淺析高層建筑轉換結構施工技術
發布時間：2014-02-25 共1頁
一、轉換層結構的施工特點
部分豎向構件在轉換層處被打斷，使豎向力的傳遞被迫發生轉折，而轉換層就是實現轉折功能的型水平構件。帶轉換層的高層建筑是一受力復雜、不利抗震的結構體系，該結構及其支撐系統有自身的特點。
（一）結構尺寸，樓面支撐荷載重
帶轉換層體系內力的改向是通過引發截面內力來實現的，結構內力分布比較復雜，同時為保證上部結構水平剪力順利傳往下部，對轉換層樓面水平剛度有嚴格要求規范一般要求樓板厚度不小于，故一般轉換層的結構構件尺寸較、樓面荷載較重。
（二）分層澆筑，利用先澆部分構件承載
轉換層水平構件高跨比，截面彎曲時水平纖維相對錯動不可忽略，平截面假定不再適用，一般呈現短深梁或厚板的受力特性。采用二次疊澆法進行施工時應對疊和構件進行仔細分析，考慮分層處水平剪力對構件的影響，必要時應與設計單位配合，進行一次設計，確保一次疊澆構件在施工階段和正常使用狀態下的承載能力。
（三）結合下部結構，靈活布置支撐系統
為減少對結構抗震的不利影響，避免轉換結構上下層發生剛度突變和剪力突變，設計不落地支撐系統時可以結合下部結構進行靈活合理的布置。
（四）通過下部豎向構件卸荷
根據轉換層設計時“強化下部、弱化上部”的原則，結構設計加強轉換層下部主體結構剛度、弱化上部結構剛度，轉換層結構在由地震荷載參加組合的工況下，下部豎向構件軸壓比限值有嚴格的控制，以保證結構具有足夠的延性這使轉換層下部豎向構件在施工階段比一般豎向構件具備更的延性和承載力儲備，可以利用下部承載力富余的豎向構件作為支撐的傳力構件。
（五）利用鋼骨架或預應力卸荷
在轉換層結構中使用鋼骨混凝土和預應力技術可以減輕自重、改善結構的整體抗震性能。設計模板支撐時可以利用己經成型的水平鋼骨或預應力平衡部分或全部施工荷載，極改善支撐受力性能，這種措施適用于轉換層與上部結構沒有形成整體工作的情況如上部采用的是小柱網框架或開口剪力墻、壁式框架等結構形式。
二 施工技術控制要點
基于混凝土轉換結構的上述特點，在確定施工方案時應重點考慮以下幾個方面的問題
（一）轉換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結構荷載往往非常，所以應選擇合理、可行的模板支撐方案，并根據轉換板的結構特點進行模板支撐體系的設計。
（二）設置模板支撐系統以后，轉換結構施工階段的受力狀態與使用階段的不同，應對轉換層及下部樓層的樓板進行施工階段的承載力驗算。轉換板本身受下部支撐體系的作用或混凝土施工方法的影響，在板中易產生設計時未考慮到的附加內力，故需對轉換板在施工階段的受力狀態做具體的分析和計算，必要時可采取一定的構造措施來抵抗這些附加內力。
（三）對于體積混凝土轉換板，施工時應考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施，防止新澆混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫。
（四）轉換板承受的荷載很，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩定。
（五）應及時做好轉換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監測，及時掌握各種對施工質量不利的情況，并及時采取措施進行預防和糾正。
三 混凝土工程的施工分析
高層建筑的轉換板，一般厚度較，而且體積較，體積混凝土與普通鋼筋混凝土相比，具有結構厚、體形、鋼筋密、混凝土數量多、工程條件復雜和施工技術要求高的特點。除了必須滿足普通混凝土的強度、剛度、整體性和耐久性要求外，主要就是如何控制溫度變形裂縫的發生和開展。因此，在體積混凝土施工中，必須考慮溫度應力的影響，并設法降低混凝土內部的最高溫度，減小其內外溫差。而溫度應力的小，又涉及結構物的平面尺寸、結構厚度、約束條件、含鋼量、混凝土的各種組成材料的特性等多種因素。所以，必須采取溫度差和溫度應力雙控制的方法以確保混凝土的質量。
（一）原材料要求
（1）水泥：在滿足強度和耐久性等要求的前提下，宜選用低熱或中熱的礦渣水泥、火山灰水泥（發熱量270-290Kj/kg），嚴禁使用安定性不合格的水泥。
（2）骨料
粗骨料碎石和卵石均可，應采取連續級配。其最粒徑不得于鋼筋最小凈距的3/4.當采用泵送混凝土時，為了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量。骨料中不得含有有機雜質，其含泥量應小于等于1%.
