摘要：在高层建筑施工中，型钢混凝土转换层施工技术具有广阔的应用前景，对其展开研究具有十分重要的意义。本文结合工程实例，对高层建筑型钢混凝土转换层施工难点进行了分析，并详细介绍了型钢混凝土转换层的主要施工技术措施，以期能为其他类似工程施工提供参考。
关键词：高层建筑；转换层；施工技术
0 引言
随着我国社会经济的快速发展及城市建设的不断进步，高层建筑及超高层建筑的施工越来越多，并向着多功能、多用途的方向发展。由于建筑中各部分的使用功能不同，对其结构形式也提出了不同的要求，这必然造成上下层竖向构件不连续。对此，设置转换层已成为传递上部结构荷载的重要手段。而型钢混凝土转换层具有强度高、刚度大、延性好等优点，得到了广泛的应用。
1 工程概况
某建筑工程项目建筑总面积为58907m2，总高度99.57m，由1#楼和2#楼及其裙房、附楼和整体地下室组成，建筑结构类型为30层框支剪力墙结构。其中五层以下裙楼为门厅（20m×20m×13m）、餐厅、宴会厅（56m×30m×11m）等公共大空间，五层为型钢混凝土结构转换层，面积4360m2，型钢混凝土组合柱采用实腹式焊接十字型钢柱，截面尺寸1.3m×1.3m、1.3m×2.2m、1.4m×1.4m、1.5m×1.5m计12个柱位，柱内型钢采用贯通型，从基础承台面至五层楼面设置，全高为33.47m；型钢混凝土组合梁采用实腹式焊接H型钢，梁断面尺寸由0.8m×1.8m到2.2m×2m、1.2m×2.6m不等，计5根钢梁，钢梁净跨29.6m，单根钢梁重9.96t。所有型钢均采用Q345B型钢板。钢柱牛腿与钢梁、钢梁与钢梁之间均采用栓焊连接，腹板采用10?9级摩擦型高强螺栓连接，翼板采用加垫板现场焊接。
2 施工难点
（1）型钢混凝土结构钢骨架有钢柱和钢梁，钢柱为十字柱，高度33.47m，重量达34.8t；钢梁为H型，梁长29.6m，重9.96t，现场不具备整体运输和吊装条件。合理的分段、场内运输、吊装及精确定位连接安装是型钢施工的关键。
（2）转换梁的配筋率高，钢筋规格大，间距小，主筋长，在梁柱节点区钢筋异常密集，与型钢排布矛盾突出，操作空间受限制，相互影响较大，绑扎难度大。
（3）转换层混凝土属大体积混凝土，保证混凝土的密实性和温度裂缝控制工作不容忽视。详见图1。
图1 转换层结构平面
3 主要施工技术措施
3.1 型钢混凝土结构钢骨架的吊装连接安装技术
本工程使用的型钢混凝土结构钢骨架有钢柱和钢梁，因安装位置的不同，以及作业现场不具备整体运输和吊装条件，故采取不同的场内运输及吊装。
3.1.1 型钢柱的吊装
根据钢柱平面位置分布情况，将钢柱施工划分为三个施工段，每段依据自然层再进行分层施工（图2），在两个施工段都完成最后一层钢柱的吊装后，进行钢梁的吊装工作。
图2 钢柱分层示意图
