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        高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)研究

        2022-12-09 08:57:34姚寧
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2022年21期
        關(guān)鍵詞:時(shí)應(yīng)骨料分層

        姚寧

        (張家口市地方鐵路管理處,河北 張家口 075000)

        1 引言

        隨著建筑高度的不斷增加,結(jié)構(gòu)形式越發(fā)復(fù)雜,施工難度也在不斷提高,為提高高層建筑施工質(zhì)量,轉(zhuǎn)換層的設(shè)置已必不可少[1,2]。以具體的建筑功能為例,若上部的樓層需要發(fā)揮住宅的功能,那么其在布置時(shí)應(yīng)使用開間較小的軸線和多數(shù)量的墻體;當(dāng)中層需滿足辦公用房作用時(shí),則需在柱網(wǎng)內(nèi)設(shè)置相對(duì)數(shù)量的墻體來滿足要求; 而當(dāng)下層需滿足較大的空間要求時(shí),則需使用較大的柱網(wǎng)以及較少的墻體。因此,高層建筑設(shè)計(jì)施工過程出現(xiàn)這種情況時(shí),會(huì)與正常的建筑結(jié)構(gòu)有所矛盾,如圖1所示。

        當(dāng)前,國外某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)對(duì)高層建筑有了更深一步的認(rèn)識(shí)。如20世紀(jì)五六十年代的東歐學(xué)者提出的柔性底層方案,讓高層建筑的發(fā)展取得了較大的進(jìn)步[3]。而從七十年代開始,國內(nèi)開始運(yùn)用梁式轉(zhuǎn)換層,此后,該種技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用[4]。從具體的施工角度來看,當(dāng)前轉(zhuǎn)換層的施工方法多種多樣。為確保轉(zhuǎn)換層能夠起到穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)的重要作用,對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行研究分析是非常有必要的?;诖?,本文將探討在確保安全經(jīng)濟(jì)的前提下的轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)。

        2 高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置

        2.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置特點(diǎn)

        在高層建筑施工當(dāng)中,轉(zhuǎn)換層的施工是整個(gè)工程的關(guān)鍵所在,其直接決定了施工的安全性以及經(jīng)濟(jì)性問題[5]。在轉(zhuǎn)換層的設(shè)置過程中,會(huì)打斷某些豎直設(shè)置的構(gòu)件。高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)置具備如下特點(diǎn)。

        1)大尺寸,荷載較大。為了確保上部結(jié)構(gòu)中的剪力能夠較好地傳遞到下部結(jié)構(gòu),必須確保轉(zhuǎn)換層的樓面具有一定的水平剛度,其具體表現(xiàn)在樓板的厚度應(yīng)在200 mm 以上,故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)一般有著較大的結(jié)構(gòu)尺寸。

        2)分層澆筑,承載構(gòu)件為先澆筑構(gòu)件。因轉(zhuǎn)換層有著較大的高跨比,此時(shí)的平截面假定就不再成立,一般情況下按照短深梁受力進(jìn)行考慮。在施工時(shí)若采用的是二次疊澆法,則應(yīng)分析疊合構(gòu)件在分層處所產(chǎn)生的水平剪力,若有必要?jiǎng)t應(yīng)與設(shè)計(jì)單位詳細(xì)規(guī)劃,確保滿足承載能力的要求。

        3)支撐系統(tǒng)按照下部構(gòu)造進(jìn)行靈活設(shè)置。為降低轉(zhuǎn)換層設(shè)置時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震所產(chǎn)生的影響,避免上部構(gòu)件和下部構(gòu)件出現(xiàn)突變的剛度和剪力,在對(duì)不落地的支撐系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中可以靈活按照下部結(jié)構(gòu)做出調(diào)整[6]。

        2.2 轉(zhuǎn)換層施工的重難點(diǎn)

        根據(jù)轉(zhuǎn)換層中的設(shè)置特點(diǎn),在制訂施工方案時(shí)應(yīng)明確以下幾方面重難點(diǎn)。

        1)多數(shù)情況下,轉(zhuǎn)換板所傳遞下來的荷載較大,因此,應(yīng)采用較為可靠的模板進(jìn)行支撐,并基于轉(zhuǎn)換板的特色設(shè)計(jì)模板支撐體系。此時(shí),可按照豎向彈性支點(diǎn)的方式看待各個(gè)結(jié)構(gòu)層。

        2)將模板支撐系統(tǒng)安裝好以后,轉(zhuǎn)換層的受力狀態(tài)將會(huì)有所變化,因此,應(yīng)對(duì)施工階段轉(zhuǎn)換層的承載力進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。

        3)對(duì)于某些有著較大體積的轉(zhuǎn)換板,在施工時(shí)為避免混凝土在澆筑之后出現(xiàn)溫度和收縮類型的裂縫,應(yīng)對(duì)其溫度變化以及混凝土收縮等進(jìn)行考慮,并及時(shí)采取措施減少裂縫。

