高层建筑转换层结构施工技术

摘要:带转换层的高层建筑施工的关键在于转换层的施工方案的确定，它直接影响到施工阶段的结构安全、工程质量和施工成本。本文介绍了转换结构的施工特点以及施工控制要点。重点对其中的混凝土工程的施工技术进行了分析。

关键词:转换层；混凝土工程；施工技术

一、转换层结构的施工特点

    部分竖向构件在转换层处被打断，使竖向力的传递被迫发生转折，而转换层就是实现转折功能的大型水平构件。带转换层的高层建筑是一受力复杂、不利抗震的结构体系，该结构及其支撑系统有自身的特点。
（一）结构尺寸大，楼面支撑荷载重
    带转换层体系内力的改向是通过引发截面内力来实现的，结构内力分布比较复杂，同时为保证上部结构水平剪力顺利传往下部，对转换层楼面水平刚度有严格要求规范一般要求楼板厚度不小于，故一般转换层的结构构件尺寸较大、楼面荷载较重。
（二）分层浇筑，利用先浇部分构件承载
    转换层水平构件高跨比大，截面弯曲时水平纤维相对错动不可忽略，平截面假定不再适用，一般呈现短深梁或厚板的受力特性。采用二次叠浇法进行施工时应对叠和构件进行仔细分析，考虑分层处水平剪力对构件的影响，必要时应与设计单位配合，进行一次设计，确保一次叠浇构件在施工阶段和正常使用状态下的承载能力。
（三）结合下部结构，灵活布置支撑系统
    为减少对结构抗震的不利影响，避免转换结构上下层发生刚度突变和剪力突变，设计不落地支撑系统时可以结合下部结构进行灵活合理的布置。
（四）通过下部竖向构件卸荷
    根据转换层设计时“强化下部、弱化上部”的原则，结构设计加强转换层下部主体结构刚度、弱化上部结构刚度，转换层结构在由地震荷载参加组合的工况下，下部竖向构件轴压比限值有严格的控制，以保证结构具有足够的延性这使转换层下部竖向构件在施工阶段比一般竖向构件具备更大的延性和承载力储备，可以利用下部承载力富余的竖向构件作为支撑的传力构件。
（五）利用钢骨架或预应力卸荷
    在转换层结构中使用钢骨混凝土和预应力技术可以减轻自重、改善结构的整体抗震性能。设计模板支撑时可以利用己经成型的水平钢骨或预应力平衡部分或全部施工荷载，极大改善支撑受力性能，这种措施适用于转换层与上部结构没有形成整体工作的情况如上部采用的是小柱网框架或开口剪力墙、壁式框架等结构形式。

二 施工技术控制要点

    基于混凝土转换结构的上述特点，在确定施工方案时应重点考虑以下几个方面的问题
（一）转换板的自重、施工荷载以及所承受的上部结构荷载往往非常大，所以应选择合理、可行的模板支撑方案，并根据转换板的结构特点进行模板支撑体系的设计。
（二）设置模板支撑系统以后，转换结构施工阶段的受力状态与使用阶段的不同，应对转换层及下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算。转换板本身受下部支撑体系的作用或混凝土施工方法的影响，在板中易产生设计时未考虑到的附加内力，故需对转换板在施工阶段的受力状态做具体的分析和计算，必要时可采取一定的构造措施来抵抗这些附加内力。
（三）对于大体积混凝土转换板，施工时应考虑采取减小混凝土温度差值、温度变化以及混凝土收缩徐变的措施，防止新浇混凝土产生温度裂缝和收缩裂缝。
（四）转换板承受的荷载很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定。
（五）应及时做好转换板施工期间板的变形、混凝土施工温度的监测，及时掌握各种对施工质量不利的情况，并及时采取措施进行预防和纠正。

