整个排架支撑体系的稳定性。
3.1.4 下层模板支撑系统
由于转换层结构模板支撑的荷载较大, 3 层排架体系立杆所承受的荷载, 对2 层结构以及地下室顶板的支撑系统的影响可简化为均布荷载计算, 以3 层楼面中间最大的一块厚板为计算区域, 共需要1 500 根左右立杆, 面积约为470 m2。本工程2 层楼面排架体系计算时, 考虑到2 层楼面设计时活荷载为10 kN/m2, 计算时应按47.85- 10=37.85 kN/m2 折减, 通过计算, 2 层结构自身强度不能满足要求, 2 层结构模板支撑必须予以保留, 并按每根立杆承受13.767 kN以上荷载设置支撑系统。本工程实际施工中保留了2 层及地下室顶板结构的模板支撑, 并按3 层转换层结构模板支撑立杆的间距设置支撑系统。
3.1.5 侧向模板支撑
1 600 mm厚板侧边模板采用18 mm厚木胶合模板,50 mm×100 mm 木楞@300 mm, 外横楞采用双根φ48×35 mm 钢管, 下端及上口离侧模边50 mm, 中部间距@500 mm, φ16 mm对拉螺栓间距为@500 mm双向, 并与板内水平钢筋焊牢, 做法见图5 侧模支撑示意图。
图5 侧向模板支撑示意图
3.1.6 架体加载监测
为确保转换层支撑模板的强度和整体稳定性, 我们对支撑顶托与底座连接单元进行了破坏性试验, 为模板设计提供参数, 以1kN/s 的速度均匀加荷, 检测其承载能力能否达到产品性能要求, 试验数据如表1 所示。
表1支撑破坏试验结果
序号 样本号 破坏荷载/Kn
1 顶托1 54.6
2 顶托2 52.3
3 顶托3 55.7
4 底座1 52.4
5 底座2 51.8
6 底座3 50.9
同时在现场按模板设计方案模拟搭设2.75 m×2.2 m区域的支撑排架, 进行堆载试验验证。试验采用钢筋堆载,荷载按设计荷载51 kN/m2 的1.5 倍, 即76.5 kN/m2 考虑, 分5 次进行加载, 每次持荷时间为2~ 3 h, 堆载结束后持荷2 h。用百分表对各阶段进行横杆挠度和立杆压缩变形、垂直度的检测, 经检测均符合设计和验收规范的要求。
3.2 钢筋绑扎的相关措施
（1）转换层厚板区域用钢量较大, 直径较粗。对于粗直径钢筋和暗梁上部钢筋, 在框支柱和剪力墙边缘柱的范围内向下延伸2.80 m的弯头钢筋连接, 均采用了剝肋滚压直螺纹钢筋连接技术。
（2）在厚、薄板交接处加腋部位等应力集中区域增抗裂钢筋, 控制混凝土裂缝产生。
（3） 对于板内暗梁部分箍筋, 征得设计同意, 改为“ U”形开口箍筋, 梁筋绑扎完成后即电焊封闭。钢筋绑扎完成后经见证取样试验和隐蔽验收合格后进行混凝土浇筑。
3.3 混凝土施工
3.3.1 配合比设计
转换层C45 商品混凝土, 采用“ 双掺”技术, 在保证强度的条件下尽可能减少水泥用量, 经多次试配确定混凝土配合比为: 42.5 水泥∶砂∶石∶水∶JM- Ⅲ∶矿粉∶粉煤灰=370∶653∶1088∶180∶32∶46∶46。转换层混凝土在高温季节浇筑, 初凝时间控制在8~ 10 h。
3.3.2 混凝土浇筑和养护
为保证模板支撑架体稳定, 转换层混凝土浇筑在2 层墙柱混凝土强度满足要求后进行。根据本工程特点, 混凝土浇筑以变形缝为界分段一次浇筑完成, 每段混凝土均由转换层中间向两边对称进行, 厚板区域分3 层浇筑, 第1、2 层厚度控制为600, 第3 层为400 同薄板一起浇筑。
根据大体积混凝土抗裂计算确定, 在厚板区域及加腋部位混凝土初凝后即采用1 层塑料薄膜和2 层草包进行保温保湿覆盖, 其余400 mm薄板区采用1 层塑料薄膜覆盖,同时减缓侧模的拆模时间, 浇水保湿养护14 d。
3.3.3 测温和裂缝控制
转换层大体积混凝土测温根据厚板区块设置6 个测温区段, 每个区段布置一个测点, 并沿高度方向设3 个不同高度的测温位置进行测温。根据监测要求在混凝土温度上升阶段每2 h 测定一次, 温度初期下降阶段每4 h 测定一次, 同时监测大气温度。整个测温工作从混凝土浇筑12 h后持续12 d。
根据监测结果, 测温3 d 后实测中心最高温度为73℃,与理论计算70.4℃基本吻合, 之后混凝土内部温度呈由高向低发展趋势逐步下降。最终根据测温结果, 混凝土表面与室外最低大气温度相差小于20℃后, 掀除保温层, 确保在整个养护期间混凝土表面与中心温差以及保温层掀除后表面与大气温差始终小于25℃, 满足规范要求, 有效地控制了混凝土内部裂缝的产生。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。