淺談大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工技術

方 華 劉慧濤

（成都建筑材料工業設計研究院有限公司，四川 成都 610021）

一、選題背景和意義

為了滿足上下樓層的不同結構功能，需要在樓層設計轉換層，尤其在結構的布置差異比較大的情況下。轉換層用于傳遞上方結構荷載，穩定建筑結構，在整個建筑工程中起著非常重要的作用。就目前而言，高層建筑結構多采用低層商用，高層住宿的方式，在低層商用與上部住宿之間，呈現大空間與多墻多柱的小空間的轉換，通常就需采用特定的結構形式進行處理，即增加轉換層。

傳統的大跨度鋼筋混凝土梁的配筋相對較多，給施工造成非常不便，并很容易使得在支座部分和跨中產生裂縫。而預應力混凝土梁則改善了此類梁的特性，不管是從受力性能上，還是抗裂性能上都有了很大提高，并且直接可減小轉換梁的截面大小、減輕臨時支撐結構的負擔、節約鋼材及混凝土。

因其結構跨度和承受荷載較大，使得轉換層構件的尺寸高大。一般來說，應用較為廣泛的截面高度是跨度的1/4~1/6，工程實踐中常用高度是1.6m~4m。考慮到跨度和承托層數情況，較小的截面高度可以為0.9m~1.4m，而大者可達4.0m~8.2m。由于其體積龐大，導致施工過程中連續作業強度大、難度大。對于大跨度混凝土轉換梁的施工，關鍵點還是在設置臨時的支撐系統、混凝土的施工方案及預應力工程。

從現有的一些實踐經驗來看，對轉換梁的支撐架沒有進行精確的設計驗算，僅憑經驗搭設最終導致支撐架坍塌的事故發生較多，此外，如沒有控制高強度混凝土的組成成分和配合比，或者沒有有效的組織設計方案，最終導致裂縫出現，如在預應力工程時候程序不合理使梁體變形過大，構件中出現很大次應力進而影響本身和整體的受力性能等等。該類問題反映出大跨度預應力混凝土轉換梁的施工是相當復雜的一項系統工程，涉及諸多學科領域如工程力學、工程管理及材料學等，需要考慮到多方面的因素包括環境、設計、人工、材料等對施工過程的影響。所以，對該結構的施工技術進行研究有著良好的社會經濟效益。

二、預應力混凝土轉換梁的施工技術

（一）大跨度預應力混凝土轉換梁結構的施工力學問題

由于該結構形式存在跨度大、截面尺寸大、承受載荷大等特點，給施工增加了較大難度，為了保證轉換層結構的施工質量安全，有必要對其受力特點進行具體分析。

1 模板支撐系統受力情況

為了保證混凝土轉換梁的變形不超過允許范圍，在實際工程狀況中，要根據不同的情況和特點，以確定出模板支撐系統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，這時在對支撐系統進行承載力驗算的同時，還需對相應的樓板承載力和支撐樓板數量進行必要的計算，特殊情況下課對設計進行修改，如可以通過增加樓板的厚度來提高它的承載力。

2 混凝土的溫度和收縮應力情況

混凝土轉換梁的尺寸相對較大，屬大體積混凝土構件。由于大體積的混凝土構件普遍存在澆筑后的水化熱產生的溫度變化和收縮的共同作用，其產生溫度應力和收縮應力繼而導致梁構件出現裂縫。因此在施工過程當中，要想方設法的降低混凝土內的最大溫升值，減少其溫度的變化率和內外的溫度差，以保證溫度應力在抗拉強度的范圍之內。同時還需要采取混凝土的性能改善方案，比如澆筑的方式和養護的手段及構造舉措來控制構件的收縮變形，減少應力影響，降低產生裂縫的可能性。