細骨料宜選用粗砂或中砂，含泥量應小于等于3%.當采用泵送混凝土時，其粗細率以2.6-2.8為宜。控制細砂以0.3二篩孔的通過率為15%-30%；0.15mm篩孔的通過率為5%-10%.
粉煤灰為了減少水泥用量，可摻入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰的燒失去量應小于15%，SO3應小于3%，SiO2應于40%，并應對水泥無不良反應。
外加劑為了滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發熱量的要求，宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。
（二）混凝土用料設計
為尋求體積混凝土合理的配合比，首先分析一下其產生溫度裂縫的原因，眾所周知，體積混凝土溫度裂縫主要是由于水泥水化產生的熱量，使體積混凝土內外溫差過所致。這是由于混凝土具有熱脹冷縮的性質，一般認為混凝土的熱膨脹系數約為6—13 10-60C，混凝土是熱的不良導體，散熱很慢，澆注后的體積混凝土內部溫度遠比外部高，溫差可達60℃左右，造成內脹外縮，在外表面產生很的拉應力而開裂，其次從混凝土用集料品種看，熱膨脹系數小對混凝土溫度應力及結構的溫度變形有很影響，選取用熱膨脹系數小的骨料可減小體積混凝土的溫度應力，提高抗裂性。再次，從骨料的粒徑看，骨料粒徑較的混凝土，其水泥漿量較少，熱膨脹系數小，可減小體積混凝土的溫度應力，提高抗裂性。通過上述分析，體積混凝土出現裂縫的主要原因是明顯的，在當今混凝土配合比設計和施工中通常采用如下幾點措施：①低水化熱的水泥和盡量減小水泥用量；②盡量減少用水量，提高混凝土強度；③合理使用混凝土外加劑；④選用熱膨脹系數小的骨料和較的骨料粒徑；⑤預冷原材料；⑥合理分縫、分塊，減輕約束；⑦在混凝土中預埋冷卻水管；⑧在混凝土表面絕熱，調節表面溫度下降速率；⑨拋投石塊。
從上面通常采用的措施可看出，這多種措施中，除施工過程中可采取的措施外，從混凝土配合比設計的角度看，主要應從①一③著手，進行配合比設計。進行配合比設計時注意：①設計配合比時盡量利用混凝土60d或90d的后期強度，以滿足減少水泥用量的要求。但必須征得設計單位的同意和滿足施工荷載的要求。②混凝土配合比，應根據使用的材料通過試配確定。水灰比應小于等于0.6.砂率應控制在0.33-0.37（泵送時宜為0.4-0.45）。坍落度應根據配合比要求嚴加控制。當采用商品混凝土泵送時，坍落度的增加應通過調整砂率和摻用減水劑或高效減水劑解決，嚴禁在現場隨意加水以增加坍落度，并應將坍落度控制在10-14cm為宜。
（三）施工準備以及要點
體積混凝土施工前的準備工作，除按一般混凝土施工前必須進行的物質準備、機具準備、技術準備和現場準備外，應根據其施工的特殊性，做好附屬材料和輔助設備的準備工作，如冰、冰水箱（池）、真空吸水設備、水泵、測溫設備等。尤其要做好施工方案的編制工作。施工方案編制的重點，應該是：①根據減少約束的要求，確定分層分塊的尺寸及層間、塊間的結合措施。②通過熱工計算，確定混凝土入模溫度以及對材料加熱或降溫的措施。③確定混凝土攪拌、運輸和澆筑的方案。④制定混凝土的保溫方案。⑤保證工程質量、安全施工和消防措施的制訂。混凝土工程在施工中要注意以下要點：
體積混凝土的施工，一般宜在低溫條件下進行，即最高溫度小于等于300C時為宜。氣溫于300C時，應采取相應的降低溫差的減少溫度應力的措施。
混凝土的配制，應嚴格掌握各種原材料的配合比。混凝土的攪拌時間，自全部拌合料裝入攪拌筒內起到卸料止，一般應不少于1.5-2min.雨季施工期間，應勤測粗細骨料的含水量，并隨時調整用水量和粗細骨料用量。
攪拌后的混凝土，應及時運至澆筑地點入模澆筑。在運送過程中，要防止混凝土離析、灰漿流失、坍落度變化等現象。如發生離析現象，必須進行人工二次拌合后方可入模。
