超大型转换层梁施工技术研究

曾平 祝国梁 吕凯芳

(中建四局第四建筑工程有限公司 福建厦门 361000)

1 应用工程概况

1.1 项目概况

厦航总部大厦为厦门航空有限公司开发的集5A甲级写字楼、五星级酒店及配套商业、休闲、金融、文化功能于一体的超高层综合性建筑，系福建省重点工程。

厦航总部大厦工程建筑设计成U字形，该工程由一栋185.10m办公塔楼、一栋141.45m酒店塔楼和25.15m的裙房组成，地下3层，地上最高35层。总建筑面积17.5万m2，占地面积约2万m2。

1.2 转换梁概况

该项目酒店塔楼F 3.5层(夹层)转换层设计有6根大型转换梁，其下部6层(F3～B3层)，上部28层(F4～屋面层)。具体如表1及图1所示。

表1 转换梁设计参数统计表

图1转换梁平面布置图

1.3 施工难点

(1)支撑选型难

以最大截面梁1.2m×4.55m为例，经计算线荷载达181.5kN/m(每米相当3只6t成年非洲象)。对支撑系统要求极高，一次性浇筑安全风险极大，且容易对下层楼板产生结构破坏[1-4]。

(2)节点深化复杂

根据设计图纸，转换梁内置型钢与结构柱钢骨连接，相关转换梁钢筋、非转换梁钢筋、柱墩钢筋等节点密集，施工难度大。

(3)浇筑难度大

最大落差4.55m，箍筋间距仅3cm，分层浇筑并不能根本解决问题，如图2所示。

图2 原设计配筋截面

2 大型转换梁施工工艺

2.1 难点分析及对策

针对上述3个难点，结合规范要求和以往经验，并多渠道征求专家意见，将转换梁工艺分4部分进行分解并逐一制定对策。转换梁施工工艺系统图如图3所示[13-15]。

图3 转换梁施工工艺系统图

2.2 方案比选

2.2.1方案1

(1)支撑荷载传递工况

1100mm×3600mm和1200mm×4550mm两种类型的转换梁模板支撑架，采用贝雷架和钢管柱φ529×6mm支撑体系。支撑荷载通过钢管柱，逐层连续传递至地下室底板。这两种类型的转换梁模板支撑架做法如下。

支撑立柱为两排φ529×6mm钢管柱，立柱轴心距为1.35m。纵向间距6.3m(3#梁)、6m和4.5m(2#梁)、6m和5m(1#梁)。支撑立柱上部横距采用36b工字钢双拼作为贝雷架支座。采用国产321贝雷架，由4组组成，间距450mm，立柱下部垫12mm厚钢板。梁底次龙骨10#工字钢@200mm，沿梁截面方向布置，固定在贝雷架上，在梁底次龙骨铺设50mm×100mm方木@50mm[12]。

(2)荷载传递方式：

梁荷载通过贝雷架体系传至钢柱支撑，通过钢柱支撑传递至地下室底板(1.5m厚)，如图4所示。

图4 方案一转换层支撑示意图

2.2.2方案2

(1)支撑荷载传递工况

转换层梁、板模板支撑均采用扣件式钢管支撑架。其下部楼层支撑架严禁拆除。

(2)模板支撑设计

转换层板厚180mm,选用Φ48.3mm×3.6mm扣件式钢管支撑体系。板下模板支架立杆纵、横间距0.9m×0.9m，步距1.5m。模板均采用1830×915×18mm胶合板。主龙骨为50×50×3.5mm双方钢管；板底次楞采用50×100mm木方；梁次楞采用50×50×3.5mm方钢管。顶托、垫板均采用标准件。超高部位支架，按照规范要求设置顶层加强水平杆。其中1100mm×3600mm和1200mm×4550mm两种类型的转换梁模板支撑架,如图5所示[6-7]。

图5 方案二转换层支撑示意图

荷载传递方式：荷载通过脚手架支撑传递，依次传递至地下室底板(1.5m厚)，具体如表2所示。

2.3 制定措施

措施制定具体如表3所示。

表2 方案比选表

表3 对策表

2.4 关键工艺

(1)加强型扣件式满堂架

通过分次浇筑，单次浇筑荷载减少40%，采取扣件式满堂支撑架，需满足以下条件：

①转换层区域下方至底板的5层支撑架不允许拆除。

②相关安全验算需经专家论证，现场严格落实《建办质2018-31号文》验收流程[4,10]。

③联系另外2家监测单位，采用新型监测方式共同验证监测数据。

④高大模板要先放线后搭设。

⑤为保证整个模板支撑系统的稳定性，模板支架中间有结构柱的部位，按竖向间距3m(2步架高)与建筑结构柱设置一个钢管抱柱固结点。

⑥在转换层施工前，转换层对应下部梁板均应达到设计强度。

⑦对于1100mm×3600mm类型的转换梁下部均对应有超重梁，1200mm×4550mm类型的超重梁下部存在非平行梁，需在F1层对应1200mm×4550mm下部投影出的支架进行加强(支撑架搭设同转换梁下部支撑设计)，如表4、图6所示。

表4 转换梁搭设参数表

图6 支撑系统BIM模拟效果图

(2)优化转换梁设计

①配筋量减少

面筋数量减少2根直径32mmHRB400E钢筋，底筋数量减少4根直径32mmHRB400E钢筋。

②钢结构形式优化

由钢骨梁调整为钢骨桁架，整体钢构用钢量增加，从受力形式来说更加合理，如图7～图9所示[5,11]。

图7 变更后转换梁配筋图

图8 转换梁整体模拟图

图9 BIM模拟效果图

(3)分次浇筑混凝土

①施工缝标高由设计选定，如表5所示。

表5 转换梁分次浇筑划分表 m

②对施工缝进行凿毛、养护处理。在混凝土浇筑前，施工缝对施工缝位置设置凹凸槽处理，槽深度180mm，同时在混凝土施工缝处每间距200mm设置直径32mm构造钢筋，构造钢筋长1400mm，施工缝两侧各700mm，并在钢筋端头焊接同直径钢筋头。通过凹凸槽和设置构造钢筋共同增加施工缝处的抗裂性能，提高梁的整体性和抗剪能力，如图10～图11所示。

