疊合法在大截面高位轉換梁施工中的應用

羅　驥

(四川省第三建筑工程公司，四川成都 610051)

1　緒論

建筑物某層的上部與下部因平面使用功能不同而在該樓層的上部與下部采用不同的結構類型(剛度突變的樓層)，并通過該樓層進行結構轉換，那么該樓層稱為結構轉換層。具有結構轉換層的高層建筑低層多為商用，上部多為住宿或辦公，在低層的大空間與高層的多墻小空間之間，往往需要采用一定的結構形式進行轉換處理，即加設轉換層。轉換層常用的結構形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。

隨著房屋建筑市場的快速發(fā)展和不同使用功能對空間需求的變化，結構轉換層在高層建筑中經常出現(xiàn)。當轉換層位于較低的樓層，可直接將支撐搭設至建筑物基礎上，施工難度和成本不會增加太大。當轉換層位于較高樓層時(高位轉換)，由于構件截面面積大、荷載大，為了滿足承載能力要求，需要向下支撐若干層，甚至層層支撐至建筑物基礎，造成支撐架搭拆工作量大，成本、工期均不經濟，實施效果也不好控制。

本文結合工程實例，研究分析了疊合法在大截面高位轉換梁中的應用，通過疊合澆筑的方式減小施工荷載從而降低支撐難度，并處理好疊合面的混凝土結合問題，有效地解決轉換施工難題。

2　施工方式的現(xiàn)狀調查

轉換層大梁一般采用“一次性澆筑法”或“分層疊合澆筑法”進行混凝土澆筑。由于澆筑方式不同，則支撐體系的搭設參數(shù)不同，是否有疊合面也不同。

“一次性澆筑法”采用一次性澆筑轉換層，通過多層支撐體系將轉換層的施工荷載向下傳遞并由各層結構共同承擔或直接傳到結構的基礎地面。該方法的優(yōu)點是大梁可一次澆筑成型不留施工縫，整體效果好；缺點是支撐體系搭拆工程量大，成本、工期均不經濟。

“疊合澆筑法”是將轉換大梁分兩次澆筑疊合成型，該方法的優(yōu)點是模板支撐體系承受荷載相對較小，安全性較高，支撐體系搭拆工作量減少，節(jié)約工期和成本；缺點是需通過增加施工縫處理措施來保證施工縫結合質量。

本文通過調查分析不同施工方式的特點，對不同方式進行比較分析，得出分析結論，即疊合法的優(yōu)勢和可行性；同時提出解決疊合面混凝土結合問題的方法；并通過工程實例實踐驗證方式的可行性和有效性。

3　施工方式的對比分析

3.1　對比分析的方法

由于支撐架的設計有相應的技術規(guī)范可以參照，只需依照規(guī)范進行設計即可，本文只對支撐架的基礎(即樓蓋)進行對比分析。

首先對支撐架基礎的傳力計算模型按以下幾點進行假定：(1)假定各層樓蓋間的支撐架剛度足夠大，能把上一層樓蓋的變形完全有效地傳遞給下一層。(2)假定作為支撐架基礎的各層樓蓋豎向變形大致相同。(3)假定樓蓋變形產生的裂縫控制在混凝土最大裂縫寬度Wmax=0.3 mm以內，如圖1所示。

根據(jù)以上假定，按照GB 50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》第7.1節(jié)中有關裂縫控制的要求進行驗算，建立計算模型，在這種變形下反算出樓蓋產生的抗力設計值大小，各層進行累積，與作用組合效應設計值比較，如果抗力設計值大于作用組合效應設計值，那么可認定支撐樓蓋安全。

圖1　支撐架基礎荷載傳遞示意

3.2　對比分析的過程

本文以某工程為例，該工程轉換層位于第5層，屬高位梁式轉換，層高為6.95 m，單層建筑面積1 034 m2；梁截面尺寸700 mm×3 550 mm、800 mm×2 000 mm、1 250 mm×2 400 mm、2 400 mm×2 000 mm等，跨度大部分超過8 m。

施工中采用疊合法，選取最大截面梁(2 400 mm×2 000 mm)作為控制性構件，梁下第4層對應位置有兩根并排的截面尺寸為400 mm×1 000 mm的梁，第3層及以下每層的對應位置有兩根并排的截面尺寸為400 mm×700 mm的梁，地下共2層。按照施工縫在中性軸附近進行留設的原則，第一次澆筑高度900 mm，第二次澆筑高度1 100 mm；為方便施工，其余轉換梁的水平施工縫留設標高同最大轉換梁。根據(jù)計算結果，大部分支撐架共搭設3層即可滿足要求，如圖2所示。對于局部以樓板、樓梯板為支撐基礎的情況，通過計算另行設計支撐架搭設層數(shù)。施工縫按照相應措施進行處理，重點控制豎向插筋的位置和疊合面的清理，如圖3所示。支撐架的設計復核參照相關規(guī)范進行，本文不再贅述，轉換層腳手架搭設見圖4，混凝土成型效果見圖5。

