高層建筑厚板式轉換層分析的論文
1工程概況
湖南某商住綜合樓工程地下3層,地上30層,建筑物總高度102m,建筑面積65000m2。工程設有3層裙房,裙房為框架結構,做商務辦公和大型超市。在塔樓四層上設有厚板式結構轉換層,其上部為剪力墻結構。轉換層平面尺寸為38.80m×38.16m,建筑面積1480m,厚度在邊柱部位3.1m,其它部位2.2m,核心筒部位為雙層板(圖1),混凝土強度等級為C40,澆注量為2850m3。
2施工方案分析
經計算轉換層施工時在邊柱部位最大垂直荷載88kN/m2,其它部位68kN/m2。為承受轉換層的施工荷載,設計考慮將三層樓板加厚到250mm,并將配筋加強,設計承載力70kN/m。邊跨梁高3.1m的部位,考慮模板荷載較大,為了便于施工,在滿足結構安全的前提下,建議設計將邊跨梁設計成雙層梁。只要保留二、三層模板的支撐體系,通過二層、三層樓板的連續支撐,將施工荷載分散傳遞到下面的豎向結構上,就能保證轉換層施工的安全。因此采用900mm×1400mm邊梁先行澆筑,2.2m厚板式轉換層混凝土不留施工縫,一次性澆筑的施工方案。大體積混凝土工程采用大摻量粉煤灰,摻加聚丙烯纖維技術,降低水化熱,控制混凝土的溫度裂縫。
3轉換層施工技術
3.1模板工程
該工程結構轉換層混凝土澆筑一次性完成,施工速度快,但模板支撐數量大。選擇模板支撐方案主要考慮以下因素:保證轉換層混凝土的結構質量,滿足結構設計要求模板支撐體系穩定可靠,確保高大模板施工的安全:選材方便,降低工程成本。
3.1.1底模板及支撐
選擇定尺的48×3.5mm鋼管腳手架支撐體系,通過計算確定模板支撐體系立桿的間距、步高及剪刀撐的間距。立桿下鋪墊板,上端設可調頂托,主楞骨為100mm×100mm方木,密排50mm厚木方作次楞骨,選用12mm竹膠合板模板,膠合板模板上面鋪設一層0.6mm厚的塑料薄膜,用以對混凝土底面的保溫、保濕養護。支撐采用雙立桿布置的方法,除滿足荷載要求外,還應考慮操作方便。縱距為550mm,雙立桿間距250mm,間隔布置(即La=550mm),步高(h)為850mm,橫距(b)為400mm。設置雙向掃地桿,每3600mm設置雙向剪刀撐(圖2)。
邊梁部位轉換層厚度3.1m,且較三層外挑1080mm,豎向支撐在三層樓板上布置[16#槽鋼@800作挑梁。槽鋼外挑1300mm,內壓1700mm,遇墻時在墻上穿孔。在懸挑槽鋼上通長布置6根[10#槽鋼,立桿按設計要求布置在上面,支撐邊梁底部,邊梁900mm高混凝土先行澆筑后與梁底支撐系統共同作用,支撐2.2m厚板式轉換層的施工荷載。
3.1.2側模支撐
轉換層在15.65m標高上,為了防止出現脹膜現象,保證混凝土外觀質量,側模采用了全鋼大模板。模板高度3240mm,設錨固螺栓固定側模,螺栓與支撐系統、豎向及水平混凝土結構連接固定(圖3)。二、三道螺栓在有柱的部位焊接在柱的鋼筋上,在無柱的部位,第二道螺栓焊接在梁上的預埋筋上,第三道螺栓焊接在10槽鋼上。
由于鋼大模板散熱較快,混凝土側表面與環境的溫差極易超過25℃。為了滿足溫差要求,及時采取了拆除鋼模板,覆蓋、保濕、保溫的措施。
3.1.3樓梯支模
由于樓梯及預留孔洞的承載力比其它部位低,所以采取了槽鋼和斜撐輔助加固的措施(圖4)。調整三層樓梯板的`設計,增大其承載力,腳手架支撐從一層開始加固,以確保該部位支撐的穩定。
3.2鋼筋工程
結構轉換層鋼筋用量大約1100t,全部采用HRB400型,鋼筋密集,鋼筋直徑大。結構轉換層縱橫各設置11道暗梁,暗梁寬度1000～2600mm,梁上層鋼筋雙排28mm,下層筋雙排28mm。板筋上下層采用25mm和28mm兩種,雙排雙向。為抵抗混凝土局部強度收縮應力,在板中上下排鋼筋間設16@200雙向鋼筋網,無暗梁區域上下排鋼筋間設16@400抗剪兼架立筋。
板內布筋原則:橫向筋放于外排,豎向筋放于內排,上部筋在跨中連接,下部筋在暗梁處連接。
