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深圳大厦结构转换层施工技术

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2020年4月19日
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深圳雍景台大厦结构转换层施工技术

李建中
(江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司,深圳,518034)

[摘要]:深圳雍景台大厦结构转换层施工中,合理安排施工工序,大断面转换托梁采用分层浇筑,充分发挥先期浇筑的梁的承载能力并经过复核验算适当增加负弯矩钢筋从而解决了后期浇筑梁的施工荷载的传递,对大断面转换梁砼的施工从设计、原材料、配合比、施工工艺、成型后的养护等多方面综合采取措施,保证了箱式转换层的施工质量。
[关键词]结构转换层;转换托梁;环梁;支撑体系;荷载传递;裂缝控制

雍景台大厦位于深圳市景田路与商报路交汇处,高51层,其中地下室三层,地上48层,建筑总高度168米,建筑面积101000平方米。裙楼八层,上部两栋塔楼,结构设计在八层(标高为25.6～28.3m处)设置箱式结构转换层,经过箱式结构转换层将裙楼框支剪力墙结构转换成塔楼的剪力墙结构体系。

1、转换层结构设计特征

箱式结构转换层层高为2.7m,底板厚220,内配φ16＠150双向双排钢筋(为方便模板拆除,在每单个箱体底板中部均留置了一个φ1200拆模孔);箱体侧壁为纵横交错的1600×2700、1500×2700、1200×2700、700×2700等规格的KTL梁并与核心筒700宽的剪力墙相连结,构成一个整体,转换层顶板250厚,局部(～轴间的～轴段、～轴段、～轴段、～轴段)板厚1200,A、B两座塔楼之间～轴段裙楼屋面板厚300mm,外围一周挑板厚150、120、100。
箱式转换层砼强度等级:
核心筒剪力墙:C60;KTL(托梁):C50;其余构件:C40。

图1 箱式转换层结构平面图
2、施工部署

2.1 箱式结构转换层KTL(托梁)体积大(1600×2700、1500×2700、1200×2700、700×2700),经计算其施工设计荷载达75KN/m2,若采用常规模板支撑体系,靠下层楼面梁板来承受如此大的荷载,势必会使下层楼面梁板结构遭到破坏,若利用已浇筑的下面各楼层分层卸荷,支撑需回顶到地下室顶板上,这显然既不经济,又不能保证各层楼面因模板支撑体系变形叠加而导致产生开裂等质量问题,故不能采取常规方法施工。
经分析比较,确定采用分层浇筑的方法,共分两次浇筑,第一次浇筑700高(标高26.3m处),第二次浇筑 高。
2.2由于箱式结构转换层下设计有钢管砼柱,为确保钢管柱砼浇筑质量,在箱式转换层底层板模板铺设好后,应先将钢管柱砼浇筑至箱式转换层底板下,然后再安装柱顶环梁及其它KTL托梁钢筋。
2.3 在结构标高的22.3m～28.3m段剪力墙砼分两次浇筑,第一次浇至26.3m处,水平施工缝与箱式转换层水平施工缝一致,第二次浇至28.3m处,裙楼部位的圆柱及屋面梁板砼浇筑同箱式转换层第二次浇筑同时进行。
2.4 ～轴裙楼屋面板下及屋面外围一周挑板下采用钢管排架支撑体系,箱式转换层上下板及梁采用钢管顶撑体系。
2.5 KTL(托梁)属大致积砼,必须加强砼养护工作。

3、工艺流程

制安箱式结构转换层底层板模板及托梁底模→安装绑扎托梁及环梁钢筋→在钢管柱顶端外环梁钢板上焊接竖向钢筋→绑扎转换层底层板钢筋→安装480高的梁侧模(因第一次浇筑砼700高)→设置剪力槽→浇筑第一次砼→处理施工缝→养护(7天)→制安梁侧模及转换层顶板模板→浇筑第二次砼→养护。

