高層住宅樓轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系施工技術(shù)

張 琳（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)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(shè)中，當(dāng)建筑功能要求下部大空間、上部部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地時(shí)，可以通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件連接，轉(zhuǎn)換梁即是在建筑結(jié)構(gòu)中承受和傳遞荷載的重要水平構(gòu)件，當(dāng)布置的轉(zhuǎn)換梁支撐上部的結(jié)構(gòu)為剪力墻時(shí)，轉(zhuǎn)換梁通常被稱為框支梁[2-3]。為了確保建筑整體穩(wěn)定性和安全性，在轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要采取特別加強(qiáng)的支撐體系，以保證模板的承載能力和穩(wěn)定性[4]。

本文結(jié)合山東省濰坊市某人才安居工程小區(qū)高層建筑轉(zhuǎn)換梁支撐體系施工，分析支撐體系的施工工藝，并提出相應(yīng)的力學(xué)驗(yàn)算方法，并基于現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)對轉(zhuǎn)換梁澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中支撐體系立桿和水平桿的受力情況進(jìn)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(hào)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(jié)構(gòu)，樓板厚度為120mm，豎向受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，首層結(jié)構(gòu)高度為4.5m，首層為轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3m，頂層層高為3.2m，設(shè)1 層地下室，地下室結(jié)構(gòu)層高為4.4m，建筑基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為0.5m。各樓棟設(shè)置了不同尺寸的轉(zhuǎn)換梁，具體參數(shù)如表1所示。A棟建筑設(shè)置轉(zhuǎn)換梁規(guī)格為1 種，為CZL-1，設(shè)置在首層結(jié)構(gòu)中；B棟建筑設(shè)置轉(zhuǎn)換梁規(guī)格為5種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-3、CZL-4、CZL-5；C 棟建筑設(shè)置轉(zhuǎn)換梁規(guī)格為4種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-6、CZL-7；D棟建筑設(shè)置轉(zhuǎn)換梁規(guī)格為3種，分別為CZL-1、CZL-2、CZL-4；E 棟建筑設(shè)置轉(zhuǎn)換梁規(guī)格為3 種，分別為CZL-1、CZL-3、CZL-6。

表1 建筑轉(zhuǎn)換梁設(shè)置情況

2 高層建筑轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系施工部署

根據(jù)建筑施工高度以及材料的可周轉(zhuǎn)程度，分析結(jié)構(gòu)的施工體系要求，轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換梁梁體縱向布置，在轉(zhuǎn)換梁梁底橫向截面上按900mm+600mm+6×300mm+600mm+900mm 的布置形式進(jìn)行搭設(shè)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)位置處支撐體系布置/mm

轉(zhuǎn)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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%。轉(zhuǎn)換梁支撐體系設(shè)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(dān)轉(zhuǎn)換的施工荷載，隨后對各個(gè)不同轉(zhuǎn)換梁截面的支撐體系進(jìn)行荷載變形計(jì)算，模板和支撐體系應(yīng)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(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性滿足《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求[5-6]，最終得到支撐體系各個(gè)桿件搭設(shè)構(gòu)造設(shè)置值，如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系技術(shù)參數(shù)設(shè)置

在滿足表2中施工搭設(shè)要求的轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系，需要進(jìn)一步反算轉(zhuǎn)換梁體底部主支撐和立桿的強(qiáng)度，計(jì)算時(shí)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(nèi)自重荷載g3=1.8kN/m2，施工設(shè)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(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 支撐體系鋼管基本物理力學(xué)參數(shù)

由此驗(yàn)算得到施工階段轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)底部主支撐的最大彎曲應(yīng)力如公式（1）所示，柱支撐抗剪強(qiáng)度如公式（2）所示，立桿的穩(wěn)定性（臨界應(yīng)力）如公式（3）所示[7]。