（四）混凝土澆筑要點
體積混凝土的澆筑，應根據整體連續澆筑的要求，結合結構尺寸的小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況，選用以下三種方法：
全面分層。即將整個結構澆筑層分為數層澆筑，當已澆筑的下層混凝土尚未初凝時，即升始澆筑第二層，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方案適用于結構物的平面尺寸不太的工程，施工時宜從短邊開始，沿長邊推進；也可分為兩段，從中間向兩端，從兩端向中間同時進行。
分段（塊）分層。適用于厚度較薄而面積或長度較的工程。施工時從底層一端開始澆筑混凝土，進行到一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。
斜面分層。適用于結構的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應從澆筑層底層開始，逐漸上移，此時向前推薦的澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1：3，以保證分層混凝土之間的施工質量。
分層的厚度決定于振搗器的棒長和振動力的小，也要考慮混凝土的供應量小和可能澆筑量的小，一般為20—30cm.插入式振搗器應伸入下層50cm為宜。
分層澆筑時，上層鋼筋的綁扎應在下層混凝土經一定養護其強度達到1.2N/mm2，混凝土表面溫度與混凝上澆筑后達到穩定時的室外溫度之差在250C以下時進行。為了加強分層澆筑層間的結合，可以采取在下層混凝土表面設置鍵槽的辦法。鍵槽可用100mm 100mm的木方每隔lm左右留設。分層澆筑間隔的時間，應以混凝土表面溫度降至氣平均溫度為好，即水化熱溫升的峰值以后，一般為3-5d，因此間隔時間以于5d為宜。
混凝土應采用機械振搗。振搗棒的操作應做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使上下振搗均勻。每點振搗時間以20-30s為宜，但還應視混凝土表面不再顯著下沉、不再出現氣泡、表面泛出灰漿為準。分層振搗時，振搗棒應插入下層5cm左右，以消除兩層之間的接縫。振搗時要防止振動模板，并應盡量避免碰撞鋼筋、管道、預埋件等。每振搗完一段，應隨即用鐵鍬攤平拍實。
（五）混凝土的養護
混凝土拌和物澆筑成型后應及時進行養護。養護的目的是為混凝土正常硬化創造必要的溫度、濕度條件，防止收縮開裂，保證混凝土達到設計要求的強度。混凝土澆筑完畢后，應在12h內加以覆蓋和澆水。具體要求是，普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14d，礦渣水泥、火山灰質水泥、壩水泥、礦渣壩水泥拌制的混凝土不得少于21d.養護方法分為降溫法和保溫法兩種。降溫法即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、撒水或噴水養護；保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料覆蓋養護（如塑料薄膜、草袋等）及薄膜養生液養護，可視具體條件選用。
部分豎向構件在轉換層處被打斷，使豎向力的傳遞被迫發生轉折，而轉換層就是實現轉折功能的型水平構件。帶轉換層的高層建筑是一受力復雜、不利抗震的結構體系，該結構及其支撐系統有自身的特點。
（一）結構尺寸，樓面支撐荷載重
帶轉換層體系內力的改向是通過引發截面內力來實現的，結構內力分布比較復雜，同時為保證上部結構水平剪力順利傳往下部，對轉換層樓面水平剛度有嚴格要求規范一般要求樓板厚度不小于，故一般轉換層的結構構件尺寸較、樓面荷載較重。
（二）分層澆筑，利用先澆部分構件承載