4、主要施工技术

4.1模板工程及支撑体系
4.1.1 KTL(托梁)模板及支撑体系
KTL(托梁)截面尺寸一般为1600×2700、1500×2700、1200×2700、700×2700,因考虑分二次浇筑,第一次浇筑梁下700高,在第一次浇筑砼前整个梁钢筋必须绑扎完毕,故在计算模板及支撑时,应考虑整个梁的钢筋重量。
箱式结构转换层KTL按最不利因素考虑,取～轴交～轴段KTL0804[1500(宽)×2700(高)×10400(跨度)]作为分析、设计对象,经计算KTL0804梁的施工设计线荷载q=38.04KN/m梁底板选用18厚七夹板,板下纵向设50×100通长硬杂木枋间距250,共六根立放,CH型钢管顶撑按纵向排距700,横向每排顶撑间距400,共设五根,梁下顶撑沿纵向每排均需用φ48钢管和扣件将上半段扣牢拉稳,横向按每隔两排顶撑用φ48钢管扣牢拉稳,增加整个支撑体系的稳定性。
已浇筑的楼面承受荷载按5KN/m2计算,梁底钢管顶撑需回顶四层,即从七层回顶到三层楼面,回顶位置、间距同转换托梁下支撑位置、间距。
为确保整个支撑体系传递荷载的有效性,在施工七层楼面时,其对应于KTL(托梁)位置范围内支撑体系同转换层KTL(托梁)支撑体系。七层其它部位的梁板顶撑位置间距亦对应上方转换层梁板位置间距。这样,保持转换层施工有二层原支撑体系,支撑下口与楼面接触处均铺设长脚手板。
所有梁板部位顶撑回顶位置、间距应对应其上部顶撑支撑位置间距,回顶时楼面上口垫250宽的长脚手板,楼面下口垫50×100硬木枋,若回顶的顶撑上、下口均置于梁上,下口可不设脚手板及硬木枋。详见图2。
4.1.2 先浇筑的700高梁承受荷载验算。
第1次砼浇筑后,待强度达到设计强度的90%以上(一般7天强度达到90%,但必须以同条件养护试块结果为准),开始进行梁上段及箱体顶板砼的浇筑,此时,考虑利用700高的梁承受其上部砼浇筑荷载。经过计算,各托梁先浇的700高部位需在浇筑砼前附加受力负筋。具体见下表:
箱式转换层托梁先浇部位负筋表
梁
第一跨
第二跨
第三跨
KTL0801
8φ18
8φ18
8φ18
8φ18

KTL0802(02a)
10φ18
10φ18

KTL0803
8φ18
8φ18
8φ18(通长)
8φ18
8φ18
KTL0804
13φ18
13φ18
8φ18
8φ18

KTL0805
8φ18
8φ18
9φ18
9φ18
8φ18
8φ18
KTL0805a(b)
8φ18
8φ18

KTL0806
8φ18
8φ18

说明: a、 第一、二、三跨分别见箱式转换层平面图中从左到右。
图2 转换层托梁支撑示意图 b、在700高处(即所配负筋上口)加一道φ12拉筋,拉筋间距同箍筋间距。
c、 表中配筋包含原梁在对应位置已设计的钢筋。

