某工程地下室2层, 地面以上26层, 总浇筑面积31000m2, 总高度82m。转换层设在第6层, 标高+23.2m, 面积1279m2, 该转换层为梁式结构, 楼板厚度为300mm, 梁截面为500~2000mm×1000~3000mm, 转换层结构的钢筋总重量720t, 混凝土量达2826m3, 整个转换层重量达8000t。转换层以下1~5层为混凝土框架结构, 以上20层为混凝土框架剪力墙结构, 第5层楼面的设计活载为32k N/m2, 标高+18.7m。其余各层楼面的设计活载为2.0~5.0k N/m2。本转换层的特点是梁的跨度、截面和混凝土自重均较大, 梁的竖向施工荷载为30.78~86.48k N/m2, 板的竖向施工荷载为11.75k N/m2, 因第5层楼面的设计活荷载为32k N/m2, 因此本转换层支模施工的难点是解决竖向荷载大于32k N/m2的转换梁的施工荷载。
目前我国高层现浇混凝土结构转换层施工, 模板的支撑体系通常有以下几种:
(1) 常规浇筑法, 将转换层荷载通过支撑逐层传递到首层或地下室的底板, 适用于转换层标高较低的情况。
(2) 叠合浇筑法, 应用叠合梁的原理将转换梁或厚板分两次或三次浇筑叠合而成。其特点是支撑系统只考虑第一次浇筑混凝土自重和施工荷载。
(3) 荷载传递法, 将转换层梁或厚板荷载通过若干层楼板共同承担, 必要时加厚转换层的楼板厚度和梁截面, 也可通过梁两端柱子上的牛腿或斜撑斜拉将大部分荷载直接传给柱子。
(4) 埋设型钢浇筑法, 在转换梁内埋设型钢或钢桁架, 通过型钢或钢桁架与模板共同承受大梁全梁自重及施工荷载, 大梁1次浇筑而成。此法特点是节约模板和支撑材料, 适用于转换梁跨度大且转换层下部层高大时, 此时, 宜将转换梁设计成钢骨混凝土组合结构。根据本工程的特点, 充分利用第5层楼面的设计承载能力。经比较, 决定采用叠合浇筑法。楼板和梁截面高度为1000mm或以内的梁1次浇筑;梁截面高度为1000~2000mm的梁, 作两次浇筑, 第1次浇筑高度为1000mm或浇至板底, 余下的第2次浇筑;梁截面高度为2000~3000mm的梁, 作3次浇筑, 第1次浇筑高度为1000mm, 第2次浇筑高度1000mm或浇至板底, 余下的第3次浇筑。第1层混凝土浇筑后进行养护, 待该层混凝土强度达到设计强度的75%后, 此时混凝土梁能承受自重, 方进行第2层混凝土的施工, 第2层混凝土浇筑后进行养护, 待该层混凝土强度达到设计强度的75%后, 此时混凝土梁能承受自重, 再进行第3层混凝土的浇筑。因此, 模板支撑系统只承受1次浇筑混凝土的自重和施工荷载。根据计算, 楼板混凝土浇筑时产生的荷载为11.75kN/m2, 每层梁混凝土浇筑时产生的荷载等于或小于30.78kN/m2, 而第5层楼面的设计活荷载为32kN/m2, 因此, 转换层的浇筑混凝土的自重和施工荷载, 通过模板支承系统, 传给第5层楼面, 由第5层楼面承担即可。
梁底模板支撑采用钢木混合支撑, 底模为18mm厚胶合板, 方木采用50×100红松, 钢管为!48×3.5。梁下立杆间距纵向574mm, 横向400mm, 分别向梁两端扩展约50mm, 纵横方向设2道水平拉杆, 纵向木跨距287mm。
(1) 荷载取值:
①恒载标准值gk=25.8k N/m2, 其中包括1.0m厚混凝土自重24k N/m3×1.0=24k N/m2;钢筋1.5k N/m3×1.0=1.5k N/m2;模板自重0.3k N/m2。
②活荷载标准值gk=2.0kN/m2, 取振捣混凝土时的均布荷载2.0k N/m2。
③荷载承载力设计值P承=1.1gk+1.2gk=30.78kN/m2。
④荷载刚度设计值P刚=1.1gk=28.38kN/m2。
(2) 内力验算:
由于实际混凝土浇筑中采用斜面分层工艺, 且在动时振动棒的作用范围很大, 故当跨距较小时可近似认为活荷载为均布且同时作用于各跨, 即不考虑最不利荷载分布。设纵方木跨距为L, 查表得KM=0.107, KV=0.607, KW=0.632;胶合板设计强度fv=1.2N/mm2, fm=20N/mm2, 弹性模量E=6500×0.9=5850N/mm2;I=112×1000×183=486000mm2;W=16bh2, M=Km·P承·L2=0.107×30.78×0.2872=0.27k N/m;σ=MW=0.27×10654000=5.02N/mm2
V=KV·P·L=0.607×30.78×0.287=5.36kN
τ=3V2bh=3×5.36×1032×1000×18=0.45N/mm2
满足抗剪要求;
W=KW·P刚·L4100El=0.632×28.38×2874
100×2850×486000=0.43mm<[W]=min[L/250, 1]=1mm, 满足挠度要求。
