談高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層的施工

　　劉志遠

　　摘要：高層建筑的蓬勃發(fā)展為建筑施工技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也日益大型化、復雜化。隨著使用功能的變化，設(shè)置轉(zhuǎn)換層己成為傳遞上下部結(jié)構(gòu)荷載的重要手段，而上部結(jié)構(gòu)荷載的增加，使得轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)尺寸往往較大，這將給施工帶來許多新的難度。因此對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究，有著十分重要的工程意義。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑;支撐系統(tǒng)工程;混凝土工程

　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，為滿足上下樓層不同建筑功能的要求，需在結(jié)構(gòu)布置差異較大的樓層中間設(shè)置轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層的設(shè)置起到傳承上部結(jié)構(gòu)荷載，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，是建筑結(jié)構(gòu)中的重要部位，也是建筑施工中的重點和難點。其施工技術(shù)牽涉到力學、材料學、結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程管理學等多項學科，是一項極其復雜的系統(tǒng)工程。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的跨度和承受的豎向荷載均很大，致使轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸不可避免地高而大。目前應(yīng)用最為廣泛的混凝土梁式轉(zhuǎn)換層中一般轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的截面高度為跨度的1/4--1/6，實際工程中轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)常用截面高度為1.6--4.Om，只有在跨度較小或承托的層數(shù)較少時才采用較小的截面高度0.9--1.4m，而跨度較大且承托的層數(shù)較多或構(gòu)造條件特殊時則采用較大的截面高度4.0--8.2m，如此高大的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)其連續(xù)施工強度大，施工過程復雜，給現(xiàn)場施工帶來了相當大的難度。在混凝土轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工中，其關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)臨時支撐系統(tǒng)的設(shè)置和混凝土施工方案的確定，上述每一項施工技術(shù)都是轉(zhuǎn)換層施工中的嶄新課題。為確保轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的施工能夠順利、有效地完成，這就要求其施工能根據(jù)工程的實際情況，方便地運用一些比較成熟的理論，并結(jié)合類似工程的經(jīng)驗，快速、有效地解決以上問題。

　　1.轉(zhuǎn)換層的布置形式

　　轉(zhuǎn)換層按柱網(wǎng)的布置形式可分為以下兩種。第一，底部結(jié)構(gòu)形式為大空間的轉(zhuǎn)換層。底部數(shù)層結(jié)構(gòu)形式設(shè)置為大空間在高大建筑中是最常見的情況。第二，外部形成大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換層。一般來說，對于筒中筒結(jié)構(gòu)的建筑而言，其內(nèi)筒結(jié)構(gòu)布置從上到下不需作什么變化，需要進行結(jié)構(gòu)布置轉(zhuǎn)換的主要是外筒。外框筒為了布置大的入口，常常要求在下部樓層布置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件以在建筑底部擴大柱距、形成大的開間。此時，轉(zhuǎn)換構(gòu)件沿外框筒平面周邊的柱列或角筒布置。外筒的轉(zhuǎn)換主要通過轉(zhuǎn)換梁(或墻梁)、轉(zhuǎn)換析架、轉(zhuǎn)換空腹析架、多梁轉(zhuǎn)換、合柱以及轉(zhuǎn)換拱等轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式進行。

　　2.轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式

　　目前在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)換層主要結(jié)構(gòu)形式有:梁式(墻梁式)、空腹析架式、斜桿析架式、箱形和板式等。其中梁式轉(zhuǎn)換層應(yīng)用最為廣泛，它設(shè)計和施工簡單，受力明確，一般應(yīng)用于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系中。轉(zhuǎn)換梁可沿縱向或橫向平行布置;當需要縱、橫向同時設(shè)置時，可采用雙向梁的形式進行結(jié)構(gòu)布置。單向托梁、雙向托梁連同上、下層較厚的樓板共同工作，可以形成剛度很大的箱形轉(zhuǎn)換層。當上、下柱網(wǎng)軸線錯開較多，難以用梁直接承托上下結(jié)構(gòu)布置的轉(zhuǎn)換時，則需將樓板做成厚板，形成板式轉(zhuǎn)換。板式轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)可以進行靈活布置，毋需與上層結(jié)構(gòu)對齊，但自重很大，且材料耗用較多。

