关于高层建筑结构转换层设计与施工中若干问题的

关于高层建筑结构转换层设计与施工中若干问题的探讨湖南省岳阳市南湖商业广场，由湖南大学设计研究院设计，建筑面积为38000㎡，地下二层，地上30层。其中地上五层裙楼为商场，采用大开间的框架及部分剪力墙结构；6～30层为住宅，采用小开间带核心筒的短肢剪力墙结构。建筑总高99.8M，在标高22.3M处设梁式结构转换层。转换层最大框支梁断面尺寸为800×2400㎜；框支柱最大断面为1300×1300㎜，最小断面为750×750㎜。1、框支梁柱节点存在的问题1、框支梁与边柱节点根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》与03ZG003（中南标）等构造要求，框支梁面部通长筋（如图1中①号筋）必须锚入柱内，锚入柱内且低于梁底的长度应≥LaE。这对施工造成了很大困难，通常普通框架对这类情况的施工，常采用柱子与梁板一次性浇灌砼的方法。但对于转换层这种框支梁，因节点部位钢筋（梁面筋与底筋均多达30~40根）太多太密，若采用梁柱一次性浇灌砼的办法，框支柱的砼基本上无法浇灌。因此必须先浇柱子砼，柱施工缝只能留在梁底处。若按图1要求施工，则梁上部通长面筋（图中①号筋多为12～15根）必须在柱子浇砼前事先安装好，这要求施工应解决如下几个问题：（1）、应严格控制通长面筋的平面位置和标高。而在实际施工中很难控制好，特别是标高的控制很易出错；梁面筋若过高，就会造成楼面超高，若偏低，那么梁的有效截面高度会减小，这对施工质量非常不利。（2）、这种施工方法造成钢筋绑扎的难度加大。因框架柱的钢筋均在梁面部处弯折，同时第一排筋安装好后，就会造成梁上部第二、三排筋（②、③号筋）安装非常困难，很难按要求就位。鉴于以上情况，施工单位通过与设计及监理单位共同协商、研究认为：规范及标准图的构造要求，目的是加强节点的整体抗震性能，在确保节点抗震性能的前提下作如下修改：（1）、将梁上部第二、三排筋（图2中②、③号筋）锚入柱内，待梁上部第二、三排筋安装好后，再浇柱子砼，但要求第二、三排筋的断面积总和必须大于或等于梁上部第一排筋的断面积总和。（2）、梁上部第一排面筋不再要求弯锚伸过梁底，但要求弯锚长度必须大于等于1.5LaE，且应尽量伸至柱边后再弯锚。通过以上修改，在实际施工过程中发现有如下几项优点：（1）、梁上部第二、三排筋，比面部通长筋短，便于安装固定；（2）、第二、三排筋的标高控制没有面部筋要求严格，产生偏差后影响也没有那么严重；（3）、钢筋绑扎也符合正常操作程序，易于保证工程质量。本人建议：规范及标准图相应的节点图，可酌情按图2进行适当的修改、调整。1.2、转换层框支柱顶部锚固问题框支柱根据设计、中南标及原平法要求（如图3示），柱筋均需向对边方向弯锚于梁内或板内（边柱均按由外向内的方向）。由于框支柱配筋较多（每边多达13～14根）这样柱筋弯折后，在柱截面范围内形成四层钢筋（达50多根），加上两个方向的框支梁上部筋（达70多根），这样在柱断面较小的范围内，梁面下20～30㎝处，就多达120多根直径25㎜的钢筋交织成网。将会造成如下几个问题：（1）、钢筋层层交错，实际施工很难象疏头发那样，将钢筋层层理顺，很多钢筋因无法理顺就会被操作工人无耐割除，实际上并不能达到有效锚固作用。（2）、这样织成钢筋网后，砼浇灌时，细石砼都很难进入，更不用说振动棒插入非常困难；这势必造成砼材料离析严重，振捣很难密实，易造成砼施工质量的严重缺陷。