叠合法在大截面高位转换梁施工中的应用

罗　骥

(四川省第三建筑工程公司，四川成都 610051)

1　绪论

建筑物某层的上部与下部因平面使用功能不同而在该楼层的上部与下部采用不同的结构类型(刚度突变的楼层)，并通过该楼层进行结构转换，那么该楼层称为结构转换层。具有结构转换层的高层建筑低层多为商用，上部多为住宿或办公，在低层的大空间与高层的多墙小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。

随着房屋建筑市场的快速发展和不同使用功能对空间需求的变化，结构转换层在高层建筑中经常出现。当转换层位于较低的楼层，可直接将支撑搭设至建筑物基础上，施工难度和成本不会增加太大。当转换层位于较高楼层时(高位转换)，由于构件截面面积大、荷载大，为了满足承载能力要求，需要向下支撑若干层，甚至层层支撑至建筑物基础，造成支撑架搭拆工作量大，成本、工期均不经济，实施效果也不好控制。

本文结合工程实例，研究分析了叠合法在大截面高位转换梁中的应用，通过叠合浇筑的方式减小施工荷载从而降低支撑难度，并处理好叠合面的混凝土结合问题，有效地解决转换施工难题。

2　施工方式的现状调查

转换层大梁一般采用“一次性浇筑法”或“分层叠合浇筑法”进行混凝土浇筑。由于浇筑方式不同，则支撑体系的搭设参数不同，是否有叠合面也不同。

“一次性浇筑法”采用一次性浇筑转换层，通过多层支撑体系将转换层的施工荷载向下传递并由各层结构共同承担或直接传到结构的基础地面。该方法的优点是大梁可一次浇筑成型不留施工缝，整体效果好；缺点是支撑体系搭拆工程量大，成本、工期均不经济。

“叠合浇筑法”是将转换大梁分两次浇筑叠合成型，该方法的优点是模板支撑体系承受荷载相对较小，安全性较高，支撑体系搭拆工作量减少，节约工期和成本；缺点是需通过增加施工缝处理措施来保证施工缝结合质量。

本文通过调查分析不同施工方式的特点，对不同方式进行比较分析，得出分析结论，即叠合法的优势和可行性；同时提出解决叠合面混凝土结合问题的方法；并通过工程实例实践验证方式的可行性和有效性。

3　施工方式的对比分析

3.1　对比分析的方法

由于支撑架的设计有相应的技术规范可以参照，只需依照规范进行设计即可，本文只对支撑架的基础(即楼盖)进行对比分析。

首先对支撑架基础的传力计算模型按以下几点进行假定：(1)假定各层楼盖间的支撑架刚度足够大，能把上一层楼盖的变形完全有效地传递给下一层。(2)假定作为支撑架基础的各层楼盖竖向变形大致相同。(3)假定楼盖变形产生的裂缝控制在混凝土最大裂缝宽度Wmax=0.3 mm以内，如图1所示。

根据以上假定，按照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》第7.1节中有关裂缝控制的要求进行验算，建立计算模型，在这种变形下反算出楼盖产生的抗力设计值大小，各层进行累积，与作用组合效应设计值比较，如果抗力设计值大于作用组合效应设计值，那么可认定支撑楼盖安全。

图1　支撑架基础荷载传递示意

3.2　对比分析的过程

本文以某工程为例，该工程转换层位于第5层，属高位梁式转换，层高为6.95 m，单层建筑面积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，跨度大部分超过8 m。

施工中采用叠合法，选取最大截面梁(2 400 mm×2 000 mm)作为控制性构件，梁下第4层对应位置有两根并排的截面尺寸为400 mm×1 000 mm的梁，第3层及以下每层的对应位置有两根并排的截面尺寸为400 mm×700 mm的梁，地下共2层。按照施工缝在中性轴附近进行留设的原则，第一次浇筑高度900 mm，第二次浇筑高度1 100 mm；为方便施工，其余转换梁的水平施工缝留设标高同最大转换梁。根据计算结果，大部分支撑架共搭设3层即可满足要求，如图2所示。对于局部以楼板、楼梯板为支撑基础的情况，通过计算另行设计支撑架搭设层数。施工缝按照相应措施进行处理，重点控制竖向插筋的位置和叠合面的清理，如图3所示。支撑架的设计复核参照相关规范进行，本文不再赘述，转换层脚手架搭设见图4，混凝土成型效果见图5。

图2　支撑架搭设剖面

图3　转换叠合梁施工缝抗剪钢筋留置

图4　转换层脚手架搭设现场照片

图5　转换层砼成型效果

3.2.1按“一次性浇筑法”复核各支撑结构层

(1)计算简图

根据转换层支撑架施工方案，转换梁下支撑立杆纵向间距450 mm，梁跨度为9.3 m，计算简图见图6。

图6　支撑梁复核计算简图

(2)作用力计算

通过计算得出：F=89.55 kNM=2155 kN·m

(3)第4层结构400 mm×1 000 mm梁的验算

αs=25+25/2=37.5 mm

四层结构400 mm×1 000 mm梁按正常使用极限状态计算

Ate=0.5bh=0.5×400×1000=2×105mm2

取混凝土最大裂缝宽度Wmax=0.3 mm

混凝土保护层厚度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

按荷载的标准效应组合计算弯矩:

