淺談大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

方 華 劉慧濤

（成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610021）

一、選題背景和意義

為了滿(mǎn)足上下樓層的不同結(jié)構(gòu)功能，需要在樓層設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層，尤其在結(jié)構(gòu)的布置差異比較大的情況下。轉(zhuǎn)換層用于傳遞上方結(jié)構(gòu)荷載，穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)，在整個(gè)建筑工程中起著非常重要的作用。就目前而言，高層建筑結(jié)構(gòu)多采用低層商用，高層住宿的方式，在低層商用與上部住宿之間，呈現(xiàn)大空間與多墻多柱的小空間的轉(zhuǎn)換，通常就需采用特定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行處理，即增加轉(zhuǎn)換層。

傳統(tǒng)的大跨度鋼筋混凝土梁的配筋相對(duì)較多，給施工造成非常不便，并很容易使得在支座部分和跨中產(chǎn)生裂縫。而預(yù)應(yīng)力混凝土梁則改善了此類(lèi)梁的特性，不管是從受力性能上，還是抗裂性能上都有了很大提高，并且直接可減小轉(zhuǎn)換梁的截面大小、減輕臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)、節(jié)約鋼材及混凝土。

因其結(jié)構(gòu)跨度和承受荷載較大，使得轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的尺寸高大。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用較為廣泛的截面高度是跨度的1/4~1/6，工程實(shí)踐中常用高度是1.6m~4m?？紤]到跨度和承托層數(shù)情況，較小的截面高度可以為0.9m~1.4m，而大者可達(dá)4.0m~8.2m。由于其體積龐大，導(dǎo)致施工過(guò)程中連續(xù)作業(yè)強(qiáng)度大、難度大。對(duì)于大跨度混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工，關(guān)鍵點(diǎn)還是在設(shè)置臨時(shí)的支撐系統(tǒng)、混凝土的施工方案及預(yù)應(yīng)力工程。

從現(xiàn)有的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)轉(zhuǎn)換梁的支撐架沒(méi)有進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，僅憑經(jīng)驗(yàn)搭設(shè)最終導(dǎo)致支撐架坍塌的事故發(fā)生較多，此外，如沒(méi)有控制高強(qiáng)度混凝土的組成成分和配合比，或者沒(méi)有有效的組織設(shè)計(jì)方案，最終導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，如在預(yù)應(yīng)力工程時(shí)候程序不合理使梁體變形過(guò)大，構(gòu)件中出現(xiàn)很大次應(yīng)力進(jìn)而影響本身和整體的受力性能等等。該類(lèi)問(wèn)題反映出大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工是相當(dāng)復(fù)雜的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及諸多學(xué)科領(lǐng)域如工程力學(xué)、工程管理及材料學(xué)等，需要考慮到多方面的因素包括環(huán)境、設(shè)計(jì)、人工、材料等對(duì)施工過(guò)程的影響。所以，對(duì)該結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行研究有著良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工技術(shù)

（一）大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問(wèn)題

由于該結(jié)構(gòu)形式存在跨度大、截面尺寸大、承受載荷大等特點(diǎn)，給施工增加了較大難度，為了保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量安全，有必要對(duì)其受力特點(diǎn)進(jìn)行具體分析。

1 模板支撐系統(tǒng)受力情況

為了保證混凝土轉(zhuǎn)換梁的變形不超過(guò)允許范圍，在實(shí)際工程狀況中，要根據(jù)不同的情況和特點(diǎn)，以確定出模板支撐系統(tǒng)里面的荷載傳遞路徑，并且充分考慮其影響，以便選取合理的模板支撐方式和布置。

因轉(zhuǎn)換層底模存在較大施工荷載，其支撐一般需從梁底撐到下部幾層的樓面或者底層的地面，這時(shí)在對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行承載力驗(yàn)算的同時(shí)，還需對(duì)相應(yīng)的樓板承載力和支撐樓板數(shù)量進(jìn)行必要的計(jì)算，特殊情況下課對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，如可以通過(guò)增加樓板的厚度來(lái)提高它的承載力。