为便于操作确保工程施工质量，施工单位招集设计与监理单位共同研究对策，最后确定按如下修改（如图4示）：（1）、框支柱钢筋上部弯锚部分，能向四周放射弯折的尽量向四周弯折到框支梁或板内。（2）、为加强节点核心区整体性能，柱顶部筋加密区箍筋直径增大一个级别。修改原因有如下两点：（1）、框支柱纵筋弯锚方向对固性能没有多少影响；（2）、大部分柱纵筋均同样锚入了梁内，梁柱节点核心区整体性能可通过箍筋的加强来保证；（3）、修改后的平法03G101-1节点大样中，框支柱采用放射方式锚入梁板中；因此，建议设计人员在选用框支柱节点构造时尽量按平法中的相应节点选取。2、框支梁设计中存在的几个问题2.1、在平法03G101-1、中南标03ZG003及《高规》中，对框支梁构造大样图中，梁上部负筋第三排甚至四排的断点位置没有标识。只标注了第二排筋断点为≥ln/3（ln为梁净跨长），是否可理解为图示中筋第二排筋就代表第二、三、四排筋，即第三、四排筋亦代表断点在ln/3位置。本人认为可参考普通框架梁情况，第三、四排钢筋断点确定在离柱边ln/4处（如图2示），做到能节约就节约嘛。2.2、由于高层建筑上部荷载非常大，框支梁承受无论弯矩还是剪力都很大，这要求设计者选好合理的梁断面尺寸。而有些设计者由于现场经验不足，特别是在选择梁断面宽度的时候选得过小。这会造成梁纵筋不按规范要求的间距布置。如一根框支梁断面宽只有650㎜，底筋及面筋均多达32根直径25㎜的钢筋，设计排列为三排（10/10/12）；为施工时有利于梁底砼密实，本人认为应排四排（7/7/7/11）。还有的梁箍筋加密区为直径14的6肢箍间距只有70㎜，梁箍筋基本上已紧贴在一起，砼几乎无法浇灌。难道梁断面就不能选得宽一点，或者高一点。可见设计人员应多到施工现场看看，设计的可操作性要高，要更有利于保证施工质量。2.3在平法032G101-1(67页1-1断面)中，框支梁上预插上部结构暗柱或剪力墙的插筋，构造节点要求弯成“U”型并挂住梁底纵筋，而中南标03ZG003中只要求采用直锚≥LaE。本人认为此节点应视具体情况而定。对于框支梁截面高度过小，且受力主筋配筋根数不多的情况下，可选用平法节点（如图5）中“U”型筋方案，而当框支梁截面高度很大且梁纵向受力主筋根数过多过密时，应选用03ZG003中直锚方式，但为锚固可靠可取直锚长度≥1.2LaE。若这种情况下设计还选用平法节点“U”型筋方式，本人认为有如下几点不合理：（1）、造成不必要的浪费，插筋伸入框支梁内只要能可靠锚固即可，如南湖商业广场框支梁最大高度达2400㎜而上部暗柱剪力墙钢筋最大直径为25㎜，最小为直径14㎜，按规范C40Ⅲ级钢LaE=34d,那么直径为25㎜最大LaE=850㎜，若按平法节点，插入框支梁中的直径为25的“U型”筋长度至少要5000㎜，则第根“U型”筋将造成3.3米长的浪费，而直径14“U型”筋至少造成3.84米长的浪费。（2）、造成施工过程插筋准确定位困难。因钢筋绑扎施工时，整个钢筋骨架还处在不完全稳定状态，一般应待梁侧模及板底模支完且校正后，梁钢筋骨架才处于较稳定状态。此时才能在钢筋骨架上，进行上部住宅结构较精确的平面定位放线工作。若采用“U型”筋方式，只能事先和框支架一起绑扎。这就造成“U型”筋绑扎时只能初步估计定位，待模板工程施工完，上部进行精确定位放线后，再进行插筋位置偏差调整。因为框支梁箍筋多为六肢箍或八肢箍，由于箍交错绑扎，且纵向主筋较密较粗，框支梁钢筋骨架已形成很牢固的整体，实际上这种偏差能调动的范围很小。