图10 施工缝加强做法立面图

图11 分次浇筑剖面示意图

③界面处理

首次支模时，一侧的侧模与施工缝平，便于浮浆及松散砼的清理；

转换层梁第一次砼浇筑完成后二次浇筑前，对施工缝处进行混凝土面凿毛，并清理浮浆。施工缝处自然粗糙面凹凸不小于6mm。

首次浇筑混凝土的养护以保湿养护为主，以始终保证砼处于湿润的状态。这样可以保证第一次浇筑的砼不失水，第二次浇筑的砼与第一次浇筑的砼不会因砼失水产生接缝及麻面的现象。进行二次砼浇筑时，先在施工缝处浇筑一层30mm～50mm的砂浆或细石砼。

二次浇筑待第一次浇筑砼强度达到80%完成。

(4)高支模架体监测

①布置原则

支架监测点布设，按监测项目分别选取在受力最大的立杆、支架周边稳定性薄弱的立杆及受力最大或地基承载力低的立杆设监测点[15]。

②监测项目

立杆顶水平位移、支架整体水平位移、变形及立杆的基础沉降。

③监测方法

高支模水平位移，采用独立的坐标系统用全站仪进行观测，独立坐标系统坐标轴与大楼轴线方向一致，采用莱卡全站仪在预先设置的基准点上按极坐标法进行观测；高程测量采用三角高程测量的方法进行观测。为了提高测量精度，在各测点设置固定棱镜反射片。

④实际监测

在搭设过程中，每天开工前检测一次，在确保架体安全稳固的前提下进行搭设，每天收工前检测一次，确保架体在无施工扰动及夜晚无人看护时的稳定。

在架体搭设完，模板及钢筋绑扎时，半天监测一次，直到混凝土浇筑。

在浇筑砼过程中实施实时监测，一般监测频率不超过 1h一次。监测时间控制在混凝土浇注前直至浇筑完成后12h后结束，如表6所示。

表6 监测预警值 mm

⑤注意事项

监测要贯穿在模板支撑系统搭设、钢筋安装、混凝土浇捣过程中及混凝土终凝前后。

混凝土浇筑前，监测人员在架外设置观测点，架内在相应纵横立杆中部用钢筋焊上被观测点，涂上反光且有刻度的标志以利观测。

在浇筑混凝土时，用两台经纬仪，分别对纵横立杆和支撑体系的水平杆进行变形观测，发现实测挠度值接近，立即向监测组同时向现场施工人员示警。接警后，监测小组立即调动相关人员和设备进行加固处理。

在浇筑混凝土时，安全员跟班作业，加强对支撑体系变形的巡视，支撑系统内不得有人施工作业。

2.5 实施效果

(1)加强型扣件式满堂架

①编制转换梁高大模板工程安全专项施工方案并邀请厦门市建筑工程质量协会进行论证，通过后针对论证报告注意修改完善，如图12所示。

图12 专家论证报告

②进行三级技术安全交底后，搭设前对支撑立杆进行弹线控制。

③搭设完成后，在项目各部门自检合格基础上，邀请高支模专家、业主、监理、监督站联合验收通过后，再铺设转换梁模板，如图13所示。

图13 专检验收高支模

(2)优化转换梁设计

①针对优化后的转换梁施工图纸，组织BIM施工模拟，先吊装并焊接钢骨柱、钢骨桁架，如图14所示。

图14 钢结构桁架完成效果

②先行绑扎柱墩钢筋，每组6个工人共同配合将柱墩钢筋每层绑扎上来，同时配合周边转换梁各层水平纵筋安装。

③6名工人合力绑扎转换梁水平钢筋、箍筋。

④根据分次浇筑施工缝节点，增设直径32mm钢筋销键，增强施工缝连接。

⑤绑扎成型效果，如图15所示。

图15 转换梁钢筋绑扎完成效果

(3)分次浇筑混凝土

①针对第一次封模高度，设置企口缝模板，如图16所示。

图16 分次浇筑企口缝设置

②先采用TC7035塔吊分次浇筑第一次转换梁砼至指定标高。

③浇筑完成后，安排打凿并重新干净，如图17所示。

图17 企口缝成型效果

④验收第二次转换梁钢筋通过后，浇筑第二次砼。

(4)支撑架监测

①第一次浇筑时，对浇筑过程及完成进行12h监测(总共布置15个监测点)，如图18所示。

图18 监测点位布置图

②监测数据表，如图19所示。

F3层10个监测点，最大沉降值3mm，未超警戒值；

图19 监测数据表

F1层2个监测点，最大沉降值1mm，未超警戒值；

B1、B2、B3层共3个监测点，最大沉降值1mm，未超过警戒值。

2.6 成果总结

具体成果如表7所示。

表7 成果总结表

3 结语

超大截面转换层梁分次浇筑工艺，避免了支撑体系要求极高、施工困难大的诸多不足，特别是在转换层下方还有较多楼板时尤为突出。此方法充分利用现有设计及现场条件，取得质量、工期、成本3个维度的收益，给现场安全施工带来了便利，节省了大量人力、物力、机械，而且加快了施工进度。同时，运用BIM技术进行辅助，可以发现和解决不少疑难问题。这种大截面转换梁分次浇筑工艺，对建筑行业的工业化发展有一定推动作用，值得推广运用。