转换层结构施工技术的应用研究

　　【摘要】在详细阐述转换层结构的定义、功能和分类的基础上，研究了钢筋混凝土转换层钢筋工程施工、转换层大体积混凝土的施工工艺、转换层结构的模板支撑系统等关键问题，对于转换层结构的施工技术与方案决策具有重要的现实意义。
　　关键词：转换层结构；施工技术；钢筋工程；大体积混凝土；模板支撑系统
　　1引言
　　我国目前的钢筋混凝土高层建筑一般在二十至五十层之间，其中尤以二十至三十五层居多。我国国内已建成的这个高度范围内的高层建筑占全部钢筋混凝土结构高层建筑的80%左右，可见这个高度范围内的高层建筑是与中国城市的经济发展和需求水平相适应的，因而应用最多。在建筑功能的要求上，高层建筑中很少是功能单一的住宅、写字楼或宾馆，高层钢筋混凝土建筑多是地下部分是人防、停车场，地上1-7层左右为商场、娱乐场所等，上部小开间的使用部分可以设置住宅、宾馆、或办公室。有统计表明，高层建筑中有转换层结构的占70%左右。带转换层的高层建筑转换层部分，由于梁、柱或板的尺寸较大，所以从模板的支撑系统，钢筋的绑扎、钢桁架的安装或预应力的张拉顺序，大体积混凝土的浇注等方面在施工技术要求上都有极为严格的限制。在某种程度上可以说，转换层施工是高层建筑的“瓶颈”，如果说一幢高层建筑在支撑系统选择，钢筋绑扎，混凝土浇注，预应力张拉，机械设备的选择等方面做到方案科学，现场施工组织合理，定会带来良好的经济效益和社会效益。
　　2 转换层结构的定义、功能和分类
　　2.1转换层结构的定义
　　在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换构件。转换结构构件可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、V形柱式[1]等。
　　这种因建筑功能需要，下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连接贯通而通过水平转换构件与下部部分竖向构件连接，构成的高层建筑结构为带转换层的高层建筑结构[2]。
　　2.2转换层结构的功能
　　转换层在建筑功能上的作用主要有：
　　（1）提供大的室内空间；
　　（2）为建筑物提供大的入口
　　（3）在高层建筑中部提供大空间[3]。
　　2.3转换层结构的分类
　　转换层结构一般可以归纳为五种基本类型梁、桁架、厚板、斜柱、空腹桁架、箱形梁、转换拱等，如图1所示。
　　               
　　                                                         图1转换层的分类形式
　　在实际工程应用中转换梁的结构形式有多种多样，从跨数上看，可分为单跨、双跨及多跨；从上部墙体形式上看，可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞、门口洞和开窗洞；从转换梁功能上看，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上看，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构材料上看，可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和型钢混凝土、钢结构等。根据实际工程中转换梁的应用形式、受力特点及转换梁与上部结构的共同工作形式，可将梁式转换层的结构类型归纳为如图2所示的几种形式。
　　      
　　                                      图2梁式转换层结构类型
　　3 转换层结构施工技术
　　3.1钢筋混凝土转换层钢筋工程施工
　　在钢筋混凝土转换层结构中，由于转换构件含钢量大，主筋长，布置密，在梁柱节点区钢筋过度集中，因此正确的翻样和下料，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。
　　（1）钢筋的翻样和下料
　　钢筋翻样前必须弄清设计意图，审核、熟悉设计文件及有关说明，掌握现行规范的有关规定。翻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。
　　（2）钢筋连接
　　由于转换层钢筋较密，采用合适的钢筋连接形式，可以大大降低施工的难度。一般转换层结构主筋接头采用闪光对焊、冷挤压套筒连接、锥螺纹接头连接、镦粗直螺纹套筒连接等方式。
　　（3）钢筋的绑扎与固定
　　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。
　　通过对表1中连接方式的比较，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。
