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洛阳国际贸易中心梁式转换层支撑体系施工技术
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内容提示：转换层是高层建筑的重要结构层,其施工方案直接决定了工程的施工质量、安全、工期和效益。结合洛阳国际贸易中心工程实践,对梁式转换层结构施工方案尤其是支撑体系进行了优化设计,通过类比分析,综合采用了荷载传递、埋设钢管、叠合浇筑方法。同时进行了支撑体系承载力验算、主要杆件受力验算,并对支撑体系采取框支柱根部设置预埋件、立杆下垫钢板等加强措施,保证工程质量,并取得明显的经济效益。
转换层是综合性高层建筑工程中用于层间空间转变的重要结构层,梁式转换层是其中常用的结构形式。文献[1-3]对梁式转换层施工进行了研究,涉及模板工程、混凝土工程等内容,取得了一定经验。转换层施工过程中支撑体系的科学与合理设置是决定施工质量及工程安全性的关键环节,然而现有的支撑体系大多建立在经验基础上,缺乏理性分析与计算。因此结合洛阳国际贸易中心工程,对高层房屋建筑工程梁式转换层结构施工技术方案进行优化设计、方案比选和计算分析,力图建立科学合理的支撑体系,为同类工程设计及施工提供参考。（参考《建筑中文网》）
1 工程概况
洛阳国际贸易中心工程地上29层、地下1层,建筑面积79026m2,总高度103·8m。地下1层~地上5层是框支剪力墙结构,6~29层是剪力墙结构;转换层设在5层,层高6·0m。整个工程由3个结构体系基本一致的塔楼组成,中间采用宽350mm的抗震缝分开。
2 结构特点
1)本工程转换层采用梁式结构,设计在5层(结构层顶标高为27·60m),达到此类钢筋混凝土结构设计的上限,结构极为重要。
2)转换层梁的规格种类繁多,梁高600~2400mm,变化跨度较大。框支梁截面尺寸最大达到800mm×2400mm,板厚250mm,整个结构荷载较大。
3)框支梁、柱配筋直径大、数量多,非常密集。根据《平面整体表示方法 制图规则和构造详图》03G101规定,柱和框支梁主筋锚固较复杂;上部结构短肢剪力墙的所有竖向受力钢筋须插筋预埋,钢筋定位较困难。4)转换层混凝土浇筑量大,施工人员多,浇筑方法和施工荷载也是转换层施工需要重点解决的问题。
3 施工方案比选
梁式结构转换层因其特殊性,结构施工中必须合理选用模板支撑方案。综合考虑支撑布置对转换层下部结构梁板承载力的影响,确定支撑体系的布置形式,是转换层施工技术方案选择的主要内容。
3·1 一次性支模体系
模板支撑从转换层底部一直支撑到底层地面。这种方案简单但需要大量的模板支撑材料,很不经济。
3·2 叠合梁
将1根框支梁分为2~3次浇筑,先浇筑下部梁,待混凝土强度达到100%后,再浇筑中部梁和上部梁。采用此方案,支撑体系只考虑承受第1次的混凝土自重和施工荷载,可减小下部钢管支撑的荷载,减少一定量的周转材料。但是,这种方案梁的高度变化大,无法统一浇筑,很难保证施工缝的规范留置,容易污染和破坏已成型的钢筋骨架;混凝土工序延长使工期加长,转换层以下第3、4层梁板模板及其支撑体系拆除时间延长,增加了施工费用。
3·3 附加型钢或桁架支撑体系
首先施工框支柱、剪力墙至框支梁底标高处,在框支柱和剪力墙上提前埋设铁件,然后在铁件上焊接牛腿,用牛腿承托型钢或军用桁架,形成附加支撑体系,待柱、墙的混凝土强度达到设计的80%后,承担转换梁的施工荷载。这种方案需要投入大量钢材,一次性投资非常大,施工工艺较复杂,焊接和埋件埋设精度高,工艺增加使工期加长,既不经济、施工速度又慢。
3·4 荷载传递、埋设埋件、叠合浇筑综合法
工程设计时,考虑到由于转换层荷载传递变化引起的应力不均匀性,转换层板厚设计为250mm,第4层板厚设计为160mm,且增大了第4、5层板的配筋率;采用商品泵送混凝土,施工分3个区单独进行,确保混凝土施工连续;后期工程中设计的钢板埋件较多,可以提前购进加工成小尺寸钢板,作为竖向支撑杆件的垫板。