2 混凝土的溫度和收縮應(yīng)力情況

混凝土轉(zhuǎn)換梁的尺寸相對(duì)較大，屬大體積混凝土構(gòu)件。由于大體積的混凝土構(gòu)件普遍存在澆筑后的水化熱產(chǎn)生的溫度變化和收縮的共同作用，其產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力繼而導(dǎo)致梁構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。因此在施工過(guò)程當(dāng)中，要想方設(shè)法的降低混凝土內(nèi)的最大溫升值，減少其溫度的變化率和內(nèi)外的溫度差，以保證溫度應(yīng)力在抗拉強(qiáng)度的范圍之內(nèi)。同時(shí)還需要采取混凝土的性能改善方案，比如澆筑的方式和養(yǎng)護(hù)的手段及構(gòu)造舉措來(lái)控制構(gòu)件的收縮變形，減少應(yīng)力影響，降低產(chǎn)生裂縫的可能性。

3 預(yù)應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的受力影響情況

預(yù)應(yīng)力工程會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力，轉(zhuǎn)換梁及其上部構(gòu)造會(huì)因此產(chǎn)生一定量的變形。對(duì)轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施以一定預(yù)應(yīng)力，其主要的目的是為了使預(yù)應(yīng)力筋和轉(zhuǎn)換梁本身同時(shí)與上部荷載平衡。若上部的結(jié)構(gòu)存在較大的荷載，又沒(méi)有及時(shí)的對(duì)轉(zhuǎn)換梁施以預(yù)應(yīng)力或程度不大，則結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)較大變形，反之，也會(huì)在施工期間和使用階段對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能產(chǎn)生不良的影響。所以，在預(yù)應(yīng)力工程的施工過(guò)程當(dāng)中，要結(jié)合轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況，采取科學(xué)的施工程序，合理的按照步驟施工，用以分階段與轉(zhuǎn)換梁的上部荷載平衡，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性。

（二）大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)控制要點(diǎn)

根據(jù)以上的一些特點(diǎn)分析，在確定施工方案之前應(yīng)重點(diǎn)考慮以下的一些問(wèn)題：

1 轉(zhuǎn)換梁的自身重量、施工荷載及上部荷載往往較大，在還沒(méi)有張拉預(yù)應(yīng)力的時(shí)候，轉(zhuǎn)換梁的下方的支撐模板獨(dú)自支撐起轉(zhuǎn)換梁的很大部分自身重量、部分的上部荷載以及施工的荷載，所以需采取合理可行的方案來(lái)進(jìn)行模板支撐，并在整體的設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合構(gòu)造特點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)完支撐系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換梁的施工期間和使用期間的受力狀態(tài)不同，因此，在施工階段，應(yīng)該對(duì)驗(yàn)算該構(gòu)造及其下部的樓板樓層的承載力。轉(zhuǎn)換梁因受到下部模板支撐體系的影響或者混凝土加工方法的作用，會(huì)在梁中產(chǎn)生附加的內(nèi)力，在設(shè)計(jì)的時(shí)候并沒(méi)有考慮到該內(nèi)力，需要對(duì)施工階段的轉(zhuǎn)換梁的受力狀況進(jìn)行具體分析計(jì)算，如果有必要，可以采用一些構(gòu)造手段來(lái)抵抗這些附加內(nèi)力，如增配受力筋。

3 針對(duì)于大體積混凝土轉(zhuǎn)換梁而言，施工階段應(yīng)該采取相應(yīng)的措施手段來(lái)降低溫差值、減少溫度變化率及防止收縮變形，繼而產(chǎn)生收縮裂縫和溫度裂縫。

4 轉(zhuǎn)換梁的配筋比率較多，跨度大，承載大，且鋼筋的骨架比較的高，因此在施工期間應(yīng)采取相關(guān)措施來(lái)穩(wěn)定鋼筋骨架以及為普通鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋的穿插提供便利。