Ms=0.87×(1000-37.5)×2453×220=452 kN·m

两根梁产生的标准效应组合计算弯矩大小为904 kN·m

砼梁的自重弯矩设计值M1= 1.35×1/8×25×0.4×1×9.3×9.3=146 kN·m

(4)第3层、2层、1层、负1层400 mm×700 mm梁的验算

第3层、2层、1层、负1层400 mm×700 mm梁，按正常使用极限状态计算

两根梁产生的标准效应组合计算弯矩大小为354 kN·m

砼梁的自重弯矩设计值M2= 1.35×1/8×25×0.4×0.7×9.3×9.3=102 kN.m

(5)计算结果分析

1)转换层产生弯矩设计值大小为M=2155 kN·m

2)400 mm×1 000 mm梁按正常使用状态考虑的承载力标准值为Ms=452 kN·m，第3层、2层、1层、负1层400 mm×700 mm按正常使用状态考虑的承载力标准值为Ms=177 kN·m，

由此可见

作用组合的效应设计值：M设总=M+M梁自重

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

抗力设计值：Ms×1.35=(452×2+177×2+177×2+177×2+177×2)×1.35=3132 kN·m

M设总> 3132 kN·m

由此可见利用各楼层的梁盖是无法承载按“一次性浇筑法”施工转换层时的施工荷载。

根据对支撑体系梁的计算可知，应保留第4层至负2层的支撑架，支撑立杆应支撑至筏板基础上。

3.2.2按“叠合浇筑法”复核各支撑结构层。

根据施工方案，2 400 mm×2 000 mm梁分两次进行浇筑，为了使叠合面尽量靠近梁的中和轴，第一次浇筑高度为900 mm，第二次浇筑高度为1 100 mm。转换梁下支撑立杆纵向间距450 mm，梁跨度为9.3 m，计算简图见图6。

(1)作用力计算

通过计算得出：F=32.16 kN，M=774.1 kN·m

(2)第4层结构400 mm×1000 mm梁的验算

计算过程同上。

Ms=0.87×(1000-37.5)×2453×220=452 kN·m

两根梁产生的标准效应组合计算弯矩大小为904 kN·m

砼梁的自重弯矩设计值M1= 1.35×1/8×25×0.4×1×9.3×9.3=146 kN·m

(3)第3层、2层、1层、负1层400 mm×700 mm梁的验算

计算过程同上。

Ms=0.87×(700-35)×1256×244=177 kN·m

两根梁产生的标准效应组合计算弯矩大小为354 kN·m

混凝土梁的自重弯矩设计值M2= 1.35×1/8×25×0.4×0.7×9.3×9.3=102 kN·m

(4)计算结果分析

1)转换层对承重层400 mm×1000 mm梁产生弯矩设计值大小为Ms=774 kN·m。

2)第4层400 mm×1000 mm梁按正常使用状态考虑的承载力标准值为Ms=452 kN·m，第3层、第2层400×700 mm按正常使用状态考虑的承载力标准值为Ms=177 kN·m。

由此可见

作用组合的效应设计值：M设总=M+M梁自重

=774+146×2+102×2+102×2=1474 kN·m

抗力设计值：Ms×1.35=(452×2+177×2+177×2)×1.35=2176 KN·m

M设总< 2176 kN·m

根据对支撑体系基础为梁时的计算可知，只需保留2层至4层的支撑架，利用2层至4层的楼盖，就可满足要求。

3.3　对比分析

根据对比分析得知，如采用“一次性浇筑法”，转换层以下的各层楼盖叠加都不能承载转换层大梁的施工荷载，支撑架需要从筏板基础搭设至第4层，共6层，搭拆工程量大，成本、工期均不经济。而采用“叠合浇筑法”，施工荷载减小，只需保留三层支撑架，搭拆工程量明显减少，安全、工期、成本均得到有效控制。

4　叠合面的处理

(1)为有效控制第一次浇筑混凝土的高度，便于叠合面的清理，梁侧模板分两次支设，第一次的支设高度同第一次的浇筑高度。

(2)在施工缝位置按一定间距和规格增加竖向插筋，增加抗剪性能，控制叠合面滑动。

(3) 二次浇筑前清理表面浮浆、松散石子等，用高压水冲洗干净，并在表面采用同标号水泥浆结合层。

5　结论

本文通过理论研究，分析了大截面高位转换梁叠合法施工的可行性和优势，然后进行了实践验证，取得了较好的效果。首先，采用叠合法大大减小了施工荷载，降低了安全风险；同时，采用有效的叠合面处理措施，保证了工程质量；其次，减小了支撑架的搭拆工程量，节约费用约30%，节约工期约60天。希望本文能为类似工程施工提供一定参考。