由此可知，主支撐的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度校核通過，立桿的穩(wěn)定性也校核通過。為了保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)處支撐體系的整體穩(wěn)定性，在施工時(shí)應(yīng)對支撐體系設(shè)置連續(xù)結(jié)構(gòu)的剪刀撐，在豎向剪刀撐位置增設(shè)掃地桿層，相鄰剪刀撐之間的距離一般不超過5m，大于5m 時(shí)可以在兩者之間增設(shè)一個(gè)剪刀撐[8]。轉(zhuǎn)換層梁體支承體系施工流程如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)換層梁體支撐體系施工流程

3 高層建筑轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系受力狀態(tài)監(jiān)測

為了保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系的施工質(zhì)量，有必要采取振弦式應(yīng)變計(jì)對轉(zhuǎn)換梁支撐體系的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測點(diǎn)布置在水平桿的中間部位（監(jiān)測點(diǎn)編號(hào)為SPD01）和立桿的頂點(diǎn)部位（監(jiān)測點(diǎn)編號(hào)為LGD01），監(jiān)測時(shí)間從梁體澆筑開始，持續(xù)監(jiān)測時(shí)間為30d，監(jiān)測間隔為30min，監(jiān)測數(shù)據(jù)采用GPRS 遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞綇闹误w系傳輸?shù)诫娔X終端。以轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)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(cè)次梁，西側(cè)次梁澆筑完成；17:18 澆筑西側(cè)次梁并開始流入主梁內(nèi)；17:36 第二次澆筑主梁，混凝土從東向西流動(dòng)；17:56 主梁澆筑至板底下300mm；轉(zhuǎn)澆筑跨中次梁；19:30主梁澆筑完成，此后為梁體的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

圖3為立桿支撐的軸應(yīng)力隨時(shí)間變化的監(jiān)測結(jié)果，圖中的負(fù)值表示桿件受壓。從圖3中可以看出，從轉(zhuǎn)換梁開始澆筑，支撐體系立桿的軸應(yīng)力呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，但大致可以分為兩個(gè)階段，即在15d 內(nèi)支撐體系立桿的軸應(yīng)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(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)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(yīng)力所有降低，平均值為7.86MPa，最大值為9.7MPa。立桿軸應(yīng)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(yīng)力變化曲線

圖4 為水平桿支撐的軸應(yīng)力隨時(shí)間變化的監(jiān)測結(jié)果，圖中的負(fù)值表示桿件受壓。從圖4 中可以看出，從轉(zhuǎn)換梁開始澆筑，支撐體系水平桿的軸應(yīng)力呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，但大致可以分為兩個(gè)階段，即在15d 內(nèi)支撐體系水平桿的軸應(yīng)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(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)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(yīng)力所有降低，平均值為3.80MPa，最大值為4.6MPa。水平桿軸應(yīng)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(yīng)力而言，水平桿的軸力相對較小。

圖4 水平桿軸應(yīng)力變化曲線

4 結(jié)語

以山東省濰坊市某人才安居工程小區(qū)高層建筑為研究對象，對轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系展開受力分析，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換梁體截面設(shè)計(jì)了支撐體系的平面和立面，并設(shè)置了立桿和水平桿件技術(shù)參數(shù)，運(yùn)用力學(xué)原理對支撐體系的桿件進(jìn)行驗(yàn)算，提出了相應(yīng)的施工技術(shù)方法，并對桿件的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，得到以下結(jié)論：

（1）基于材料力學(xué)原理，對設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系進(jìn)行施工校核表明，主支撐抗彎強(qiáng)度為191N/mm2＜[f]=205N/mm2，主支撐抗剪強(qiáng)度45.35N/mm2＜[τ]=125N/mm2，立桿臨界應(yīng)力190.39N/mm2＜[f]=205N/mm2，支撐體系受力和穩(wěn)定性均校核通過。

（2）現(xiàn)場施工監(jiān)測表明，轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)支撐體系在梁體澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中，支撐體系立桿和水平桿的軸應(yīng)力均分成兩個(gè)階段，在15d 內(nèi)軸應(yīng)力較大，而在15d 后軸應(yīng)力有所減小。同時(shí)，立桿和水平桿的最大軸應(yīng)力均滿足受力要求。