高層建筑板式轉換層的設計施工

摘 要：高層建筑的發(fā)展，為施工技術的進步提供了廣闊的天地，而施工技術的進步，又是確保高層建筑能夠順利發(fā)展的重要條件，由于轉換層形式多樣，施工方法也千差萬別，但統(tǒng)計表明，板式轉換層占所有轉換層結構的50%以上，所以本文重點對板式轉換層的設計技術進行研究，并在板式轉換層施工方案決策問題和模型確立的基礎上提出了施工要點。

關鍵詞：高層建筑；板式轉換層；施工

1 高層建筑轉換層的應用與發(fā)展現(xiàn)狀

中國目前的鋼筋混凝土高層建筑一般在二十至五十層之間，其中尤以二十至三十五層居多。中國國內己建成的這個高度范圍內的高層建筑占全部高層鋼筋混凝土建筑的80%左右，可見這個高度范圍內的高層建筑是與中國城市的經濟發(fā)展和需求水平相適應的，因而應用最多。在建筑功能的要求上，高層建筑中很少是功能單一的住宅、寫字樓或賓館，高層鋼筋混凝土建筑多是地下部分是停車場，地上1-7層左右為商場、娛樂場所等，上部小開間的使用部分可以設置住宅、賓館、或辦公室。有統(tǒng)計表明，高層建筑中有轉換層結構的占80%左右。帶轉換層的高層建筑轉換層部分，由于梁、柱或板的尺寸較大，所以從模板的支撐系統(tǒng)，鋼筋的綁扎、鋼析架的安裝或預應力的張拉順序，大體積混凝土的澆注等方面在施工技術要求上都有極為嚴格的限制。在某種程度上可以說，轉換層施工是高層建筑的“瓶頸”，如果說一幢高層建筑在支撐系統(tǒng)選擇，鋼筋綁扎，混凝土澆注，預應力張拉，機械設備的選擇等方面做到方案科學，現(xiàn)場施工組織合理，定會帶來良好的經濟效益和社會效益。

2 高層建筑板式轉換層的設計技術

轉換板設置位置，是人們關心的板式轉換框支剪力墻結構抗震性能的重要問題之一。隨著人們對梁式轉換框支剪力墻結構在轉換層位置設置較高時，轉換層對結構抗震性能不利的認識，從而提出了轉換層位置較高的框支剪力墻的抗震設計概念，并且限制轉換層下大空間結構的層數(shù)。然而，板式轉換結構隨著轉換層位置的提高，結構是否也表現(xiàn)出同樣的動力特性及反應，也是值得討論的。本文結合廈門安寶大廈工程，采用三種模型來計算和分析板式轉換結構轉換層位置對結構抗震性能的影響。計算模型中，轉換層、標準層結構布置如圖1所示。圖中黑色填充區(qū)域為轉換層下部框支柱和落地剪力墻；實線部位為轉換板上布置的剪力墻。轉換板厚2200mm；落地剪力墻厚度為400mm；框支柱截面為1200mm×1200mm和1000mm×1000mm兩種；標準層x向剪力墻厚為250mm，y向剪力墻厚為200mm。轉換板所在的上、下樓層的層高分別為2.2m、3.6m(凈高，不含轉換板厚)，結構總高度為98.70m。三種模型分別為：

Hst0——無轉換層結構，以原工程轉換板上部結構為基礎，增加結構標準層，使其高度與原結構相同；

Hst3——轉換板設置在第3層頂，并將原工程x向井筒開洞，轉換層上、下結構等效側向剛度比γex =0.7046，γey=0.8971。

Hst6——轉換板設置在第6層頂，將模型Hst3的第1層復制增加三層，使其高度與原結構相同，同時，其轉換層上、下結構等效側向剛度比也與模型Hst3接近。結構計算分析采用ANSYS軟件。

圖1 計算機模型結構布置

圖板式轉換最大的優(yōu)點是可以在轉換層以上隨意布置結構型式和軸網(wǎng)，特別適用于建筑物上下部軸網(wǎng)錯位復雜甚至互不正交的情況。但轉換板傳力路徑不清晰，受力狀態(tài)復雜，結構分析計算繁冗。由于抗剪和抗沖切的需要，轉換板厚一般在2M以上，這一方面造成轉換層質量和剛度的突變，在地震作用時結構反應增大，轉換層上下相鄰層更成為結構薄弱層，不利于建筑物抗震；另一方面由于自重和地震作用的增加，下部豎向構件的荷載明顯增大，設計難度大。研究表明，轉換厚板的內力和位移分布嚴重不均，最大值與最小值間相差可達幾十倍。從整體上看，板式轉換的力學性能和經濟指標均較差，在實際工程中應慎用。當上下軸網(wǎng)變化但仍正交時，可采用正交主次轉換梁的結構型式來實現(xiàn)轉換。

3 板式轉換層施工方案決策問題和模型的確立

3.1 板式轉換層施工方案決策問題

最常用模板支撐方式有上面談到的三種方法，①落地支撐法②疊合梁原理法③吊模法。那么對于一個含有轉換層的施工項目而言，如何選用更優(yōu)的施工方案，如何安全可靠、質量優(yōu)良、工期準時、技術方便、簡單可行、工程造價成本又比較低的情況下完成轉換層結構的施工，是項目承建者的所追求的目標，所以在遇到此類問題時，經常存在如何決策方案才比較科學的問題。由于方案的優(yōu)劣是一個相對的概念，并且施工方案的選擇還受很多外部因素的影響。對于轉換層施工來說，如果轉換層所在位置較低，距離基礎在四層以內的話，落地支撐法將是最為理想的選擇；對于大于四層以上的情況，以上三種施工方法哪個方案最優(yōu)，決策者如何進行決策。