轉換層水平構件高跨比，截面彎曲時水平纖維相對錯動不可忽略，平截面假定不再適用，一般呈現短深梁或厚板的受力特性。采用二次疊澆法進行施工時應對疊和構件進行仔細分析，考慮分層處水平剪力對構件的影響，必要時應與設計單位配合，進行一次設計，確保一次疊澆構件在施工階段和正常使用狀態下的承載能力。
（三）結合下部結構，靈活布置支撐系統
為減少對結構抗震的不利影響，避免轉換結構上下層發生剛度突變和剪力突變，設計不落地支撐系統時可以結合下部結構進行靈活合理的布置。
（四）通過下部豎向構件卸荷
根據轉換層設計時“強化下部、弱化上部”的原則，結構設計加強轉換層下部主體結構剛度、弱化上部結構剛度，轉換層結構在由地震荷載參加組合的工況下，下部豎向構件軸壓比限值有嚴格的控制，以保證結構具有足夠的延性這使轉換層下部豎向構件在施工階段比一般豎向構件具備更的延性和承載力儲備，可以利用下部承載力富余的豎向構件作為支撐的傳力構件。
（五）利用鋼骨架或預應力卸荷
在轉換層結構中使用鋼骨混凝土和預應力技術可以減輕自重、改善結構的整體抗震性能。設計模板支撐時可以利用己經成型的水平鋼骨或預應力平衡部分或全部施工荷載，極改善支撐受力性能，這種措施適用于轉換層與上部結構沒有形成整體工作的情況如上部采用的是小柱網框架或開口剪力墻、壁式框架等結構形式。
二 施工技術控制要點
基于混凝土轉換結構的上述特點，在確定施工方案時應重點考慮以下幾個方面的問題
（一）轉換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結構荷載往往非常，所以應選擇合理、可行的模板支撐方案，并根據轉換板的結構特點進行模板支撐體系的設計。
（二）設置模板支撐系統以后，轉換結構施工階段的受力狀態與使用階段的不同，應對轉換層及下部樓層的樓板進行施工階段的承載力驗算。轉換板本身受下部支撐體系的作用或混凝土施工方法的影響，在板中易產生設計時未考慮到的附加內力，故需對轉換板在施工階段的受力狀態做具體的分析和計算，必要時可采取一定的構造措施來抵抗這些附加內力。
（三）對于體積混凝土轉換板，施工時應考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施，防止新澆混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫。
（四）轉換板承受的荷載很，其配筋較多，而且鋼筋骨架的高度較高，施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩定。
（五）應及時做好轉換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監測，及時掌握各種對施工質量不利的情況，并及時采取措施進行預防和糾正。
三 混凝土工程的施工分析
高層建筑的轉換板，一般厚度較，而且體積較，體積混凝土與普通鋼筋混凝土相比，具有結構厚、體形、鋼筋密、混凝土數量多、工程條件復雜和施工技術要求高的特點。除了必須滿足普通混凝土的強度、剛度、整體性和耐久性要求外，主要就是如何控制溫度變形裂縫的發生和開展。因此，在體積混凝土施工中，必須考慮溫度應力的影響，并設法降低混凝土內部的最高溫度，減小其內外溫差。而溫度應力的小，又涉及結構物的平面尺寸、結構厚度、約束條件、含鋼量、混凝土的各種組成材料的特性等多種因素。所以，必須采取溫度差和溫度應力雙控制的方法以確保混凝土的質量。
（一）原材料要求
（1）水泥：在滿足強度和耐久性等要求的前提下，宜選用低熱或中熱的礦渣水泥、火山灰水泥（發熱量270-290Kj/kg），嚴禁使用安定性不合格的水泥。
（2）骨料
粗骨料碎石和卵石均可，應采取連續級配。其最粒徑不得于鋼筋最小凈距的3/4.當采用泵送混凝土時，為了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量。骨料中不得含有有機雜質，其含泥量應小于等于1%.