1)荷载传递 转换层自重和施工荷载通过模板和支撑体系传向竖向构件和下部结构顶部梁板。支撑体系要求解决下部支撑的刚度和稳定性,尤其是转换梁的支撑和荷载分散问题。经估算,第4层顶板强度能够满足要求,仅将第4层梁板支撑立杆纵横间距在第4层施工时加大为0·7~0·9m,每跨结构间剪刀撑不少于2道,支撑立杆均加设扫地杆,其余墙柱模板支撑按原施工方案不变。
2)埋设埋件和转换梁支撑 荷载传递中重点解决的是转换梁的荷载传递,其荷载在向下部结构传递的同时,也向竖向构件传递和分散。转换梁支撑采用埋设附加钢管支撑桁架和梁下钢管排架的综合受力支撑体系。转换层自重和施工荷载由两部分承担:①利用转换层下部结构柱的传力作用来分担 由柱根部预埋的4排钢管斜撑杆组成的平面桁架支撑(见图1),桁架斜撑杆间距为600mm,水平拉杆间距均≤1200mm;②由梁下设置的排架体系承担(见图1) 排架立杆间距600mm,大横杆间距850mm,梁底用水平钢管和方木间隔密布作为模板背楞。所有支撑材料采用Φ48mm×3·5mm的Q235钢管,为确保支撑架施工过程中使用安全可靠,验算支撑受力性能时,钢管降低规格(按Φ48mm×3·0mm)验算复核,即截面面积A=423·9mm2,截面系数W=4490·69mm3。
图1 转换梁支撑示意
Fig.1 Transfer beam support
3)叠合浇筑 浇筑混凝土过程中,采用分层施工,每层厚400~600mm,短时间间断浇筑,在下层混凝土初凝前,将上一层混凝土浇筑完毕。这样减小混凝土的侧压力,保证框支梁侧模安全。
经过对以上4种施工技术方案比选,决定选用第4种,即荷载传递、埋设埋件、叠合浇筑综合法。
4 支撑体系承载力验算
4·1 施工荷载确定
荷载包括钢筋混凝土自重和施工活荷载,以及混凝土振捣产生的竖向荷载。根据规范规定,恒荷载分项系数取1·2,活荷载分项系数取1·4。
1)各分项荷载:模板及支架重1·1kN/m2;新浇混凝土24kN/m3;混凝土中钢筋自重1·5kN/m3;人员及设备2·5kN/m2;振捣荷载2·0kN/m2。
2)按框支梁宽0·8m、高2·47m、长1·0m考虑,最大荷载q=64·848N/mm。
4·2 主要杆件受力验算
空间排架由多个平面排架组成,由小横杆的受力方向和挠度确定。计算时可以先考虑0·8m宽的梁设4排平行排架,立杆间距为600mm,小横杆间距为600mm,跨度为600mm,水平杆和方木小楞间隔密排(水平杆5根),水平杆主要承受模板传递的竖向均布荷载,大横杆最大间距为850mm,中间设剪刀撑;其中立杆、水平杆、大横杆、小横杆均为Φ48mm×3·5mm钢管。梁底支撑截面如图2所示。
图2 框支梁梁底支撑截面
Fig.2 Section of frame-supported beam
4·2·1 梁底水平杆(模板背楞)
1)抗弯强度验算(按均布荷载三等跨连续梁计算)
M=0·177ql2=4·132×106N·mm;σ=M/W=920·126N/mm2<f=5×205=1025N/mm2,满足要求。式中:M为梁底弯矩;l为小横杆间距,取600mm;f为钢材抗弯强度设计值,f=205N/mm2。
2)挠度验算 ω=0·0099ql4/(EI)=0·375mm<l/250=2·4mm,满足要求。式中:E为钢材弹性模量,E=206000N/mm2;I为钢管截面惯性矩(mm4)。采用同样方法验算小横杆的抗弯强度和挠度,均符合要求。
4·2·2 斜(竖)支撑
由背楞传来的集中荷载分布在背楞的每个支点上,每榀排架支撑钢管受力即可确定。按稳定性分析,每m荷载N1:
N1=64848/4=16212N<N=φ1A1[f]=69085·1N,满足要求。式中:N为每根钢管立杆允许荷载;φ1为构件轴心受压稳定系数,查表得φ1=0·795;A1为钢管截面面积;[f]为钢材抗压强度设计值,取205N/mm2。
斜撑最大压力(按斜撑分担50%荷载考虑)N2为:
N2=N1×1·2×50%=9727N<N.