3.2 轉換層施工方案決策模型的建立

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP法)是美國運籌學家沙旦(T. L. Saaty)于上世紀70年代提出的，是一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法。特別是將決策者的經驗判斷給予量化，對目標(因素)結構復雜且缺乏必要數(shù)據(jù)情況下更為實用，所以近幾年來此法在我國工程實踐的方案決策中得到了廣泛應用。層次分析法的基本內容是：首先根據(jù)問題的性質和要求，提出一個總的目標；然后將問題按層次分解，對同一層次內的諸因素通過兩兩比較的方法確定出相對于上一層目標各自的權系數(shù)。這樣層層分析下去，直到最后一層，即可給出所有因素(或方案)相對于總目標而言按重要性(或偏好)程度的一個排序。

4 高層建筑板式轉換層的施工要點

由于板式轉換層結構的上述特點，在確定轉換層結構施工方案時應考慮下列幾個方面的問題：①轉換層的自重和施工荷載往往非常大，應選擇合理的模板支撐方案，并進行模板支撐體系的設計。②對大體積轉換層，混凝土施工時應考慮采取減小混凝土水化熱的措施，防止新澆混凝土的溫度裂縫。③轉換層的跨度和承受的荷載很大，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩(wěn)定和便于鋼筋的布置。④對預應力混凝土轉換層，由于其跨度和承受的荷載都很大，預應力鋼筋數(shù)量大，因此，要合理選擇預應力的張拉技術以防止張拉階段預拉區(qū)開裂或反拱過大。⑤設置模板支撐系統(tǒng)后，轉換結構施工階段的受力狀態(tài)與使用階段是不同的，應對轉換梁(或轉換厚度)及其下部樓層的樓板進行施工階段的承載力驗算。

(1)混凝土工程。在進行大跨度超高度轉換梁及轉換厚板的混凝土施工時，應采取措施防止新澆混凝土產生溫度裂縫。目前實際工程中采取的措施有：

①根據(jù)混凝土的配合比和預計的施工氣候及現(xiàn)場條件，采用大體積混凝土結構三維有限元溫度分析程序(3D TFEP)，對大跨度超高度轉換梁及轉換厚板整個過程中的溫度狀況進行模擬計算，掌握混凝土在澆筑后一個月內的各部分溫度的變化規(guī)律，為大跨度超高度轉換梁及轉換厚板的施工提供科學的預測分析和依據(jù)。

②大體積混凝土轉換結構施工時，應采取措施控制混凝土內部與混凝土表面溫度差小于15℃，實際工程中可采用下列方法：a.蓄熱保溫法，即常規(guī)保溫方法。混凝土的養(yǎng)護要把握兩個關鍵，即在升溫階段以保濕為主，在降溫階段以保溫為主。b.內降外保法，即在大體積混凝土內部循環(huán)埋管通水冷卻降溫，使大體積混凝土水化熱溫升降低，減少混凝土內部與混凝土表面的溫差，然后在大體積混凝土轉換結構的表面及其底面采取保濕措施。c.蓄水養(yǎng)護法，即在混凝土初凝后先灑水養(yǎng)護2h，隨后進行蓄水養(yǎng)護，蓄水高度一般為100mm。

③澆筑厚大的轉換層結構混凝土時，為防止混凝土內外溫差過大和提高混凝土抗拉強度，在選用水泥方面可采取下列措施：a.優(yōu)先選用水化熱低的礦渣硅酸鹽水泥或火山灰硅酸鹽水泥。b.摻用沸石粉代替部分水泥，降低水泥用量，使水化熱相應降低。c.摻入減水劑，減少水泥用量，使混凝土緩凝，推遲水化熱峰值的出現(xiàn)，使升溫延長，降低水化熱峰值，使混凝土的表面溫度梯度減少。

④澆筑厚大的轉換層結構混凝土時，為防止混凝土內外溫差過大和提高混凝土抗拉強度，在施工方法上可采取下列措施：a.采取先施工轉換結構周圍結構或墻體，防止混凝土表面散熱過快，內外溫差過大。b.變冬季施工的不利因素為有利因素，減低混凝土的入模溫度。在夏季高溫氣候施工時，采用冰水攪拌，以減低混凝土的入模溫度。c.采用分層次施工，每層厚300mm～500mm，連續(xù)澆筑，并在每一層混凝土初凝之前，將后一層混凝土澆筑完畢。D.采用疊合梁原理，將轉換結構按疊合構件施工，可緩解大體積混凝土水化熱高，溫度應力過大，對控制裂縫發(fā)展有利。

(2)鋼筋工程。轉換梁的含鋼量大，主筋長，布置密，在梁柱節(jié)點區(qū)鋼筋“相聚”。因此，正確地翻樣和下料，合理安排好鋼筋就位次序是鋼筋施工的關鍵。

①鋼筋翻樣前必須弄清設計意圖，審核、熟悉設計文件及有關說明，掌關規(guī)定。翻樣時考慮好鋼筋之間的穿插避讓關系，確定制作尺寸和綁扎次序。

②一般轉換層結構主筋接頭全部采用閃光對焊或錐螺紋接頭連接、冷擠壓套筒連接；對于兩端做彎頭的鋼筋，采用可調伸螺紋接頭解決鋼筋旋轉的困難。

③當轉換梁高度或轉換板厚度較大時，應采取措施保證鋼筋骨架的穩(wěn)定和便于操作。

參考文獻

[1]唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]余紅生.轉換層支撐系統(tǒng)的選型及其安全性分析[M].建筑安全.2003.

[3]趙鴻鐵，胡安妮.高層建筑轉換層結構形式選擇影響因素的統(tǒng)計分析[J].西安建筑科技大學學報.2000，32 (1).

[4]江見鯨.混凝土結構工程學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.