高層住宅樓轉換梁結構支撐體系施工技術

張 琳（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

隨著現代建筑技術的不斷發展，高層建筑已成為城市空間利用的重要形式[1]。在高層建設中，當建筑功能要求下部大空間、上部部分豎向構件不能直接連續貫通落地時，可以通過水平轉換結構與下部豎向構件連接，轉換梁即是在建筑結構中承受和傳遞荷載的重要水平構件，當布置的轉換梁支撐上部的結構為剪力墻時，轉換梁通常被稱為框支梁[2-3]。為了確保建筑整體穩定性和安全性，在轉換梁結構施工時，需要采取特別加強的支撐體系，以保證模板的承載能力和穩定性[4]。

本文結合山東省濰坊市某人才安居工程小區高層建筑轉換梁支撐體系施工，分析支撐體系的施工工藝，并提出相應的力學驗算方法，并基于現場監測技術對轉換梁澆筑和養護過程中支撐體系立桿和水平桿的受力情況進行分析。

1 工程概況

山東省濰坊市某人才安居工程由5 棟高層單體建筑組成，建筑總面積約為35000m2，單體建筑編號分別為A棟（32層）、B棟（25層）、C棟（28層）、D棟（32層）和E棟（28層），所有高層建筑均為框架剪力墻結構，樓板厚度為120mm，豎向受力構件的混凝土強度等級為C40，梁體混凝土強度等級為C35，剪力墻結構混凝土強度等級為C35，建筑結構安全等級為二級，首層結構高度為4.5m，首層為轉換梁結構，標準層層高為3m，頂層層高為3.2m，設1 層地下室，地下室結構層高為4.4m，建筑基礎形式為筏板基礎，筏板厚度為0.5m。各樓棟設置了不同尺寸的轉換梁，具體參數如表1所示。A棟建筑設置轉換梁規格為1 種，為CZL-1，設置在首層結構中；B棟建筑設置轉換梁規格為5種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-3、CZL-4、CZL-5；C 棟建筑設置轉換梁規格為4種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-6、CZL-7；D棟建筑設置轉換梁規格為3種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-4；E 棟建筑設置轉換梁規格為3 種，分別為CZL-1、CZL-3、CZL-6。

表1 建筑轉換梁設置情況

2 高層建筑轉換梁結構支撐體系施工部署

根據建筑施工高度以及材料的可周轉程度，分析結構的施工體系要求，轉換梁結構的支撐體系材料選擇模板厚度為19mm，木枋的尺寸為60mm×120mm，支撐體系鋼管直徑為48mm，鋼管壁厚為3mm，沿轉換梁梁體縱向布置，在轉換梁梁底橫向截面上按900mm+600mm+6×300mm+600mm+900mm 的布置形式進行搭設，轉換梁位置處支撐體系的平面圖和立面圖布置如圖1所示。

圖1 轉換梁結構位置處支撐體系布置/mm

轉換梁的支撐體系由立桿、水平橫桿和對拉螺桿組成，在施工部署前，需確定地下室頂板的混凝土強度達到設計強度的85%。轉換梁支撐體系設置兩層支撐，分別為1 層模板支撐體系和2 層模板支撐體系，共同承擔轉換的施工荷載，隨后對各個不同轉換梁截面的支撐體系進行荷載變形計算，模板和支撐體系應能承受墻體、柱體、梁體在施工階段的荷載，且模板和支撐體系的自身強度、變形和穩定性滿足《建筑施工模板安全技術規程》中的相關要求[5-6]，最終得到支撐體系各個桿件搭設構造設置值，如表2所示。

表2 轉換梁結構支撐體系技術參數設置

在滿足表2中施工搭設要求的轉換梁結構支撐體系，需要進一步反算轉換梁體底部主支撐和立桿的強度，計算時模板面板的自重荷載g1=0.2kN/m2，澆筑混凝土自重荷載g2=22.5kN/m2，梁體內自重荷載g3=1.8kN/m2，施工設備荷載g4=1.5kN/m2，直徑為48m、壁厚為3mm的支撐體系鋼管基本物理力學參數如表3所示。