（3）、当这种“U型”筋遇到梁与梁交叉部位及梁柱节点处，就无法施工了。本工程根据以上情况，在取得设计方同意后，上部住宅部分的暗柱及剪力墙的插筋均采用直锚方式，但直锚长度应≥1.2LaE。这样插筋施工可以待梁柱钢筋绑扎完及梁板支模校正完，并在钢筋骨架上放线标出暗柱及剪力墙位置后进行。实际施工过程中，待转换层砼浇完，定位弹线后，对插筋位置进行检查，偏差均在规范充许范围内，效果相当好。3、框支梁水平施工缝问题施工单位在转换层施工过程中，考虑到转换层结构自重很大，为减少支模体系投入，往往采用两次浇灌砼成型的办法，即第一次只将梁浇灌到板底处，在框支梁在板底面标高处留设一道水平施工缝，第二次再浇梁未浇部分及楼板砼。这种分两次浇筑砼的施工方案有如下几项优点：（1）、可减少模板和支撑系统的投入量，节省工程造价。因转换层钢筋砼自重很大（通常可达40-70KN/M2）。若采用一次性浇筑，通过支模体系荷载验算常需转换层下部1-2层模板不拆除，同时需将下部3-4层结构进行加固处理，以利于转换层的施工荷载顺利传递至下部楼层结构，即由下部的3-4层结构共同作用来承受转换层的施工荷载。如果分两次浇筑，则第一次浇筑完的框支梁，在第二次浇筑砼时，已产生一定的强度，完全可以承担自重（即第一次浇筑砼重量），并能承担第二次浇筑砼的部分荷载。南湖商业广场转换层施工采用二次浇筑砼的方案，经过详细验算，方案确定：转换层下部结构（即第五层楼面结构）原支模系保留不拆除，而次下部结构（即第四层楼面结构）只作顶撑加固主次梁。只用3层结构承转换层的施工荷载。实际施工过程中，经过认真观察及测试发现效果非常好，下部结构变形均在允许范围内。（2）、有利于砼的入模及振捣操作。因框支梁面筋较多较密，从梁面下料非常困难。采用两次浇筑方法，在第一次浇筑砼时，可先不绑扎板筋（板筋为双层双向配筋）。这样砼可从梁的上部侧面下料。同时砼振捣便于寻找插棒点。因梁面未被砼覆盖，能插棒的钢筋空隙易于找到，这很利于砼振捣密实。（3）、能减少操作人员的工作压力。因一次性浇灌砼量减少，对人员组织、材料运输供应的压力小了许多。可以做到有条不絮。这对确保工程质量非常有益。（4）、对避免事实施工缝的出现，确保砼的连续接缝有利。通常砼施工量过大时，因组织不合理人员忙不过来，或因中午气温过高，砼的终凝时间大幅度减短。造成砼接缝过程中，顾此失彼，从而形成事实施工缝（即在先浇砼接近终凝或终凝后再浇下一层砼）的现象屡见不鲜。因此能尽量减少砼一次性浇灌量、尽量不遍地开花，也不失为一个确保工程质量的有效方法。但是，采用两次浇筑砼的方案也应重视如下几个方面：（1）、应对框支梁因两次浇灌砼而产生的附加内力，进行计算模型分析，这项可请设计根据施工单位初定方案情况进行验算。因第二次浇砼前，框支梁第一次浇灌的砼部分基本处于零应力状态，而待第二次砼浇完后，第一次浇灌的砼因承受荷载而变形产生内应力，这种由施工引起的附加内应力差同时存在于同一框支梁构件内，而且永久叠加在结构中，因此必须加以控制。而能减少这种附加力的有效措施，就是增大支模系统的刚度，减少变形。即尽量减少第一次浇灌的砼承担第二次浇灌砼的荷载，让其控制在一个合理的范围内（南湖商业广场要求实际计算的附加内力和相应截面的设计计算承载力的比值不超过0.05，并通过修改支模方案，增加支撑刚度来降低该比值）。（2）、施工单位在第一次浇灌完砼后，应及时清除框支梁面钢筋上散落的砼，确保未浇砼部分的钢筋清洁。同时应确保框支梁水平施工缝清洁干净，然后才能绑扎板筋，浇第二次砼。鉴于转换层结构的