        3 施工質(zhì)量控制

        高層建筑中所設(shè)置的轉(zhuǎn)換板一般有著較大的厚度和體積,相比于其他的普通鋼筋混凝土而言,該種混凝土結(jié)構(gòu)需要設(shè)置較為密集的鋼筋和較大體積的混凝土,對(duì)施工技術(shù)有著較高的要求。因此,除了要確保結(jié)構(gòu)符合剛度、強(qiáng)度以及耐久性等性能之外,還需對(duì)其溫度變形所導(dǎo)致的裂縫進(jìn)行嚴(yán)格的控制。即在施工混凝土工程時(shí),需對(duì)溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行考慮,并采用一定的措施控制其溫差。但結(jié)構(gòu)尺寸、所用材料等均會(huì)對(duì)溫度應(yīng)力產(chǎn)生影響,故為確?;炷临|(zhì)量必須對(duì)溫差和應(yīng)力進(jìn)行雙重控制。

        3.1 原材料

        1)水泥。在確保強(qiáng)度等基本性能符合的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用礦渣或火山灰水泥,不可采取不滿足安定性要求的水泥。

        2)骨料。對(duì)于粗骨料,應(yīng)確保級(jí)配連續(xù),可使用卵石或者碎石,所使用粗骨料的粒徑最大值應(yīng)在3/4 鋼筋最小凈距以下。若使用的是泵送混凝土,為確保其可泵性,應(yīng)根據(jù)表1中的要求選取材料,需確保所選取的粗骨料中沒有有機(jī)雜質(zhì);對(duì)于細(xì)骨料,應(yīng)確保含泥量在3%以下,可采用粗砂或者中砂,若使用的是泵送混凝土,以0.3 mm 篩孔控制細(xì)砂保持在15%~30%的通過率。

        表1 粗骨料最大粒徑

        3)粉煤灰。為使水泥用量有所降低,可摻入10%的粉煤灰以代替水泥。此外,為確保水泥早期水化熱反應(yīng)時(shí)所發(fā)出的熱量滿足要求,應(yīng)摻入適量的緩凝型減水劑。

        3.2 混凝土用料

        為確保大體積混凝土的配合比處于可靠的范圍內(nèi),因先對(duì)溫度裂縫的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。水泥的水化反應(yīng)是混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。對(duì)其進(jìn)行分析可知,多數(shù)情況下混凝土有著5×10-6~14×10-6/℃的熱膨脹系數(shù),容易出現(xiàn)熱脹冷縮的情況,而作為熱不良導(dǎo)體,混凝土多數(shù)情況下只能進(jìn)行較為緩慢的散熱,在進(jìn)行澆筑之后相比于外部,內(nèi)部的溫度較高,內(nèi)外溫差最高可達(dá)60 ℃,形成內(nèi)部膨脹而外部收縮的情況,導(dǎo)致外表面的拉應(yīng)力較大而出現(xiàn)開裂的情況。此外,根據(jù)混凝土所采用的集料類型可知,對(duì)于混凝土的溫度應(yīng)力而言,熱膨脹系數(shù)對(duì)其有著較大的影響,若采用的是有著較小熱膨脹系數(shù)的骨料,則可以讓混凝土的溫度應(yīng)力有所降低,從而使其抗裂性得到較大的提升。若在混凝土中摻入較大粒徑的骨料,那么就能夠有效降低其水泥漿量,從而降低其熱膨脹系數(shù),使其溫度應(yīng)力得到有效減小,從而使其抗裂性得到提升。基于上述分析,在施工過程中可采取如下措施:

        1)施工時(shí)所采用的水泥應(yīng)該盡可能采用水化熱較低的或者應(yīng)適當(dāng)降低水泥的用量;

        2)為使混凝土的強(qiáng)度有所提高,應(yīng)盡可能降低用水量;

        3)所選骨料應(yīng)具有較小的熱膨脹系數(shù)或者粒徑較大的;

        4)原材料先進(jìn)行預(yù)冷,可將冷卻水管先預(yù)埋到混凝土中;

        5)通過分縫、分塊的方式對(duì)混凝土塊進(jìn)行合理劃分,以降低其約束;

        6)對(duì)其表面進(jìn)行絕熱處理,從而使其表面的溫度降低速率得到有效調(diào)節(jié)。

        除去施工時(shí)可采用的措施之外,還能從配合比的角度出發(fā)進(jìn)行控制。因此,還可在施工時(shí)按照試配的方式確定混凝土的配合比,確保水灰比在0.6 以下。若施工現(xiàn)場(chǎng)使用的是泵送的商品混凝土,則可采取對(duì)砂率以及減水劑進(jìn)行調(diào)整的方式提高其坍落度。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格避免通過隨意加水的方式來使其坍落度得到提高,具體可按照11~15 cm 的范圍控制坍落度。