4.1.3 箱式结构转换层底层板(220厚)、顶板(250厚)模板支撑体系
底板及顶板底模均采用18厚七夹板,小楞50×100间距350,且立放,大搁楞50×100间距1000,且立放。CH型φ48钢管顶撑间距按800×800顶牢顶实板底楞木,顶撑下(七层楼面上)铺设50厚脚手板,以增大传荷面积,同时在顶撑上半段用φ48长钢管沿纵横方向用扣件扣牢,并与KTL梁下钢管顶撑(或水平牵杠)连接,以形成一个整体,确保模板支撑体系有足够的强度、刚度和稳定性。
箱式结构转换层底层板顶撑下回顶顶撑二层,回顶位置、间距同底板下顶撑位置、间距。
4.1.4 裙楼屋面(26.8m标高处)梁板模板支撑体系
裙楼屋面板厚为300,梁截面尺寸为500×1000,楼板底模18厚七夹板,小楞50×100间距350,立放,大搁楞50×100间距800,且立放,CH型φ48钢管顶撑支立。梁底模采用18厚七夹板,板下纵向三根50×100木枋,立放,顶撑间距按500×800支立。
裙楼屋面梁板模板顶撑下回顶三层,回顶位置、间距同屋面梁板下顶撑位置、间距。
4.1.5 墙、梁侧模
墙、梁侧模采用18厚七夹板制作,背枋50×100木枋,间距350,围楞采用2φ48钢管和φ12对拉螺杆组成,围楞间距:上下两道围楞距模板上下口均不超过250,中间为500,对拉螺杆间距为500。
4.2 钢筋工程
箱式结构转换层钢筋施工重点及难点在钢管砼柱顶环梁及与之相交的KTL托梁,梁主筋大部分为φ40的Ⅲ级钢,且配筋密集,上下主筋一层最多为18根,托梁腰筋为φ16＠150,箍筋为φ16＠100复合箍,拉筋为φ12＠300,现场施工难度大,特别在柱顶环梁与托梁相交的节点部位,钢筋施工非常复杂。
4.2.1 钢筋接头
根据设计要求钢筋直径大于φ22的钢筋采用等强直螺纹连接,环梁钢筋事先在钢筋加工间弯曲成半径大小不等弧形后直接用套筒冷挤压接头连接。
4.2.2 钢筋绑扎
箱式结构转换层底层模板安装完毕后,在模板上弹出梁的位置线及托梁钢筋位置线。
环梁、托梁在钢筋绑扎前先设置好梁底钢筋保护层,保护层采用50(宽)×8(厚)钢板上焊φ16钢筋作为保护层垫块,垫块长度同梁宽。保护层垫块间距≤800。垫块放好后,在模板上固定好。
设计要求托梁伸入环梁中的钢筋均置于环梁钢筋内,且托梁与环梁等高,托梁上层钢筋弯钩长度又为梁高减上下钢筋保护层厚度,故环梁箍筋施工难度很大,在征得设计院同意后,改为两个U型箍筋上下搭接焊,焊缝长度单面焊10d,搭接接头错开50%且避开拐弯点10d以上。
首先绑扎环梁底筋及下段U型箍,接着放置绑扎托梁底筋。在放置托梁底筋前,梁底模上应预先设置300高的马凳,以便安装托梁箍筋。
墙、柱水平钢筋及箍筋先绑扎到转换层底板下口平,向上部位墙、柱、环梁及托梁等所有水平钢筋及水平箍筋采用”自下而上,整体同步法”施工,即根据水平筋所在标高位置,由低向高,整体同步向上安装绑扎,每一个同一标高内水平钢筋全部绑扎完毕后,再绑扎上同一标高水平钢筋。
当托梁上层筋放置完毕后,再放环梁上层筋及上面U型箍筋。托梁箍筋由梁中间向两边绑扎,靠近环梁700范围暂不绑到位,留给电焊工到托梁内焊接环梁箍筋,待环梁箍筋焊接完毕后,再绑扎托梁未绑的箍筋。
钢管柱上口内壁设计要求贴角焊18φ32的竖向钢筋,待钢管柱运到现场,在现场焊好后再安装钢筋。
钢管柱顶端处环形钢板上竖向钢筋焊接:待环梁钢筋安装完毕后,将竖向钢筋插入预先在钢板上所开的孔中,从钢板下口施焊,如有孔偏位采用扩孔或重新开孔将竖向钢筋焊接好并将原孔进行补焊封闭。
4.3 砼施工
箱式结构转换层砼浇筑分两次进行:
第一次:转换层梁下口700高以下部分(包括下部底板剪力墙),为防止砼尽可能少地污染已绑扎好的钢筋,砼采取自梁侧面下料的方法,具体见图3:

图3 梁(墙)700高模板支撑体系及砼下料示意图
第二次:转换层KTL托梁、环梁700高以上部分、顶板及裙楼屋面板砼一起浇筑。
以后浇带为界,每段箱式转换层KTL托梁砼浇筑分三条线(三台砼输送泵)同时由远及近浇筑,并采用塔吊密切配合,杜绝了砼施工冷缝的出现。
剪力墙砼C60、KTL托梁砼C50、其余构件C40,为确保墙、梁核心区砼的强度等级,在剪力墙外边缘外侧约500远的KTL梁上用快易收口网挡网封堵,保证C50砼不流淌入剪力墙内,同时在墙、梁交接处,尽量考虑先浇筑墙砼,后浇梁砼。当墙及KTL梁砼浇至顶部时,必须在墙、梁砼沉实后,将墙和梁周围至少500范围内的梁板浇筑高强度等级砼。
为保证砼振捣密实,每个浇筑路线(墙、KTL梁)配备6台插入式振捣棒分三道分别布置在:(第一道)砼卸料点,使砼形成自然流淌面;(第二道)砼流淌坡脚,保证底部砼振捣密实;(第三道)砼流淌斜坡面,分层捣实,分层厚度不超过500mm,并采用二次振捣以提高砼界面处粘结力和咬合力。
板(200、250、300厚)砼必须先用插入式振捣棒先振捣一遍,然后在整个楼板面上用平板式振动器按互相垂直的方向振捣压实两遍,由于大致积高强度等级砼掺用外加剂、掺合料较多,在砼振实后,表面残留水泥浆较厚,需用长刮尺将超厚的水泥浆逐层刮除,必要时还应补上新的砼,二次收水后用木抹子搓平数遍,以减少砼表面收水、沉缩裂缝。
4.4 转换层KTL(托梁)水平施工缝的处理
转换层KTL(托梁)砼浇筑分两次浇筑,为增加水平施工缝处的抗剪能力,沿梁长度方向设置横向剪力槽,剪力槽高度为100,宽度500-600,剪力槽间距500-600,详见图4。