三 混凝土工程的施工分析

    高层建筑的转换板，一般厚度较大，而且体积较大，大体积混凝土与普通钢筋混凝土相比，具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。除了必须满足普通混凝土的强度、刚度、整体性和耐久性要求外，主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。因此，在大体积混凝土施工中，必须考虑温度应力的影响，并设法降低混凝土内部的最高温度，减小其内外温差。而温度应力的大小，又涉及结构物的平面尺寸、结构厚度、约束条件、含钢量、混凝土的各种组成材料的特性等多种因素。所以，必须采取温度差和温度应力双控制的方法以确保混凝土的质量。

（一）原材料要求

（1）水泥:在满足强度和耐久性等要求的前提下，宜选用低热或中热的矿渣水泥、火山灰水泥(发热量270-290kj/kg)，严禁使用安定性不合格的水泥。
（2）骨料
    粗骨料碎石和卵石均可，应采取连续级配。其最大粒径不得大于钢筋最小净距的3/4。当采用泵送混凝土时，为了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量。骨料中不得含有有机杂质，其含泥量应小于等于1%。 细骨料宜选用粗砂或中砂，含泥量应小于等于3%。当采用泵送混凝土时，其粗细率以2.6-2.8为宜。控制细砂以0.3二筛孔的通过率为15%-30%；0.15mm筛孔的通过率为5%-10%。
    粉煤灰为了减少水泥用量，可掺入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰的烧失去量应小于15%,so3应小于3%,sio2应大于40%，并应对水泥无不良反应。
外加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。

（二）混凝土用料设计

    为寻求大体积混凝土合理的配合比，首先分析一下其产生温度裂缝的原因，众所周知，大体积混凝土温度裂缝主要是由于水泥水化产生的热量，使大体积混凝土内外温差过大所致。这是由于混凝土具有热胀冷缩的性质，一般认为混凝土的热膨胀系数约为6—13 10-60c,混凝土是热的不良导体，散热很慢，浇注后的大体积混凝土内部温度远比外部高，温差可达60℃左右，造成内胀外缩，在外表面产生很大的拉应力而开裂，其次从混凝土用集料品种看，热膨胀系数大小对混凝土温度应力及结构的温度变形有很大影响，选取用热膨胀系数小的骨料可减小大体积混凝土的温度应力，提高抗裂性。再次，从骨料的粒径看，骨料粒径较大的混凝土，其水泥浆量较少，热膨胀系数小，可减小大体积混凝土的温度应力，提高抗裂性。通过上述分析，大体积混凝土出现裂缝的主要原因是明显的，在当今混凝土配合比设计和施工中通常采用如下几点措施:①低水化热的水泥和尽量减小水泥用量；②尽量减少用水量，提高混凝土强度；③合理使用混凝土外加剂；④选用热膨胀系数小的骨料和较大的骨料粒径；⑤预冷原材料；⑥合理分缝、分块，减轻约束；⑦在混凝土中预埋冷却水管；⑧在混凝土表面绝热，调节表面温度下降速率；⑨抛投石块。
    从上面通常采用的措施可看出，这多种措施中，除施工过程中可采取的措施外，从混凝土配合比设计的角度看，主要应从①一③着手，进行配合比设计。进行配合比设计时注意:①设计配合比时尽量利用混凝土60d或90d的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。但必须征得设计单位的同意和满足施工荷载的要求。②混凝土配合比，应根据使用的材料通过试配确定。水灰比应小于等于0.6。砂率应控制在0.33-0.37(泵送时宜为0.4-0.45)。坍落度应根据配合比要求严加控制。当采用商品混凝土泵送时，坍落度的增加应通过调整砂率和掺用减水剂或高效减水剂解决，严禁在现场随意加水以增加坍落度，并应将坍落度控制在10-14cm为宜。