　　表1几种常用的不同形式钢筋连接对比表
　　         
　　3.2转换层大体积混凝土的施工工艺
　　转换层大体积混凝土浇筑的工艺流程结合某高层商住楼工程实例进行介绍。该工程混凝土浇筑强度大，具有大多数转换层混凝土浇筑所共有的性质。工程概况如下：
　　某高层商住楼工程，建筑面积46850m2，由主楼和裙房两部分组成，主楼地下一层，地上三十二层。裙房地下一层，地上四层。该工程结构形式为底层大空间剪力墙结构，五层以下为框支结构，第五层设置厚板转换层，五层以上为短肢剪力墙结构。转换层板厚为1650mm，框支梁高分别为1850mm、1900mm，板顶标高为+20.00m。梁的受力钢筋为32、36、40不等，箍筋为14，厚板的受力钢筋为双层双向25@120钢筋。厚板及混凝土强度等级为C50，配合比如表2，混凝土一次浇筑成型。
　　表2高层商住楼的混凝土配合比
　　        
　　（1）转换层混凝土的配合比设计
　　大体积混凝土配合比的控制：
　　①水泥的选用
　　a.优先选用水化热低的42.5MPa矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥；b.掺入粉煤灰或沸石粉，降低水泥的用量，使用水化热相应降低；c.掺入减水剂，减少水的用量，使混凝土缓凝推迟水化热峰值的出现，使升温延长，降低水化热峰值，使混凝土表面温度峰值梯度减小。
　　②粉煤灰
　　为了减少水泥的用量，可掺入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥，粉煤灰不得超过《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥》（GB1344-85）所规定的最高限量，其烧失量应<15%，SO3应<3%，SiO2应>40%，并应对水泥无不良反应。
　　③减水剂
　　为了满足和易性和减缓水泥早期水化热发热量的要求，宜在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂。常用的有木质素减水剂、蔡系减水剂、树脂系减水剂等。
　　④其它外加剂
　　除了加入减水剂外，对于有些转换层混凝土还要根据需要加入其它外加剂如引气剂、膨胀剂、泵送剂、杜拉纤维、钢纤维、聚丙烯纤维[4]等。
　　（2）大体积混凝土裂缝问题分析
　　引起混凝土裂缝的原因很多，尤其在转换层大体积混凝土裂缝控制方面,如果不采取有力的措施，后果不堪设想。但是由于转换层大体积混凝土多是高强度等级混凝土，加有多种外加剂如早强剂、防冻剂、减水剂等，材料来源广泛，成分多样，施工工序繁多，硬化又需要较长的时间，其中的某一个环节出现问题均可能引起混凝土开裂。就目前转换层混凝土开裂原因来看，主要有以下几种：（1）荷载引起的裂缝；（2）施工不当引起的裂缝；（3）材料不良引起的裂缝；（4）温差引起的裂缝；（5）混凝土的收缩引起的裂缝。
　　（3）大体积混凝土温度控制措施
　　混凝土采取保温养护，有两种做法。一种是在冬季寒冷气温下，为使混凝土不被冻坏，而保持正常硬化，或在寒潮作用下，不出现温度陡降，使混凝土急剧冷却（或受冻），因此对混凝土表面要采取措施。另一种是在春秋气温情况下，为了减少混凝土内外温差，延缓收缩和散热时间（即使后期缓慢地降温），使混凝土在缓慢的散热过程中获得必要的强度来抵抗温度应力，同时降低变形变化的速度（即使混凝土缓慢的收缩），充分发挥材料的徐变松驰特性，有效的消减约束应力，使之小于该龄期抗拉强度，防止内外温差过大并超过允许的界限（一般为20~25℃），导致出现温度裂缝，而采取在混凝土裸露表面适当覆盖保温材料。保温法温控计算包括选定保温材料、计算保温材料需要的厚度。
　　3.3转换层结构的模板支撑系统
　　转换层施工中最常用的三种模板支撑方案，要根据工程的具体情况采用，但这三种方案中各自的优缺点如下表3。
　　表3三种支撑形式对比表
　　              
　　4 结论
　　随着国民经济的发展高层建筑蓬勃兴起，其结构形式日趋复杂，建造难度也日渐增大。与此同时，高层建筑转换层的施工技术已越来越成为工程界关注的课题。目前绝大多数高层建筑根据功能及结构的需要，都设有转换层，因此本研究具有广泛的适用性，高层建筑转换层施工技术研究牵涉学科范围广，是多种学科的综合运用，其施工方案及技术措施复杂。
　　参考文献
　　[1]茅於平，尤亚平．高层建筑形柱式结构转换[J]．建筑科学，2001，17（1）：P38-41
　　[2]中华人民共和国建设部．高层建筑混凝土结构技术规程[M]．北京：中国建筑工业出版社．2002
　　[3]潘文玉，高阳，韩金玲，李国嘻．高层建筑结构构思与建筑创作[J]．低温建筑技术．2002，（1）：21-23
　　[4]于洪生，王成林，陈刚．高层商住楼转换梁板混凝土的裂缝控制措施[J]．安徽建筑，2002（3）：85