摘要介绍板式转换层结构的优缺点和注意事项,并对板式转换层结构施工要点和注意事项进行探讨,并详细地阐述转换层施工的质量控制措施。
关键词高层建筑;板式转换层;结构;施工控制
中图分类号TU97文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0086-01
1高层建筑转换层结构分析
现代建筑对功能的要求越来越高。在同一座建筑中,沿房屋高度方向建筑功能经常需要发生改变,许多建筑要求在底层或底下几层设置商场、餐厅、银行、邮局、大的门厅、大型车库及大型舞厅、影院等,而在上部布置旅馆、住宅或办公用房等,因而在建筑物的底部需要较大的空间。建筑的这种多元化发展,使得结构在竖向必须具有不同的柱网及墙体设置。上部小空间,下部大空间,而在大、小空间衔接处需设置结构转换层。由于转换层承托着上部建筑巨大的垂直荷载,是整个建筑的关键部位,所以带转换层结构已成为我国多层及高层结构中最基本、用得最多的形式之一。带转换层结构,易形成薄弱层,不利于抗震,设计中要控制层剪切刚度比,还应控制转换层下部框架结构的等效刚度与上部剪力墙结构接近。
按结构功能划分,转换层可分为三类:一是上层和下层结构类型转换,多用于剪力墙结构和框架一剪力墙结构,它将上部剪力墙转换为下部的框架,以创造一个较大的内部自由空间。二是上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变,但是通过转换层使下层柱的柱距扩大,形成大柱网,并常用于外框筒的下层形成较大的入口。三是同时转换结构形式和结构轴线布置,即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时,柱网轴线与上部楼层的轴线错开,形成上下结构不对齐的布置。
按结构形式划分,转换层主要有梁式、桁架式、空腹析架式、箱式和板式。对于第三类转换层常采用板式转换层。对于第一类转换层常采用梁式转换层,目前,梁式转换层用得较为广泛。随着生活的改善,人们对建筑功能、造型要求越来越高,因此要求转换结构形式和结构轴线位置变化会越来越多,所以板式转换形式也会得到更多应用。
2高层建筑厚板转换层的特点
厚板转换层通常用于上下层既有结构类型的改变又有柱网、轴线变化的情况。对于体型复杂的高层建筑,特别是塔楼体系,上部住宅单元剪力墙布置很不规则,而下部商场要采用规则大柱网,难以布置转换梁,采用厚板转换层就成为一种较好的选择。整个转换层是一块厚达2～3米的实心钢筋混凝土承重板,有的厚板转换层在一定部位也设有暗梁,以满足上部结构的变化要求。作为一种新型的转换层,厚板结构转换层可以使建筑物上下部的墙、柱轴线不受任何限制,从而更好地实现对高层建筑多功能的要求。但从结构上讲,这是一种对抗震不利的复杂结构体系。厚板的质量达数千吨以至上万吨,这样大的质量集中在建筑的中部,振动性能极为复杂,加之该层刚度非常大,下层刚度又很小,容易产生底部变形集中和震害。振动台试验表明,邻近厚板的上下层容易产生应力集中,最后在这些部位发生破坏。建研院结构所进行的厚板剪力墙和厚板一柱节点实验表明,在集中力作用下,板墙节点和板柱节点应力分布十分复杂,容易产生剪切破坏和中切破坏。由于板太厚,不仅有平面内的各种应力,而且沿板厚产生明显的竖向应力,这些应力甚至会使板产生横向撕裂。现阶段一批学者正围绕着预应力混凝土厚板转换层结构的整体抗震性能,对结构分析、设计建议与优化及大体积混凝土的施工等一系列影响该类结构应用的各个技术难题进行探讨。总的说来,厚板转换层适用于上下柱网极不规则的结构,它的结构布置方便,但缺点也很明显。厚板的传力途径不明确,计算困难,而且由于刚度极大,易使结构上下部由于刚度突变形成薄弱层。
3高层建筑厚板转换层施工
3.1混凝土施工技术