图4 转换层框托梁施工缝构造图
为有效控制施工缝处砼收缩裂缝,将第一次浇筑高度上口设置的支座负筋,按通长钢筋设置。第二次浇筑砼时,在剪力槽的上口设置φ16＠300的纵向钢筋约束砼纵向收缩,使两次浇筑的砼结合良好。
4.5 砼裂缝控制措施
(1)优化配合比。控制水胶比不大于0.4,应用高效减水剂及Ⅰ级粉煤灰,降低了水泥用量,从而降低砼温升,提高砼的和易性、密实性及体积稳定性。优化砂石级配,严格控制砂、石中的含泥量不超过1%。
砼配合比如下:
C60混凝土配合比设计单
设
计
配
合
比
名 称
水
水泥
砂
石子
外加剂
KFDN-SP8
掺合料
粉煤灰
备注
干料
干料
材料用量(Kg/m3)
178
477
587
1106
13.20
84
初凝6:55
终凝8:20
比 例
0.37
1
1.23
2.32
0.0277
0.1761

C50混凝土配合比设计单
设
计
配
合
比
名 称
水
水泥
砂
石子
外加剂
KFDN-SP8
掺合料
粉煤灰
备注
干料
干料
材料用量(Kg/m3)
178
409
681
1081
10.82
72
初凝6:45
终凝8:10
比 例
0.44
1
1.67
2.64
0.0265
0.1760

(2)在托梁及环梁砼中增加物理性抗裂材料杜拉纤维,能够提高砼的抗拉强度,减少早期微裂缝的开展;减少砼干缩;增加砼的密实性,保护结构钢筋,延缓砼碳化速度。
(3)控制砼的入模温度在25℃左右。要求出厂水泥须冷却7天以上,砂石骨料喷凉水冷却,温度控制在14℃左右,对搅拌水加冰降温。
(4)严格控制砼坍落度。在能满足泵送的基础上尽量采用小值,控制坍落度不大于160mm。
(5)采用二次振捣技术。由于转换层托梁第二次浇筑时砼体量大,分层浇筑时上下层易形成施工冷缝,故在砼浇筑时掌握好适当的时间进行二次复振,以增加砼的密实度,减少砼内部微裂缝的出现。
(6)砼浇筑12小时左右进行表面二次压光,以减少沉缩变形引起的表面裂缝。
(7)加强砼养护,延缓拆模时间
第一次浇筑梁下段700高砼养护:砼浇筑完毕后,立即在已浇筑的砼梁上口两侧边,用1:2水泥砂浆抹50×50的拦水坝,待砂浆干硬后,蓄3cm的水养护。
第二次浇筑梁上段 高砼养护:砼浇筑完毕后,梁侧模不松动,立即张挂麻袋,连续浇水保持麻袋湿润7天后,再拆模,模板拆除后仍张挂好麻袋,梁板上部平面经计算蓄水40mm进行养护,可保证砼中心最高温度与表面温度之差及表面温度与大气温度之差均不超过25℃。
(8)经与设计部门协商,将转换托梁腰筋直径减小,从而缩小间距,提高配筋率;另外又增加了部分构造钢筋,对防止裂缝的开展起到了明显的效果。

5、施工体会

(1)箱式结构转换层的施工重点在于合理安排好环梁及转换托梁各部分钢筋绑扎的先后顺序,同时施工前必须写出钢筋绑扎分项的专项方案,并组织进行详细的现场交底。
(2)对大断面的转换托梁采取分层浇筑叠合成型的方法,经过加强对水平施工缝的处理并设置剪力槽等方法实现了两次浇筑砼之间的可靠粘结,确保了转换托梁的整体性能。
(3)对转换托梁第一次浇筑的下段700高部分进行承载力验算,附加设置部分负弯矩钢筋,这样利用它承受第二次浇筑时上段部分的荷载,从而避免了大量逐层回顶支撑,节约了周转材料。
(4)针对转换大梁砼易出现裂缝的情况,经过从设计、原材料、配合比、施工工艺、成型后的养护等方面,综合采取有效措施,可确保转换大梁的施工质量,本工程箱式转换层施工至今已半年有余,未出现任何有害裂缝。
(5)对转换层施工支撑体系必须拿出详细的支撑设置方案,并应有专人指导,严格按方案施工,有效杜绝了下面层次结构的额外受力开裂,确保了整个主体结构的可靠度。
(注:文中未标注单位的均为mm)

参考文献

[1]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海:上海科技出版社,1992。