5 因預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量頗多，所以對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉技術(shù)的選擇和科學(xué)合理的施工程序尤為重要，以此來(lái)防止反拱變形過(guò)大或者在張拉階段的預(yù)拉區(qū)產(chǎn)生裂縫。

6 應(yīng)該積極的監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換梁在施工期間的變形、混凝土的溫度情況及預(yù)應(yīng)力的施力情況，及時(shí)把握各種不利于施工質(zhì)量的情況，并采用相應(yīng)的措施來(lái)預(yù)防和糾正。

三、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前在建筑行業(yè)，高層和超高層的建筑中，轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)存在一個(gè)趨勢(shì)，其跨度和截面越加變得大型化，這種變化對(duì)施工技術(shù)的要求也相應(yīng)的變得越來(lái)越嚴(yán)格。所以，施工方案的確定之前，需要綜合考慮諸多方面的因素，包括建材和建筑技術(shù)的最新成果的應(yīng)用，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的效益，最新的工藝、方法進(jìn)行施工來(lái)保障建筑工程的質(zhì)量。總的說(shuō)來(lái)，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工技術(shù)有著以下幾個(gè)趨勢(shì)：

1 臨時(shí)支撐形式比選與綜合應(yīng)用

考慮各種可能和可行的方案，通過(guò)對(duì)其諸多方面進(jìn)行綜合評(píng)估，如可靠度，經(jīng)濟(jì)型，施工難度等，在以追求最優(yōu)消費(fèi)比的前提下，擴(kuò)展思路，并可在必要的情況下采取多種形式綜合支撐應(yīng)用，來(lái)選取最佳的方案。

2 改善混凝土強(qiáng)度

因大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁需有較大的承受荷載能力，所以需要強(qiáng)度較高的混凝土才能滿(mǎn)足要求。這使得施工階段的水泥水化熱較大與溫升較高，控制溫度應(yīng)力越來(lái)越難，增加了產(chǎn)生裂縫的幾率。當(dāng)前的建筑工程建設(shè)中廣泛使用的是合成纖維混凝土，具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，很大程度上改善了混凝土的受力性能。因此，可在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁的施工過(guò)程中添加一定的合成纖維，這會(huì)有效的增大混凝土的極限拉伸程度和提高其抗拉強(qiáng)度，以此來(lái)控制裂縫。

3 監(jiān)測(cè)手段信息化

為了獲取轉(zhuǎn)換梁在施工過(guò)程和使用期間產(chǎn)生的混凝土溫升值和施加的預(yù)應(yīng)力值等相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)精確數(shù)據(jù)以及其變化的規(guī)律，可采取諸多的信息化手段來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證在施工的時(shí)候出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)的采取對(duì)應(yīng)的解決措施來(lái)糾偏，以達(dá)到信息化施工的目的。

4 分析軟件的使用

目前，確定建筑工程施工方案的時(shí)候，如模板支撐和混凝土工程，可以應(yīng)用有限元分析軟件如ANSYS或SAP等來(lái)近似的模擬其受力狀況或工況，并通過(guò)精確的分析和計(jì)算得出整個(gè)系統(tǒng)里面由于受到各項(xiàng)荷載而產(chǎn)生的相關(guān)變形以及溫度應(yīng)力，且考慮其分布情況，以為確定方案和優(yōu)化提供一定依據(jù)。

[1]施嵐青，余宗明，張玉祥，姜傳庫(kù).新型腳手架與模板支撐架[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997（08）.

[2]天傳浩，王愛(ài)勛，魯淑凡，李欽波，向碇.武漢天恒大廈大截面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2000（08）.

[3]彭志.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)研究[J].重慶大學(xué)土木工程學(xué)院：施工教研室，2003（04）.

[4]成都市城市建設(shè)科學(xué)研究院.預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)用施工技術(shù)[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[6]鞏曙光，謝桂蘭，邱愛(ài)宏，李玉芝.ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.