混凝土采用泵送商品混凝土浇筑。现场配备混凝土输送泵,并有备用混凝土输送泵1台。厚板转换层是大体积混凝土结构,浇筑后水泥的水化热较大。由于混凝土体积较大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,在升温和降温过程中会引起温度应力剧烈变化,导致混凝土结构产生有害裂缝。因此,在配合比设计及养护过程中,要充分考虑这一因素,以降低混凝土最高温度,降低混凝土内外温差。混凝土内部的温度是水化热的绝对温度、浇筑温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加,同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,并且有较长的延续时间。在这种情况下,合理的温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得更为重要。大体积混凝土的温度,按规定不宜超过28。浇筑后混凝土内外温差不应超过25℃。就大体积混凝土的温度组成来看,控制混凝土的浇筑温度,就是相应地控制了混凝土的内部最高温度,并减少了结构的内外温差,同时还可延长混凝土的初凝时间,改善混凝土的浇筑性能,对于保证混凝土的施工质量也是十分有利的。混凝土配置时注意掺减水剂和粉煤灰以降低水化热。可选用水化热较低的42.5矿渣水泥,并参照水泥厂的水泥强度历史资料,充分利用水泥强度的后期发展,尽量减小水泥用量,降低水化热。选用粒径5～31.5毫米的碎石,含泥量控制在1%以下选用细度模数在2.5以上的中、粗砂,含泥量小于2%粉煤灰采用I级灰,烧失量小于5%。
混凝土浇筑时的注意事项:
1)泵送混凝土流动性大,泌水多,会影响混凝土的密实性和结构的整体性。为此,要在板四周侧模的上口开设排水孔,使多余的水分从孔中自然排空。
2)混凝土浇筑分两次完成,每次浇筑厚度为1米。每次浇筑时应按照“分层、连续”的要求布料,分层厚度为400～500毫米。
3)两浇筑层结合面的处理措施。为使转换层厚板不因分两次浇筑而削弱整体抗力性能,必须对结合面进行特殊处理,以保证两层混凝土板能协同工作。预留抗剪坑。第一次浇筑700毫米厚板面设置间距1000毫米呈梅花形布置的混凝土坑,坑深150毫米,边长200×200毫米,设置一次性木盒,并用4根500毫米长中10毫米的钢筋固定,防止因混凝土振捣而移位。首先,对先浇混凝土板在初凝前用钢筋进行插孔,并在其表面涂刷一道高效缓凝剂,待混凝土终凝后立即用水冲洗混凝土表面,使混凝土内粗骨料外露,然后再刷一道界面黏结剂。混凝土在降温过程中,由于体积收缩产生拉应力,此时混凝土内施加预压应力。当拉应力大于预压应力时,预压应力抵消了部分拉应力,该温度拉应力将明显减小。当预压应力大于该温度拉应力时,混凝土内的应力是压应力,不会出现温度裂缝。混凝土浇筑结束后静停1小时,待混凝土面泌水渗出后,在模板面上钻孔排水泌水。另外,支架及锚拉筋将上、下层混凝土拉结在一起,可以增强抗剪能力。大体积混凝土泵送,表面水泥浆较厚,浇筑后做处理。在初凝前1～2小时,先用长刮尺按标高刮平。在终凝以前再用铁滚筒碾压数遍,以闭合收缩裂缝。
3.2模板系统为保证安全可靠施工,大体积混凝土架空施工模板系统必须满足下列要求
1)支撑系统要有足够的整体刚度。
2)模板系统每个受力构件要有足够的强度和刚度。
3)使用的支撑材料和构件多,安装工作量大,对工期要求紧,因此支撑系统的构造要易装、易拆,构件能通用,以便于缩短工期,减少造价。4)由于施工时产生的振动荷载很大,模板系统在巨大的荷载作用下容易整体失稳破坏,因此模板系统整体稳定性要好。
4安全控制措施
对于这种特殊结构,施工安全很重要,因此必须制定相应的安全措 施。主要应注意以下三个环节。一是对施工班组进行施工前的技术和安全交底,严格按审定的施工方案进行施工,不得修改变更。每道工序前应先检查原材料的质量情况,不合格则不得使用。每道工序完成后要进行自检,并通知施工员复检,合格后方能进行下道工序的施工。二是施工前必须先施工外围脚手架,确保周边环境的安全。施工现场应搭设工作梯和操作。三是浇筑过程中应派专人负责检查,观察支撑及模板系统的稳定和强度、变形情况,发现问题立即暂停施工,疏散现场人员,排除险情后方可继续施工。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2002.建筑工业出版社,2002.
[2]高层建筑结构设计建议.上海科技出版社.
[3]哩培林.建筑抗震与结构选型构造,建筑工业出版社,1990,12.