　　梁式轉(zhuǎn)換是指在現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板上布置單向托梁(縱向或橫向)或雙向托梁(縱、橫向)或斜向托梁，以承托在本層落空的上面各層的承重柱或剪力墻。該種轉(zhuǎn)換形式一般用于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)，當需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時，采用雙向梁的布置。對于框筒或筒中筒結(jié)構(gòu)，由于外框筒的柱一般較密，在底部一、二層的出入口處往往不能滿足使用要求，有時要求把外筒在局部減少，因而形成上層有柱，下層無柱的情況，有時出入口不止一處，對此情況可以在相應(yīng)樓層下做一圈轉(zhuǎn)換大梁，把上部柱的荷載通過轉(zhuǎn)換大梁傳到下層兩邊的柱上。

　　3.轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)特點

　　高層建筑中轉(zhuǎn)換層的突出特點主要有兩個方面，一是轉(zhuǎn)換層通常設(shè)置在建筑物的下部，在它的上面承受著幾十層的荷載，受力復雜，它的破壞將會導致災(zāi)難性的后果。由于設(shè)計時分析方法的限制，對各種形式轉(zhuǎn)換層難以做到精確分析;另一方面是轉(zhuǎn)換層部位地震反應(yīng)強烈。由于轉(zhuǎn)換層承受荷載巨大，導致其截面超出常規(guī)，鋼材耗用量大、剛度大，重量也較一般樓層顯著加大。高層建筑水平力起控制作用，在地震區(qū)，一般要求樓層的質(zhì)量和剛度均勻變化，不宜有突變，否則在地震作用下易產(chǎn)生薄弱層。高層建筑在轉(zhuǎn)換層質(zhì)量和剛度的變化導致該部位地震反應(yīng)加大。另外，轉(zhuǎn)換層的巨大截面還會給施工帶來許多不方便。如武漢新世界中心，轉(zhuǎn)換層采用1.6m厚的厚板，這種厚度的板不但配筋、混凝土澆筑困難，施工質(zhì)量難以控制，而且施工時對其下部的模板支撐體系要求嚴格。0.5KN/m2以上的澆筑重量，常規(guī)的模板支撐不適用，還需另行設(shè)計制作，增加了工程的費用。

　　4.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工特點

　　部分豎向構(gòu)件在轉(zhuǎn)換層處被打斷，使豎向力的傳遞被迫發(fā)生轉(zhuǎn)折，而轉(zhuǎn)換層就是實現(xiàn)轉(zhuǎn)折功能的大型水平構(gòu)件。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑是一受力復雜、不利抗震的結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)及其支撐系統(tǒng)有自身的特點：結(jié)構(gòu)尺寸大樓面支撐荷載重、分層澆筑，利用先澆部分構(gòu)件承載、結(jié)合下部結(jié)構(gòu)，靈活布置支撐系統(tǒng)、通過下部豎向構(gòu)件卸荷、利用鋼骨架或預(yù)應(yīng)力卸荷等特點。

　　5.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工技術(shù)控制要點

　　基于混凝土轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上述特點，在確定施工方案時應(yīng)重點考慮以下幾個方面的問題。第一，轉(zhuǎn)換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結(jié)構(gòu)荷載往往非常大，所以應(yīng)選擇合理、可行的模板支撐方案，并根據(jù)轉(zhuǎn)換板的結(jié)構(gòu)特點進行模板支撐體系的設(shè)計。第二，設(shè)置模板支撐系統(tǒng)以后，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工階段的受力狀態(tài)與使用階段的不同，應(yīng)對轉(zhuǎn)換層及下部樓層的樓板進行施工階段的承載力驗算。轉(zhuǎn)換板本身受下部支撐體系的作用或混凝土施工方法的影響，在板中易產(chǎn)生設(shè)計時未考慮到的附加內(nèi)力，故需對轉(zhuǎn)換板在施工階段的受力狀態(tài)做具體的分析和計算，必要時可采取一定的構(gòu)造措施來抵抗這些附加內(nèi)力。第三，對于大體積混凝土轉(zhuǎn)換板，施工時應(yīng)考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施，防止新澆混凝土產(chǎn)生溫度裂縫和收縮裂縫。第四，轉(zhuǎn)換板承受的荷載很大，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應(yīng)采取措施保證鋼筋骨架的穩(wěn)定。第五，應(yīng)及時做好轉(zhuǎn)換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監(jiān)測，及時掌握各種對施工質(zhì)量不利的情況，并及時采取措施進行預(yù)防和糾正。

　　6.結(jié)語

　　隨著建筑材料以及建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，對于目前在高大建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)，其施工技術(shù)的研究與運用仍具有較好的發(fā)展前景。

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