由于鋼筋層數較多,為保證鋼筋連接質量和方便施工,板中所有受力鋼筋均采用直螺紋連接。板主筋保護層取50mm,梁主筋保護層取30mm,轉換層厚板內的鋼筋,不得在暗梁內截斷,施工時不得留施工縫。排水管采用4根DN250無縫鋼管套管,排水管安裝時遇鋼筋時鋼筋彎曲,不得截斷鋼筋。暗梁鋼筋安裝搭設臨時腳手架鋼管支架,先安裝同一方向的暗梁,再安裝另一方向的暗梁,避免鋼筋縱橫交叉,架空疊加超高。因轉換層鋼筋單位面積重量大,特別是暗梁部位,采用現場特制的高強保護層墊塊,并增加墊塊數量,以保證鋼筋保護層的厚度。
3.3混凝土工程
轉換層混凝土強度等級為C40,為控制大體積混凝土的裂縫,設計要求采用循環冷卻水管降溫,并加膨脹劑。考慮轉換層內鋼筋密集,循環水管施工困難,造價高。膨脹劑在保濕養護條件下,能較好補償混凝土的收縮,但在轉換層側面和底部受養護條件限制,膨脹劑對此較難發揮作用。經論證,決定取消循環冷卻水管和摻加膨脹劑的方案,采用大摻量粉煤灰降低水化熱,并在混凝土中增加聚丙烯纖維控制混凝土的早期收縮裂縫。
3.3.1配合比設計
經試驗,選用強度等級42.5普通硅酸鹽水泥,其質量穩定,具有保水性好、泌水性小的特點,適用于泵送混凝土。為了減少水泥用量,降低水化熱,控制混凝土溫度及收縮產生裂縫,用Ⅱ級粉煤灰取代30水泥,粉煤灰的超量系數為1.35。碎石的粒徑為5~35mm;河砂的細度模數2.7。同時摻加0.9kg/m3的KDZ-II型聚丙烯纖維,纖維密度0.91g/cm3,線密度偏差率5%,斷裂強度659MPa,斷裂延伸率16%,伸長率5%時的初始模量7171MPa。
配合比水膠比為0.38,砂率41。選用LX一1(T)型外加劑延緩混凝土的凝結時間,推遲水化熱峰值時間,初凝時間(自然條件下薄膜覆蓋)約為20h左右,終凝時間約為40h。出機坍落度為205mm,1.5h后為180mm(白天25～31℃)。混凝土配合比見表1。標養試塊按60d強度評定。
3.3.2混凝土
轉換層厚度2.2m,面積約為1480m2,共需混凝土2850m3,均采用商品混凝土。現場配備混凝土輸送泵3臺,混凝土供應能力60m。采用平面分層澆筑方案,有利于支撐系統的穩定,降低水化熱。
混凝土分3層整體連續澆筑,每層約700mm。大摻量粉煤灰纖維混凝土應屬于高性能混凝土范疇,混凝土坍落度較大,采用50mm插入式振搗棒,嚴格控制層間搭接振搗,不過振漏振,振搗以混凝土表面不再顯著下降,不出現氣泡,表面泛漿為準,初凝前需進行二次振搗。梁、柱、墻相交的部位,由于鋼筋較密應采用30mm的振搗棒。
大體積混凝土表面水泥漿較厚,澆筑后應進行處理。初凝前1～2h,先用長刮桿刮平;終凝前,再用鐵滾筒碾壓數遍,并用木抹子打磨壓平,以閉合表面收縮裂縫。核心筒部位混凝土澆筑:核心筒部位是雙層板,根據該部位的結構形式,分二次澆筑。
3.3.3大體積混凝土的養護及測溫
轉換層混凝土初凝后,表面即覆蓋一層塑料薄膜和保溫毯,實施保溫、保濕養護,并根據測溫情況隨時調整保溫措施,使混凝土中心與表面、表面與環境的溫差均不大于25℃。混凝土內部溫度低于峰值后,采用澆水養護的措施。
為能及時有效地了解混凝土的溫度變化情況,轉換層共設16個測溫單元,共48個溫度傳感器,用電子測溫儀測量讀數,對混凝土溫差實施跟蹤和監測。混凝土澆筑12h后開始測溫,根據混凝土升溫的速率決定測溫頻次。澆筑后3～5d時間內,2～4h測一次,其后4～6h測一次,并作好記錄。實測結果表明板中心峰值溫度62.5℃,在第4d出現,同時測得板底混凝土溫度58℃,板面混凝土溫度45℃。
4結束語
本工程在轉換層混凝土施工前后對模板支撐體系進行了詳細的檢查,支撐體系穩定可靠,變形均在允許范圍之內。混凝土施工時間為9月下旬,氣溫較高。通過采用大摻量粉煤灰、聚丙烯纖維混凝土技術,有效地控制了大體積混凝土的裂縫,較冷卻循環水管降溫方案,造價明顯降低。
大體積混凝土內部產生的水化熱較大、溫度較高,強度上升比拆模試塊要快得多。而結構轉換層占有周轉材料較多,為了既節約周轉材料的費用,又能保證混凝土的拆模強度。建議采用回彈結構轉換層側模混凝土,并結合測溫記錄求得的混凝土等效齡期強度來判斷混凝土達到的實際強度。
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