細骨料宜選用粗砂或中砂，含泥量應小于等于3%.當采用泵送混凝土時，其粗細率以2.6-2.8為宜。控制細砂以0.3二篩孔的通過率為15%-30%；0.15mm篩孔的通過率為5%-10%.
粉煤灰為了減少水泥用量，可摻入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰的燒失去量應小于15%，SO3應小于3%，SiO2應于40%，并應對水泥無不良反應。
外加劑為了滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發熱量的要求，宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。
（二）混凝土用料設計
為尋求體積混凝土合理的配合比，首先分析一下其產生溫度裂縫的原因，眾所周知，體積混凝土溫度裂縫主要是由于水泥水化產生的熱量，使體積混凝土內外溫差過所致。這是由于混凝土具有熱脹冷縮的性質，一般認為混凝土的熱膨脹系數約為6—13 10-60C，混凝土是熱的不良導體，散熱很慢，澆注后的體積混凝土內部溫度遠比外部高，溫差可達60℃左右，造成內脹外縮，在外表面產生很的拉應力而開裂，其次從混凝土用集料品種看，熱膨脹系數小對混凝土溫度應力及結構的溫度變形有很影響，選取用熱膨脹系數小的骨料可減小體積混凝土的溫度應力，提高抗裂性。再次，從骨料的粒徑看，骨料粒徑較的混凝土，其水泥漿量較少，熱膨脹系數小，可減小體積混凝土的溫度應力，提高抗裂性。通過上述分析，體積混凝土出現裂縫的主要原因是明顯的，在當今混凝土配合比設計和施工中通常采用如下幾點措施：①低水化熱的水泥和盡量減小水泥用量；②盡量減少用水量，提高混凝土強度；③合理使用混凝土外加劑；④選用熱膨脹系數小的骨料和較的骨料粒徑；⑤預冷原材料；⑥合理分縫、分塊，減輕約束；⑦在混凝土中預埋冷卻水管；⑧在混凝土表面絕熱，調節表面溫度下降速率；⑨拋投石塊。
從上面通常采用的措施可看出，這多種措施中，除施工過程中可采取的措施外，從混凝土配合比設計的角度看，主要應從①一③著手，進行配合比設計。進行配合比設計時注意：①設計配合比時盡量利用混凝土60d或90d的后期強度，以滿足減少水泥用量的要求。但必須征得設計單位的同意和滿足施工荷載的要求。②混凝土配合比，應根據使用的材料通過試配確定。水灰比應小于等于0.6.砂率應控制在0.33-0.37（泵送時宜為0.4-0.45）。坍落度應根據配合比要求嚴加控制。當采用商品混凝土泵送時，坍落度的增加應通過調整砂率和摻用減水劑或高效減水劑解決，嚴禁在現場隨意加水以增加坍落度，并應將坍落度控制在10-14cm為宜。
（三）施工準備以及要點
體積混凝土施工前的準備工作，除按一般混凝土施工前必須進行的物質準備、機具準備、技術準備和現場準備外，應根據其施工的特殊性，做好附屬材料和輔助設備的準備工作，如冰、冰水箱（池）、真空吸水設備、水泵、測溫設備等。尤其要做好施工方案的編制工作。施工方案編制的重點，應該是：①根據減少約束的要求，確定分層分塊的尺寸及層間、塊間的結合措施。②通過熱工計算，確定混凝土入模溫度以及對材料加熱或降溫的措施。③確定混凝土攪拌、運輸和澆筑的方案。④制定混凝土的保溫方案。⑤保證工程質量、安全施工和消防措施的制訂。混凝土工程在施工中要注意以下要點：
體積混凝土的施工，一般宜在低溫條件下進行，即最高溫度小于等于300C時為宜。氣溫于300C時，應采取相應的降低溫差的減少溫度應力的措施。