圖2　支撐架搭設剖面

圖3　轉換疊合梁施工縫抗剪鋼筋留置

圖4　轉換層腳手架搭設現(xiàn)場照片

圖5　轉換層砼成型效果

3.2.1按“一次性澆筑法”復核各支撐結構層

(1)計算簡圖

根據(jù)轉換層支撐架施工方案，轉換梁下支撐立桿縱向間距450 mm，梁跨度為9.3 m，計算簡圖見圖6。

圖6　支撐梁復核計算簡圖

(2)作用力計算

通過計算得出：F=89.55 kNM=2155 kN·m

(3)第4層結構400 mm×1 000 mm梁的驗算

αs=25+25/2=37.5 mm

四層結構400 mm×1 000 mm梁按正常使用極限狀態(tài)計算

Ate=0.5bh=0.5×400×1000=2×105mm2

取混凝土最大裂縫寬度Wmax=0.3 mm

混凝土保護層厚度c=25 mm>20 mm，HRB400

ES=2×105N/mm2

ftk=2.01 N/mm2

ψ=1.1-0.65ftk/ρteσsk

σsk=220 N/mm2

按荷載的標準效應組合計算彎矩:

Ms=0.87×(1000-37.5)×2453×220=452 kN·m

兩根梁產生的標準效應組合計算彎矩大小為904 kN·m

砼梁的自重彎矩設計值M1= 1.35×1/8×25×0.4×1×9.3×9.3=146 kN·m

(4)第3層、2層、1層、負1層400 mm×700 mm梁的驗算

第3層、2層、1層、負1層400 mm×700 mm梁，按正常使用極限狀態(tài)計算

兩根梁產生的標準效應組合計算彎矩大小為354 kN·m

砼梁的自重彎矩設計值M2= 1.35×1/8×25×0.4×0.7×9.3×9.3=102 kN.m

(5)計算結果分析

1)轉換層產生彎矩設計值大小為M=2155 kN·m

2)400 mm×1 000 mm梁按正常使用狀態(tài)考慮的承載力標準值為Ms=452 kN·m，第3層、2層、1層、負1層400 mm×700 mm按正常使用狀態(tài)考慮的承載力標準值為Ms=177 kN·m，

由此可見

作用組合的效應設計值：M設總=M+M梁自重

=2155+146×2+102×2+102×2+102×2+102×2=3263 kN·m

抗力設計值：Ms×1.35=(452×2+177×2+177×2+177×2+177×2)×1.35=3132 kN·m

M設總> 3132 kN·m

由此可見利用各樓層的梁蓋是無法承載按“一次性澆筑法”施工轉換層時的施工荷載。

根據(jù)對支撐體系梁的計算可知，應保留第4層至負2層的支撐架，支撐立桿應支撐至筏板基礎上。

3.2.2按“疊合澆筑法”復核各支撐結構層。

根據(jù)施工方案，2 400 mm×2 000 mm梁分兩次進行澆筑，為了使疊合面盡量靠近梁的中和軸，第一次澆筑高度為900 mm，第二次澆筑高度為1 100 mm。轉換梁下支撐立桿縱向間距450 mm，梁跨度為9.3 m，計算簡圖見圖6。

(1)作用力計算

通過計算得出：F=32.16 kN，M=774.1 kN·m

(2)第4層結構400 mm×1000 mm梁的驗算

計算過程同上。

Ms=0.87×(1000-37.5)×2453×220=452 kN·m

兩根梁產生的標準效應組合計算彎矩大小為904 kN·m

砼梁的自重彎矩設計值M1= 1.35×1/8×25×0.4×1×9.3×9.3=146 kN·m

(3)第3層、2層、1層、負1層400 mm×700 mm梁的驗算

計算過程同上。

Ms=0.87×(700-35)×1256×244=177 kN·m

兩根梁產生的標準效應組合計算彎矩大小為354 kN·m

混凝土梁的自重彎矩設計值M2= 1.35×1/8×25×0.4×0.7×9.3×9.3=102 kN·m

(4)計算結果分析

1)轉換層對承重層400 mm×1000 mm梁產生彎矩設計值大小為Ms=774 kN·m。

2)第4層400 mm×1000 mm梁按正常使用狀態(tài)考慮的承載力標準值為Ms=452 kN·m，第3層、第2層400×700 mm按正常使用狀態(tài)考慮的承載力標準值為Ms=177 kN·m。

由此可見

作用組合的效應設計值：M設總=M+M梁自重

=774+146×2+102×2+102×2=1474 kN·m

抗力設計值：Ms×1.35=(452×2+177×2+177×2)×1.35=2176 KN·m

M設總< 2176 kN·m

根據(jù)對支撐體系基礎為梁時的計算可知，只需保留2層至4層的支撐架，利用2層至4層的樓蓋，就可滿足要求。

3.3　對比分析

根據(jù)對比分析得知，如采用“一次性澆筑法”，轉換層以下的各層樓蓋疊加都不能承載轉換層大梁的施工荷載，支撐架需要從筏板基礎搭設至第4層，共6層，搭拆工程量大，成本、工期均不經濟。而采用“疊合澆筑法”，施工荷載減小，只需保留三層支撐架，搭拆工程量明顯減少，安全、工期、成本均得到有效控制。

4　疊合面的處理

(1)為有效控制第一次澆筑混凝土的高度，便于疊合面的清理，梁側模板分兩次支設，第一次的支設高度同第一次的澆筑高度。

(2)在施工縫位置按一定間距和規(guī)格增加豎向插筋，增加抗剪性能，控制疊合面滑動。

(3) 二次澆筑前清理表面浮漿、松散石子等，用高壓水沖洗干凈，并在表面采用同標號水泥漿結合層。

5　結論

本文通過理論研究，分析了大截面高位轉換梁疊合法施工的可行性和優(yōu)勢，然后進行了實踐驗證，取得了較好的效果。首先，采用疊合法大大減小了施工荷載，降低了安全風險；同時，采用有效的疊合面處理措施，保證了工程質量；其次，減小了支撐架的搭拆工程量，節(jié)約費用約30%，節(jié)約工期約60天。希望本文能為類似工程施工提供一定參考。