钢柱构件运至现场后，即用30t汽车吊卸至操作层，再使用专用平板拖车将构件运至安装位置附近进行焊接组合。每段接口均设在楼层面以上1.3m处，单段最大重量为10t。钢柱焊接组合完成后，进行无损检验合格，而后采用15T人字拔杆吊装。吊装钢柱时，拔杆立在钢柱就位位置附近1m处，拔杆设缆风绳和柱脚固定绳（在钢筋混凝土梁浇筑混凝土前，在楼层上预埋钢筋地锚作为钢丝绳固定点）。吊装时，吊点选择在柱顶，柱子起吊前结构面上1000mm处划一水平线，以便安装固定前后复查平面标高。首段钢柱柱脚套入地脚螺栓时，为防止其损伤螺纹，用铁皮卷成筒状套在螺栓上，钢柱就位后取去套筒，调节柱底的调节螺母调整钢柱的垂直度，用经纬仪在纵横两个方向核对无误后，锁紧地脚螺母并将柱脚垫板与柱脚板焊接。同时，在柱顶设四个方向缆风绳配置法兰螺栓张拉紧固定，保证后续土建施工过程中钢柱的垂直度。二层以上钢柱吊装方法同下部钢柱，两段钢柱先用安装螺栓连接固定，校正合格调整好垂直度后再焊接固定。
为使钢柱的垂直度与标高符合设计要求，必须及时进行钢柱的安装校正。校正测量采用两部经纬仪，首先将经纬仪放在柱子一侧，使纵中丝对准柱子座的基线，然后固定水平度盘的各螺丝。测柱子的中心线，由下而上观测，若纵中心线对准，则柱子垂直，不对准则需调整柱子，直至对准经纬仪中丝为止。以同样的方法测横线，使柱子另一面中心线垂直于基线横轴。柱子准确定位后，即可对柱子进行固定工作。
3.1.2 型钢梁的吊装
每道钢梁采用分三段加工，现场拼接，在钢梁下方的3层楼面作为拼装平台，平台靠近吊装就位位置旁，避免钢梁拼装完二次转运。为保证拼装不破坏已完工的混凝土梁板，在每根平台梁下应垫方木，增加与地面接触面积。同时为保证钢梁抬吊时避开两侧的主楼的主体结构，钢梁拼装时摆放方位绕转15O尽可能避开两侧的障碍物，以方便起吊。大梁分三段现场组对，并按设计要求预留100mm的拱度。在构件加工时，中间一段钢梁预留一定的长度，钢梁实际成型长度应按已吊装完毕的钢柱实际距离控制，现场在完成钢梁两端的钢柱安装工作并校核尺寸后，重新测量钢柱的间距，采用测距仪至少从2个方位进行测量，测量结果相互校核验证，以最终的测量结果作为钢梁的实际长度，并考虑吊装时钢梁挠曲而减小梁长。钢梁的对接焊缝采用底部垫衬板，单面焊接成型的方法焊接。
钢梁上设置2个吊点，在3层楼面每道钢梁就位位置附近设立2套摇臂杆抬吊钢梁，大梁安装时一次吊装一支，构件抬吊到安装高度位置用拔杆辅助溜绳调整钢梁方向，使钢梁转回到预定的安装位置，并将钢梁搁置钢牛腿上，而后对钢梁与钢柱进行连接。考虑到测量精度、加工精度及吊装时钢梁的挠曲变形可能导致梁柱间螺栓连接孔位的误差而致高强螺栓无法全部穿过，施工时梁柱采用全焊接连接。
3.1.3 型钢的连接
钢柱和钢梁型钢板材设计采用Q345B，腹板连接采用10.9级摩擦型高强螺栓，翼缘板为坡口熔透焊接连接。为满足摩擦型高强螺栓的施工要求，增加了安装耳板，先用连接耳板进行连接，待准确定位后再进行高强摩擦螺栓安装的初拧和终拧工序，高强度螺栓严格按顺序施拧，由螺栓群的中央向外拧紧。翼缘板为坡口熔透焊接连接，设计焊缝等级为二级，100%进行超声波探伤检测，确保焊缝质量。安装过程中，始终采用全站仪坐标法进行定位及校正，保证安装和连接效果。钢梁对接焊缝采用底部垫衬板，单面焊接成型。焊接变形控制是现场焊接工作的重点，本工程通过在焊接部位增加连接板约束，采取对称施焊，翼缘板焊接采用半自动CO2气体保护焊等一系列措施，使焊缝变形得到了较好的控制。
3.2 转换层钢筋的施工技术