（三）施工准备以及要点

    大体积混凝土施工前的准备工作，除按一般混凝土施工前必须进行的物质准备、机具准备、技术准备和现场准备外，应根据其施工的特殊性，做好附属材料和辅助设备的准备工作，如冰、冰水箱(池)、真空吸水设备、水泵、测温设备等。尤其要做好施工方案的编制工作。施工方案编制的重点，应该是:①根据减少约束的要求，确定分层分块的尺寸及层间、块间的结合措施。②通过热工计算，确定混凝土入模温度以及对材料加热或降温的措施。③确定混凝土搅拌、运输和浇筑的方案。④制定混凝土的保温方案。⑤保证工程质量、安全施工和消防措施的制订。混凝土工程在施工中要注意以下要点：
    大体积混凝土的施工，一般宜在低温条件下进行，即最高温度小于等于300c时为宜。气温大于300c时，应采取相应的降低温差的减少温度应力的措施。
混凝土的配制，应严格掌握各种原材料的配合比。混凝土的搅拌时间，自全部拌合料装入搅拌筒内起到卸料止，一般应不少于1.5-2min。雨季施工期间，应勤测粗细骨料的含水量，并随时调整用水量和粗细骨料用量。
    搅拌后的混凝土，应及时运至浇筑地点入模浇筑。在运送过程中，要防止混凝土离析、灰浆流失、坍落度变化等现象。如发生离析现象，必须进行人工二次拌合后方可入模。

（四）混凝土浇筑要点

    大体积混凝土的浇筑，应根据整体连续浇筑的要求，结合结构尺寸的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况，选用以下三种方法:
全面分层。即将整个结构浇筑层分为数层浇筑，当已浇筑的下层混凝土尚未初凝时，即升始浇筑第二层，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程，施工时宜从短边开始，沿长边推进也可分为两段，从中间向两端，从两端向中间同时进行。
    分段(块)分层。适用于厚度较薄而面积或长度较大的工程。施工时从底层一端开始浇筑混凝土，进行到一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。
斜面分层。适用于结构的长度超过厚度三倍的工程，振捣工作应从浇筑层底层开始，逐渐上移，此时向前推荐的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1:3，以保证分层混凝土之间的施工质量。
    分层的厚度决定于振捣器的棒长和振动力的大小，也要考虑混凝土的供应量大小和可能浇筑量的大小，一般为20—30cm。插入式振捣器应伸入下层50cm为宜。
分层浇筑时，上层钢筋的绑扎应在下层混凝土经一定养护其强度达到1.2n/mm2,混凝土表面温度与混凝上浇筑后达到稳定时的室外温度之差在250c以下时进行。为了加强分层浇筑层间的结合，可以采取在下层混凝土表面设置键槽的办法。键槽可用100mm 100mm的木方每隔lm左右留设。分层浇筑间隔的时间，应以混凝土表面温度降至大气平均温度为好，即水化热温升的峰值以后，一般为3-5d，因此间隔时间以大于5d为宜。
    混凝土应采用机械振捣。振捣棒的操作应做到“快插慢拔”，在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以使上下振捣均匀。每点振捣时间以20-30s为宜，但还应视混凝土表面不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。分层振捣时，振捣棒应插入下层5cm左右，以消除两层之间的接缝。振捣时要防止振动模板，并应尽量避免碰撞钢筋、管道、预埋件等。每振捣完一段，应随即用铁锹摊平拍实。

（五）混凝土的养护

    混凝土拌和物浇筑成型后应及时进行养护。养护的目的是为混凝土正常硬化创造必要的温度、湿度条件，防止收缩开裂，保证混凝土达到设计要求的强度。混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。具体要求是，普通硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于14d，矿渣水泥、火山灰质水泥、大坝水泥、矿渣大坝水泥拌制的混凝土不得少于21d。养护方法分为降温法和保温法两种。降温法即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、撒水或喷水养护；保温法是在混凝土成型后，使用保温材料覆盖养护(如塑料薄膜、草袋等)及薄膜养生液养护，可视具体条件选用。
参考文献
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[2]胡玉魁，浅述某大厦高位转换层施工技术，引进与咨询，2005
[3]杜荣军.混凝土工程模板与支架技术。北京:机械工出版社，2004