(1) 荷载取值:由多跨连续梁在均布荷载下受力情况可知, 最大支座反力出现在连续梁的第2支座B处, 查表得:KVB左=0.607, KVB右=0.536RB= (KVB左+KVB右) ·P承·L= (0.607+0.536) ×30.78×0.287=0.1k N在B处支座纵向方木反力F′=10.1k N/m。
(2) 纵向方木内力:方木为红松E=9000N/mm2, 查表得RM=0.105, KV=0.606, KW=0.644, W=16bh2=16×50×1002=83333mm2;l=112bh3=112×50×1003=4.17×106mm4;M=KM·F1·L12 (L1为横向钢管跨距) =0.105×10.1×0.42=0.17k N·mσ=MW=0.17×10683333=2.04N/mm2<[σ]=11.7N/mm2, 满足抗弯要求。V=K·q·L=0.606×10.1×0.4=2.45k Nτ=3V2bh=3×2.45×1032×50×100=0.74N/mm2
(1) 荷载计算:纵向方木最大支座反力在第2支座B处, 查表得VB左=0.606, VB右=0.526F=RB= (KVB左+KVB右) ·q·L=0.606+0.526) ×10.1×0.4=4.57kN
(2) 内力计算:钢管参数W=5.08×103mm3, I=12.19×104mm4, E=2.1×105MPa, fm=205MPa。
查表得KM=0.188, KW=1.497M=KM·F·L (L为梁下立杆纵距) =0.188×4.57×0.574=0.49k N/m, σ=MW=0.49×1065080=96.5N/mm2
中间支座处所受支座反力最大, 查表得:
K=K=0.668抗破坏试验荷载) R=F+ (KVB左+KVB右) F=4.57+ (0.688+0.688) 4.57=10.9k N>[V]=10k N (抗滑移试验荷载) <[V]=25k N应采用双立杆和双扣件才可满足要求, 故在受力区域增加一立杆。
立杆相关参数如下:A=4.89×102mm2, g=3.84kg/m, I=15.8mm, E=2.1×105MPa, f=205MPa, λ=Li=1800/15.8=114, !=0.534。[N]=!·A·f=53.5k N, 设1道水平杆距地1.8m, 即L=1.8m, 立杆及相关横杆重量G= (0.327+0.574+0.574) ·g·10/1000=0.16k N, R=V+G=17.79+0.16=17.95k N<[N], 满足要求。
根据《建筑施工手册》, 新浇混凝土作用在侧模板上的最大侧压力取下列2式计算, 取其较小值:F=0.22·V·t0·β1·β2·V1/2F=γ·H。式中:F为新浇混凝土对模板产生的最大侧压力 (k N/m2) ;γ为混凝土的比重 (kg/m2) ;t0为混凝土初凝时间, 按t0=200/ (T+15) ; (T为入模温度) 计算;V为浇筑速度 (m/h) ;H为侧压力至混凝土面顶的高度;β1为外加剂掺加系数, 不掺加时取1.0, 掺加时取1.2;β2为坍落度系数, 当坍落度为<3cm, 5~9cm, 11~15cm时分别取0.85, 1.0, 1.15。本工程γ=26kN/m3, T=30℃, β1=1.2, β2=1.15, V=10m/h, 则:F=0.22×10×200 (30+15) ×1.2×1.15×10=42.7kg/m2;F=γ·H=26kN/mm2取两者中较小值, 即F=26k N/mm2。再考虑振捣影响, 附加水平施工荷载2k N/mm2, 故最大侧压力F=26+2=28k N/mm2。采用!12对拉螺栓, 通过钢管、夹子拉紧两边侧板。每个ɸ12螺栓可承受的拉力f=NA=310×113=35030N=35k N所以每m2需用1个对拉螺栓即能满足模板侧压力要求。但考虑模板支撑的抗弯、抗剪、抗挠及整体稳定要求, 螺栓间距为500mm×500mm。模板用18厚胶合板, 竖向方木用50×100红松, 纵向用钢管ɸ48×3.5。经验算, 此模板支撑体系满足抗弯、抗剪挠度要求。具体验算过程略。
本工程结构转换层的框支转换梁施工采用“叠合浇筑法”, 成功地将浇筑混凝土自重分解成若干部分, 使下一层楼面能承受浇筑混凝土自重和方式荷载, 减少了荷载传递的楼层, 从而减少了支撑, 从而降低施工成本, 降低造价。
摘要：随着经济的发展, 城市建设行业的迅速发展, 本文介绍我国高层现浇混凝土结构转换层施工的几种模板支撑体系, 作者通过近年工作工程实例中相关经验的阐述, 以供参考。
关键词：高层建筑,转换层,结构设计,模板支撑
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