3 預應力對轉換梁結構的受力影響情況

預應力工程會產生次應力，轉換梁及其上部構造會因此產生一定量的變形。對轉換梁結構施以一定預應力，其主要的目的是為了使預應力筋和轉換梁本身同時與上部荷載平衡。若上部的結構存在較大的荷載，又沒有及時的對轉換梁施以預應力或程度不大，則結構會出現較大變形，反之，也會在施工期間和使用階段對結構的安全性能產生不良的影響。所以，在預應力工程的施工過程當中，要結合轉換梁構件的整體結構特點和受力情況，采取科學的施工程序，合理的按照步驟施工，用以分階段與轉換梁的上部荷載平衡，保證結構構件安全性。

（二）大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工技術控制要點

根據以上的一些特點分析，在確定施工方案之前應重點考慮以下的一些問題：

1 轉換梁的自身重量、施工荷載及上部荷載往往較大，在還沒有張拉預應力的時候，轉換梁的下方的支撐模板獨自支撐起轉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進行模板支撐，并在整體的設計過程中結合構造特點。

2 設計完支撐系統，轉換梁的施工期間和使用期間的受力狀態不同，因此，在施工階段，應該對驗算該構造及其下部的樓板樓層的承載力。轉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，會在梁中產生附加的內力，在設計的時候并沒有考慮到該內力，需要對施工階段的轉換梁的受力狀況進行具體分析計算，如果有必要，可以采用一些構造手段來抵抗這些附加內力，如增配受力筋。

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

4 轉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，因此在施工期間應采取相關措施來穩定鋼筋骨架以及為普通鋼筋或預應力筋的穿插提供便利。

5 因預應力混凝土轉換梁的預應力筋數量頗多，所以對預應力筋的張拉技術的選擇和科學合理的施工程序尤為重要，以此來防止反拱變形過大或者在張拉階段的預拉區產生裂縫。

6 應該積極的監測轉換梁在施工期間的變形、混凝土的溫度情況及預應力的施力情況，及時把握各種不利于施工質量的情況，并采用相應的措施來預防和糾正。

三、大跨度預應力混凝土轉換梁結構施工技術的發展趨勢

目前在建筑行業，高層和超高層的建筑中，轉換梁的結構存在一個趨勢，其跨度和截面越加變得大型化，這種變化對施工技術的要求也相應的變得越來越嚴格。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的最新成果的應用，社會經濟的效益，最新的工藝、方法進行施工來保障建筑工程的質量。總的說來，大跨度預應力混凝土轉換梁的施工技術有著以下幾個趨勢：

1 臨時支撐形式比選與綜合應用

考慮各種可能和可行的方案，通過對其諸多方面進行綜合評估，如可靠度，經濟型，施工難度等，在以追求最優消費比的前提下，擴展思路，并可在必要的情況下采取多種形式綜合支撐應用，來選取最佳的方案。

2 改善混凝土強度

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

3 監測手段信息化

為了獲取轉換梁在施工過程和使用期間產生的混凝土溫升值和施加的預應力值等相關參數的實時精確數據以及其變化的規律，可采取諸多的信息化手段來進行監測，保證在施工的時候出現問題，可以及時的采取對應的解決措施來糾偏，以達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候，如模板支撐和混凝土工程，可以應用有限元分析軟件如ANSYS或SAP等來近似的模擬其受力狀況或工況，并通過精確的分析和計算得出整個系統里面由于受到各項荷載而產生的相關變形以及溫度應力，且考慮其分布情況，以為確定方案和優化提供一定依據。

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

[2]天傳浩，王愛勛，魯淑凡，李欽波，向碇.武漢天恒大廈大截面結構轉換梁施工技術[J].施工技術，2000（08）.

[3]彭志.高層建筑混凝土結構轉換層施工技術研究[J].重慶大學土木工程學院：施工教研室，2003（04）.

[4]成都市城市建設科學研究院.預應力混凝土實用施工技術[M].成都：四川科學技術出版社，2000.

[6]鞏曙光，謝桂蘭，邱愛宏，李玉芝.ANSYS工程應用實例解析[M].北京：機械工業出版社，2003.