        3.3 施工要點(diǎn)

        多數(shù)情況下,應(yīng)在最高溫度小于30 ℃的低溫環(huán)境下施工大體積混凝土,若現(xiàn)場(chǎng)溫度始終在30 ℃以上,則應(yīng)適當(dāng)采取措施使混凝土的溫差得以減小,從而盡可能避免溫度應(yīng)力的影響。對(duì)于混凝土的配置,則應(yīng)根據(jù)配合比進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。其攪拌時(shí)間則應(yīng)從攪拌桶中加入全部拌和料的時(shí)候開始算起,直到全部卸料為止,一般以1.5~2 min 為宜。在混凝土進(jìn)行攪拌之后,應(yīng)將其及時(shí)運(yùn)輸?shù)綕仓攸c(diǎn),以便于及時(shí)入模澆筑。在運(yùn)送時(shí),應(yīng)盡可能避免混凝土出現(xiàn)離析等情況,若混凝土出現(xiàn)變化,則應(yīng)該及時(shí)對(duì)其進(jìn)行人工二次拌和。

        在澆筑體積較大的混凝土?xí)r,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋布置情況以及整體連續(xù)澆筑的原則來確定澆筑方法,具體可劃分為如下3 種情況。

        1)全面分層。按照數(shù)層澆筑的方式澆筑整個(gè)結(jié)構(gòu),在已經(jīng)完成澆筑的下層混凝土未進(jìn)行初凝的時(shí)候即開始進(jìn)行第二層混凝土的澆筑,如此往復(fù),至整個(gè)結(jié)構(gòu)均完成澆筑。多數(shù)情況下該種方案應(yīng)用于某些平面尺寸較小的結(jié)構(gòu)物中。在具體施工時(shí)應(yīng)在短邊開始澆筑,推進(jìn)到長邊,也可以將其劃分為兩段進(jìn)行澆筑,按照中間到兩端的方式,從兩端推進(jìn)到中間。

        2)分段分層。對(duì)于某些有著較小厚度而較大面積的項(xiàng)目,在進(jìn)行混凝土的澆筑時(shí)應(yīng)從底層的一端開始,在澆筑到一定距離后再進(jìn)行第二層混凝土的澆筑,以此反復(fù)澆筑到其他各層。

        3)斜面分層。該種方案適用于長度比3 倍厚度還大的結(jié)構(gòu)中。振搗時(shí)從澆筑層底層進(jìn)行,并以比1∶3 還小的坡度向上推移,以保證各個(gè)分層混凝土具備滿足要求的施工質(zhì)量。

        在上述3 種分層澆筑方案中,應(yīng)按照振搗器材的長度以及力度大小來確定分層厚度,同時(shí)應(yīng)對(duì)混凝土澆筑量的多少進(jìn)行考慮,多數(shù)情況下可按照25 cm 左右進(jìn)行澆筑。插入式振搗器宜按照深入下層50 cm 的范圍開展工作。并且在澆筑時(shí),應(yīng)確保上層鋼筋在下層的混凝土具備1.2 N/mm2的強(qiáng)度之后進(jìn)行綁扎。此外,為提高層間結(jié)合的效率,可通過在下層混凝土中安裝鍵槽的方式提高結(jié)合度。分層澆筑所間隔開的時(shí)間,可以在混凝土表面的溫度降低到大氣平均溫度后進(jìn)行,一般多在5 d 之后在進(jìn)行澆筑。

        4 結(jié)語

        基于現(xiàn)有的研究基礎(chǔ),對(duì)高層建筑厚板轉(zhuǎn)換層的施工技術(shù)以理論分析的方式展開了研究。在施工時(shí),體積較大的混凝土容易在施工時(shí)出現(xiàn)裂縫,而其主要是溫差導(dǎo)致的。針對(duì)較厚的混凝土,考慮到改善其約束條件的角度,施工時(shí)為使其內(nèi)外溫差有所降低,在澆筑時(shí)應(yīng)使用水平分層澆筑的方式,但應(yīng)綜合考慮各層的澆筑厚度以及間隔的時(shí)間,確保在澆筑下層混凝土?xí)r,上層混凝土的內(nèi)部降溫已經(jīng)完成,從而避開熱傳導(dǎo)的影響而使得溫度峰值再一次出現(xiàn)。此外,在實(shí)際項(xiàng)目中,應(yīng)基于現(xiàn)場(chǎng)條件的不同,選用相應(yīng)的溫度控制方法,包括有先預(yù)冷卻原材料的方法,以及對(duì)入模的溫度進(jìn)行控制的方法等,在具體施工時(shí)應(yīng)將溫度應(yīng)力控制在混凝土的允許受拉范圍內(nèi)。

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