由以上得知,支撑体系能够满足强度和刚度要求。
5 支撑体系加强措施
5·1 斜支座桁架斜撑杆支座处,框支柱根部预埋短钢管或32钢筋,将其与斜撑杆连接后支承斜撑杆(见图3)。
图3 框支柱根部埋件示意
Fig.3 Root embedded parts of frame-supported column
5·2 支座
为减小立杆对混凝土面的局部压应力,采取以下加强方案:框支梁下排架立杆均垫不小于150mm×150mm×12mm钢板,纵向加设扫地杆和剪刀撑;400mm×1200mm框支梁下立杆垫钢板不小于150mm×150mm×10mm;其余梁板部分均垫150mm×150mm×9mm的竹胶板,并在扫地杆下垫长100~300mm短方木分散压力(见图4)。
1 工程概况
洛阳国际贸易中心工程地上29层、地下1层,建筑面积79026m2,总高度103·8m。地下1层~地上5层是框支剪力墙结构,6~29层是剪力墙结构;转换层设在5层,层高6·0m。整个工程由3个结构体系基本一致的塔楼组成,中间采用宽350mm的抗震缝分开。
2 结构特点
1)本工程转换层采用梁式结构,设计在5层(结构层顶标高为27·60m),达到此类钢筋混凝土结构设计的上限,结构极为重要。
2)转换层梁的规格种类繁多,梁高600~2400mm,变化跨度较大。框支梁截面尺寸最大达到800mm×2400mm,板厚250mm,整个结构荷载较大。
3)框支梁、柱配筋直径大、数量多,非常密集。根据《平面整体表示方法 制图规则和构造详图》03G101规定,柱和框支梁主筋锚固较复杂;上部结构短肢剪力墙的所有竖向受力钢筋须插筋预埋,钢筋定位较困难。4)转换层混凝土浇筑量大,施工人员多,浇筑方法和施工荷载也是转换层施工需要重点解决的问题。
3 施工方案比选
梁式结构转换层因其特殊性,结构施工中必须合理选用模板支撑方案。综合考虑支撑布置对转换层下部结构梁板承载力的影响,确定支撑体系的布置形式,是转换层施工技术方案选择的主要内容。
3·1 一次性支模体系
模板支撑从转换层底部一直支撑到底层地面。这种方案简单但需要大量的模板支撑材料,很不经济。
3·2 叠合梁
将1根框支梁分为2~3次浇筑,先浇筑下部梁,待混凝土强度达到100%后,再浇筑中部梁和上部梁。采用此方案,支撑体系只考虑承受第1次的混凝土自重和施工荷载,可减小下部钢管支撑的荷载,减少一定量的周转材料。但是,这种方案梁的高度变化大,无法统一浇筑,很难保证施工缝的规范留置,容易污染和破坏已成型的钢筋骨架;混凝土工序延长使工期加长,转换层以下第3、4层梁板模板及其支撑体系拆除时间延长,增加了施工费用。
3·3 附加型钢或桁架支撑体系
首先施工框支柱、剪力墙至框支梁底标高处,在框支柱和剪力墙上提前埋设铁件,然后在铁件上焊接牛腿,用牛腿承托型钢或军用桁架,形成附加支撑体系,待柱、墙的混凝土强度达到设计的80%后,承担转换梁的施工荷载。这种方案需要投入大量钢材,一次性投资非常大,施工工艺较复杂,焊接和埋件埋设精度高,工艺增加使工期加长,既不经济、施工速度又慢。
3·4 荷载传递、埋设埋件、叠合浇筑综合法
工程设计时,考虑到由于转换层荷载传递变化引起的应力不均匀性,转换层板厚设计为250mm,第4层板厚设计为160mm,且增大了第4、5层板的配筋率;采用商品泵送混凝土,施工分3个区单独进行,确保混凝土施工连续;后期工程中设计的钢板埋件较多,可以提前购进加工成小尺寸钢板,作为竖向支撑杆件的垫板。
1)荷载传递 转换层自重和施工荷载通过模板和支撑体系传向竖向构件和下部结构顶部梁板。支撑体系要求解决下部支撑的刚度和稳定性,尤其是转换梁的支撑和荷载分散问题。经估算,第4层顶板强度能够满足要求,仅将第4层梁板支撑立杆纵横间距在第4层施工时加大为0·7~0·9m,每跨结构间剪刀撑不少于2道,支撑立杆均加设扫地杆,其余墙柱模板支撑按原施工方案不变。
