高層建筑轉換樓層結構設計及施工要點分析

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 摘要：高層建筑的轉換板，一般厚度較大，而且體積較大，大體積混凝土與普通鋼筋混凝土相比，具有結構厚、體形大、鋼筋密、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜和施工技術要求高的特點。本文針對轉換樓層類型和混凝土配合比設計及施工要點展開了分析。
關鍵詞：高層建筑；轉換樓層；施工
    高層建筑由于空間功能的復雜化，使得建筑結構也隨之變化。為了適應上部小空間、下部大空間的功能需要，需在兩種結構的交接部位設置過渡結構，也即轉換層。因高層建筑結構的多樣性，轉換層也呈現(xiàn)出多種形式。本文就轉換層結構設計與施工中應注意的問題進行分析。
1轉換層的種類
1.1梁式轉換層
    作為目前高層建筑結構轉換層中應用最廣的結構形式，它具有傳力直接明確及傳力途徑清晰，同時受力性能好、工作可靠、構造簡單、計算簡便、造價較低及施工方便等優(yōu)點。轉換梁不宜開洞，若必須開洞則洞口宜位于梁中和軸附近。轉換梁有托柱與托墻兩種形式，其截而設計有4種方法，即普通梁截而設計法、偏心受拉構件截而設計法、深梁截而設計法和應力截而設計法。轉換梁的截而尺寸一般由剪壓比( )計算確定，應具有合適的配箍率，以防發(fā)生脆性破壞，其截而高度在抗震和非抗震設計時應分別小于計算跨度的1/6和1/8。
1.2厚板轉換層
    當轉換層上、下柱網(wǎng)軸線錯開較多而難以用梁直接承托時，可采用厚板轉換層，但厚板的巨大荷載會集中作用于建筑物中部，振動性能復雜，且該層剛度很大、下層剛度相對較小，容易產生底部變形集中，其傳力途徑十分復雜，是一種對抗震十分不利的復雜結構體系，應進行整體內力分析、動力時程分析及板的內力分析等。厚板的厚度可由抗彎、抗剪、抗沖切計算確定；可局部做成薄板，厚薄交界處可加腋或局部做成夾心板，一般厚度可取2.0~2.8m，約為柱距的1 /3~1 /5。厚板應沿其主應力方向設置暗梁，一般可在下部柱墻連線處設置。轉換層厚板上、下一層的樓板應適當加強，樓板厚度不宜小于150mm。
1.3 桁架轉換層
    在托柱形式的梁式轉換層中，當很大跨度的轉換梁承托較多的層數(shù)，由轉換梁承托上部框架傳遞下來的豎向荷載很大而致使截而很大時，可采用桁架轉換層，能較好地布置大型管道等設備，并充分利用建筑空間。
    采用空腹析架轉換層時，空腹析架宜滿層設置并有足夠的剛度保證其整體受力作用，其截而尺寸一般由剪壓比計算控制，以避免脆性破壞。當轉換析架應用于框架一核心筒結構、筒中筒結構的上部密柱轉換為下部稀柱時宜滿層設置，其斜桿的交點宜作為上部密柱的支點轉換析架的節(jié)點應加強配筋及構造措施，防止應力集中產生不利影響。
1.4箱形轉換層
    該形式廣泛應用于橋梁工程中，較少應用于房屋結構。單向托梁或雙向托梁連同其上、下層較厚的樓板共同工作，可形成剛度很大的箱形轉換層，其平而內剛度遠大于單層梁板，稍小于厚板轉換層。整體計算方法有墻板模型及梁模型，主梁腹板截而寬度由剪壓比計算控制，且不小于400mm；截而高度可取跨度的1/5~1/8。箱形轉換結構上、下樓板厚度不宜小于180mm，板配筋設計時應考慮彎矩及自身平而內的拉力和壓力的影響。
2混凝土用料設計
    為尋求大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，大體積混凝土溫度裂縫主要是由于水泥水化產生的熱盆，使大體積混凝土內外溫差過大所致。
    這是由干混凝土具有熱脹冷縮的性質，淚篇土是熱的不良導體.散熱很慢，澆注后的大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，在外表面產生很大的拉應力而開裂，其次從混凝土用集料品種看，熱膨脹系數(shù)大小對混凝土溫度應力及結構的溫度變形有很大影響丁選取用熱膨脹系數(shù)小的骨料可減小大體積混凝土的溫度應力，提商抗裂性。再次，從骨料的粒徑看，骨料粒徑較大的混凝土，其水泥漿量較少.熱膨脹系數(shù)小，可減小大體積混凝土的溫度應力，提高抗裂性。
    通過上述分析，大體積混凝土出現(xiàn)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，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(shù)小的骨料和較大的骨料粒徑；
    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采
    ⑧在混凝土表面絕熱，調節(jié)表面溫度下降速率；
3混凝土澆筑要點
    大體積混凝土的澆筑，應根據(jù)整體連續(xù)澆筑的要求，結合結構尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況。選用以下三種方法：
    (1)全面分層。即將整個結構澆筑層分為數(shù)層澆筑，當己澆筑的下層混凝土尚未初凝時，即開始澆筑第二層，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大大的工程，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。
    (2)分段(塊)分層。適用于厚度較薄而面積或長度較大的工程。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。
    (3)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。
    施工時，應采取有效措施降低混凝土內部的實際漓度，具體的措施可以有以下幾種：
    ①降低混凝土人模澆筑溫度一如拌合水中摻入冰屬、使用冷卻水作拌合用水、砂石采取遮陽措施和噴冷水降溫等；
    ②骨料中摻人適量毛石；
    ③摻人適且的粉媒灰。
    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，宜將振動棒土下略有抽動。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(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準。
    分層振搗時，振搗棒應插人下層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，應隨即用鐵鉗攤平拍實。
4混凝土的養(yǎng)護
    混凝土拌和物澆筑成型后應及時進行養(yǎng)護。養(yǎng)護的目的是為混凝土正常硬化創(chuàng)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、大壩水泥、礦渣大壩水泥拌制的混凝土不得少于21d。
養(yǎng)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、撤水或噴水養(yǎng)護二保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料祝蓋養(yǎng)護(如塑料薄膜、草袋等）及薄膜養(yǎng)生液養(yǎng)護，可視具體條件選用。
5總結
高層建筑由于空間功能的復雜化，使得建筑結構也隨之變化。為了適應上部小空間、下部大空間的功能需要，需在兩種結構的交接部位設置過渡結構，也即轉換層。因高層建筑結構的多樣性，轉換層也呈現(xiàn)出多種形式。本文就轉換層結構設計與施工中應注意的問題進行分析。