混凝土的配制，應嚴格掌握各種原材料的配合比。混凝土的攪拌時間，自全部拌合料裝入攪拌筒內起到卸料止，一般應不少于1.5-2min.雨季施工期間，應勤測粗細骨料的含水量，并隨時調整用水量和粗細骨料用量。
攪拌后的混凝土，應及時運至澆筑地點入模澆筑。在運送過程中，要防止混凝土離析、灰漿流失、坍落度變化等現象。如發生離析現象，必須進行人工二次拌合后方可入模。
（四）混凝土澆筑要點
體積混凝土的澆筑，應根據整體連續澆筑的要求，結合結構尺寸的小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況，選用以下三種方法：
全面分層。即將整個結構澆筑層分為數層澆筑，當已澆筑的下層混凝土尚未初凝時，即升始澆筑第二層，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方案適用于結構物的平面尺寸不太的工程，施工時宜從短邊開始，沿長邊推進；也可分為兩段，從中間向兩端，從兩端向中間同時進行。
分段（塊）分層。適用于厚度較薄而面積或長度較的工程。施工時從底層一端開始澆筑混凝土，進行到一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。
斜面分層。適用于結構的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應從澆筑層底層開始，逐漸上移，此時向前推薦的澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1：3，以保證分層混凝土之間的施工質量。
分層的厚度決定于振搗器的棒長和振動力的小，也要考慮混凝土的供應量小和可能澆筑量的小，一般為20—30cm.插入式振搗器應伸入下層50cm為宜。
分層澆筑時，上層鋼筋的綁扎應在下層混凝土經一定養護其強度達到1.2N/mm2，混凝土表面溫度與混凝上澆筑后達到穩定時的室外溫度之差在250C以下時進行。為了加強分層澆筑層間的結合，可以采取在下層混凝土表面設置鍵槽的辦法。鍵槽可用100mm 100mm的木方每隔lm左右留設。分層澆筑間隔的時間，應以混凝土表面溫度降至氣平均溫度為好，即水化熱溫升的峰值以后，一般為3-5d，因此間隔時間以于5d為宜。
混凝土應采用機械振搗。振搗棒的操作應做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使上下振搗均勻。每點振搗時間以20-30s為宜，但還應視混凝土表面不再顯著下沉、不再出現氣泡、表面泛出灰漿為準。分層振搗時，振搗棒應插入下層5cm左右，以消除兩層之間的接縫。振搗時要防止振動模板，并應盡量避免碰撞鋼筋、管道、預埋件等。每振搗完一段，應隨即用鐵鍬攤平拍實。
（五）混凝土的養護
混凝土拌和物澆筑成型后應及時進行養護。養護的目的是為混凝土正常硬化創造必要的溫度、濕度條件，防止收縮開裂，保證混凝土達到設計要求的強度。混凝土澆筑完畢后，應在12h內加以覆蓋和澆水。具體要求是，普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14d，礦渣水泥、火山灰質水泥、壩水泥、礦渣壩水泥拌制的混凝土不得少于21d.養護方法分為降溫法和保溫法兩種。降溫法即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、撒水或噴水養護；保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料覆蓋養護（如塑料薄膜、草袋等）及薄膜養生液養護，可視具體條件選用。