表3 支撐體系鋼管基本物理力學參數

由此驗算得到施工階段轉換梁結構底部主支撐的最大彎曲應力如公式（1）所示，柱支撐抗剪強度如公式（2）所示，立桿的穩定性（臨界應力）如公式（3）所示[7]。

由此可知，主支撐的抗彎強度、抗剪強度校核通過，立桿的穩定性也校核通過。為了保證轉換梁結構處支撐體系的整體穩定性，在施工時應對支撐體系設置連續結構的剪刀撐，在豎向剪刀撐位置增設掃地桿層，相鄰剪刀撐之間的距離一般不超過5m，大于5m 時可以在兩者之間增設一個剪刀撐[8]。轉換層梁體支承體系施工流程如圖2所示。

圖2 轉換層梁體支撐體系施工流程

3 高層建筑轉換梁結構支撐體系受力狀態監測

為了保證轉換梁結構支撐體系的施工質量，有必要采取振弦式應變計對轉換梁支撐體系的受力狀態和變形情況進行實時動態監測。監測點布置在水平桿的中間部位（監測點編號為SPD01）和立桿的頂點部位（監測點編號為LGD01），監測時間從梁體澆筑開始，持續監測時間為30d，監測間隔為30min，監測數據采用GPRS 遠程傳輸的方式從支撐體系傳輸到電腦終端。以轉換梁結構CZL-1為例，梁體的澆筑過程為12:43開始澆筑主梁；14:36 澆筑至平次梁梁底；14:39 澆筑西側次梁，西側次梁澆筑完成；17:18 澆筑西側次梁并開始流入主梁內；17:36 第二次澆筑主梁，混凝土從東向西流動；17:56 主梁澆筑至板底下300mm；轉澆筑跨中次梁；19:30主梁澆筑完成，此后為梁體的養護時間。

圖3為立桿支撐的軸應力隨時間變化的監測結果，圖中的負值表示桿件受壓。從圖3中可以看出，從轉換梁開始澆筑，支撐體系立桿的軸應力呈現不同程度的波動，但大致可以分為兩個階段，即在15d 內支撐體系立桿的軸應力相對較大，平均值為15.33MPa，最大值為18.55MPa，而在15d之后，由于轉換梁結構的養護硬化，傳遞給立桿的上部荷載有所減小，支撐體系立桿的軸應力所有降低，平均值為7.86MPa，最大值為9.7MPa。立桿軸應力最大值小于[f]=205MPa，在施工過程中滿足受力要求。

圖3 立桿軸應力變化曲線

圖4 為水平桿支撐的軸應力隨時間變化的監測結果，圖中的負值表示桿件受壓。從圖4 中可以看出，從轉換梁開始澆筑，支撐體系水平桿的軸應力呈現不同程度的波動，但大致可以分為兩個階段，即在15d 內支撐體系水平桿的軸應力相對較大，平均值為7.82MPa，最大值為9.76MPa，而在15d 之后，由于轉換梁結構的養護硬化，傳遞給水平桿的荷載有所減小，支撐體系水平桿的軸應力所有降低，平均值為3.80MPa，最大值為4.6MPa。水平桿軸應力最大值小于[f]=205MPa，在施工過程中滿足受力要求。相對于立桿軸應力而言，水平桿的軸力相對較小。

圖4 水平桿軸應力變化曲線

4 結語

以山東省濰坊市某人才安居工程小區高層建筑為研究對象，對轉換梁結構支撐體系展開受力分析，根據不同的轉換梁體截面設計了支撐體系的平面和立面，并設置了立桿和水平桿件技術參數，運用力學原理對支撐體系的桿件進行驗算，提出了相應的施工技術方法，并對桿件的受力狀態進行監測，得到以下結論：

（1）基于材料力學原理，對設計的轉換梁結構支撐體系進行施工校核表明，主支撐抗彎強度為191N/mm2＜[f]=205N/mm2，主支撐抗剪強度45.35N/mm2＜[τ]=125N/mm2，立桿臨界應力190.39N/mm2＜[f]=205N/mm2，支撐體系受力和穩定性均校核通過。

（2）現場施工監測表明，轉換梁結構支撐體系在梁體澆筑和養護過程中，支撐體系立桿和水平桿的軸應力均分成兩個階段，在15d 內軸應力較大，而在15d 后軸應力有所減小。同時，立桿和水平桿的最大軸應力均滿足受力要求。