2)埋设埋件和转换梁支撑 荷载传递中重点解决的是转换梁的荷载传递,其荷载在向下部结构传递的同时,也向竖向构件传递和分散。转换梁支撑采用埋设附加钢管支撑桁架和梁下钢管排架的综合受力支撑体系。转换层自重和施工荷载由两部分承担:①利用转换层下部结构柱的传力作用来分担 由柱根部预埋的4排钢管斜撑杆组成的平面桁架支撑(见图1),桁架斜撑杆间距为600mm,水平拉杆间距均≤1200mm;②由梁下设置的排架体系承担(见图1) 排架立杆间距600mm,大横杆间距850mm,梁底用水平钢管和方木间隔密布作为模板背楞。所有支撑材料采用Φ48mm×3·5mm的Q235钢管,为确保支撑架施工过程中使用安全可靠,验算支撑受力性能时,钢管降低规格(按Φ48mm×3·0mm)验算复核,即截面面积A=423·9mm2,截面系数W=4490·69mm3。
图1 转换梁支撑示意
Fig.1 Transfer beam support
3)叠合浇筑 浇筑混凝土过程中,采用分层施工,每层厚400~600mm,短时间间断浇筑,在下层混凝土初凝前,将上一层混凝土浇筑完毕。这样减小混凝土的侧压力,保证框支梁侧模安全。
经过对以上4种施工技术方案比选,决定选用第4种,即荷载传递、埋设埋件、叠合浇筑综合法。
4 支撑体系承载力验算
4·1 施工荷载确定
荷载包括钢筋混凝土自重和施工活荷载,以及混凝土振捣产生的竖向荷载。根据规范规定,恒荷载分项系数取1·2,活荷载分项系数取1·4。
1)各分项荷载:模板及支架重1·1kN/m2;新浇混凝土24kN/m3;混凝土中钢筋自重1·5kN/m3;人员及设备2·5kN/m2;振捣荷载2·0kN/m2。
2)按框支梁宽0·8m、高2·47m、长1·0m考虑,最大荷载q=64·848N/mm。
4·2 主要杆件受力验算
空间排架由多个平面排架组成,由小横杆的受力方向和挠度确定。计算时可以先考虑0·8m宽的梁设4排平行排架,立杆间距为600mm,小横杆间距为600mm,跨度为600mm,水平杆和方木小楞间隔密排(水平杆5根),水平杆主要承受模板传递的竖向均布荷载,大横杆最大间距为850mm,中间设剪刀撑;其中立杆、水平杆、大横杆、小横杆均为Φ48mm×3·5mm钢管。梁底支撑截面如图2所示。
图2 框支梁梁底支撑截面
Fig.2 Section of frame-supported beam
4·2·1 梁底水平杆(模板背楞)
1)抗弯强度验算(按均布荷载三等跨连续梁计算)
M=0·177ql2=4·132×106N·mm;σ=M/W=920·126N/mm2<f=5×205=1025N/mm2,满足要求。式中:M为梁底弯矩;l为小横杆间距,取600mm;f为钢材抗弯强度设计值,f=205N/mm2。
2)挠度验算 ω=0·0099ql4/(EI)=0·375mm<l/250=2·4mm,满足要求。式中:E为钢材弹性模量,E=206000N/mm2;I为钢管截面惯性矩(mm4)。采用同样方法验算小横杆的抗弯强度和挠度,均符合要求。
4·2·2 斜(竖)支撑
由背楞传来的集中荷载分布在背楞的每个支点上,每榀排架支撑钢管受力即可确定。按稳定性分析,每m荷载N1:
N1=64848/4=16212N<N=φ1A1[f]=69085·1N,满足要求。式中:N为每根钢管立杆允许荷载;φ1为构件轴心受压稳定系数,查表得φ1=0·795;A1为钢管截面面积;[f]为钢材抗压强度设计值,取205N/mm2。
斜撑最大压力(按斜撑分担50%荷载考虑)N2为:
N2=N1×1·2×50%=9727N<N.
由以上得知,支撑体系能够满足强度和刚度要求。
5 支撑体系加强措施
5·1 斜支座桁架斜撑杆支座处,框支柱根部预埋短钢管或32钢筋,将其与斜撑杆连接后支承斜撑杆(见图3)。
图3 框支柱根部埋件示意
Fig.3 Root embedded parts of frame-supported column
5·2 支座
为减小立杆对混凝土面的局部压应力,采取以下加强方案:框支梁下排架立杆均垫不小于150mm×150mm×12mm钢板,纵向加设扫地杆和剪刀撑;400mm×1200mm框支梁下立杆垫钢板不小于150mm×150mm×10mm;其余梁板部分均垫150mm×150mm×9mm的竹胶板,并在扫地杆下垫长100~300mm短方木分散压力(见图4)。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201004/14310.htm
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