型钢组合结构中的钢筋施工是难点，难在钢筋与型钢在节点处的排布。为此，在技术准备阶段，由项目技术负责人牵头，对型钢梁柱节点逐一进行施工设计，以“翼缘板不开孔，腹板<20%”为原则，尽量减少开孔对腹板造成的破坏，并协调土建与钢结构单位，所有穿筋孔均在工厂内预制及补强。对转换梁密集钢筋的绑扎，理清安装顺序，通过技术准备阶段的图纸深化设计，绑扎工艺过程的统筹改进，节点钢筋的精心施工，取得了较好的效果。
梁钢筋原位绑扎。钢筋绑扎前的支撑架应严格按施工方案搭设，对支撑的步距、扣件数量、扭矩全数进行检查，并重点复核顶部小横杆的标高，以保证梁顶标高到位（图3）。穿筋的顺序遵循“先主梁后次梁，先主筋后箍筋、主筋先下部后上部，先内后外、先直径大的后直径小”原则，整体工艺流程如下：焊接定位钢筋→焊接锚固钢板→连接安装梁底主筋→连接安装梁面主筋→绑扎内箍筋→连接安装内箍筋外的纵向钢筋→安装绑扎梁腰筋→外箍筋绑扎。
图3 框支梁钢筋绑扎架
按03G101的KZL的构造要求，框支梁的面筋在节点处应弯锚入柱并超过梁底1倍Lae，即梁支座面筋弯锚段长度为：梁高+1216mm（主筋为三级32），为此，柱混凝土施工时应根据各柱上部梁高的情况确定浇筑高度。
3.3 大体积混泥土的施工技术
转换层梁板混凝土强度等级C50，梁高为1.8～2.6m，梁宽0.8～2.2m，板厚有150mm、250mm，一次混凝土浇筑方量3000m3，属大体积混凝土。对于大体积混凝土构件，混凝土浇筑及硬化过程中由水化热产生的构件内外温差引起的贯穿性裂缝成为影响混凝土质量的重要因素。对混凝土拌制控制、浇筑方法和温度的监测和控制成为大体积混凝土施工的重点。
3.3.1 材料遴选，优化混凝土配合比
水泥的水化热在很大的程度上取决于水泥的矿物组成及颗粒的细度，通过对比试验，采用52.5级强度的水泥，罐装水泥存放一周以上，既保证水泥的安定性同时降低搅拌时的温度。粗骨料选用10～30mm碎石，针片状颗粒不大于总量的1.5%，含泥量小于1%。细骨料采用砂细度模数在2.6的中砂，含泥量小于2％。施工前，通过对粗骨料覆盖、冲水降温，使混凝土拌制温度降低，从而降低入模温度。
与实验检验室沟通采用三掺技术，即减水剂、粉煤灰、矿渣粉，减少单方水泥用量，降低水灰比，延长混凝土凝结时间，减少干缩，防止斜面出现冷缝，提高混凝土的早期抗拉强度，增强混凝土抵抗温度裂缝的能力。对不同强度等级配合比设计下达指标，转换层控制值：强度等级C50，混凝土厚度2～3m，绝热温升值45℃，混凝土初凝时间为3.5～4h。见表1。
表1 C50泵送混凝土配合比
3.3.2 混凝土拌制及浇筑控制
施工前对混凝土的配合比及拌制具体要求、施工方案向拌制班组人员进行交底。拌制时，派专人监督骨料的浇水降温落实情况。混凝土浇筑过程中，安排管理人员对混凝土坍落度进行测量，对混凝土进行测温。
混凝土浇筑过程中，施工段内混凝土的布料采取单向斜面分层，自然流淌，薄层灌注，连续浇筑到顶的方法。分层厚度为500mm，自然流淌坡度控制在1：6，分层浇筑有利于混凝土早期水化热的扩散。浇筑路线沿Z字路线前进，混凝土浇筑须满足整体连续性的要求，初凝时间按3.5h控制，前层混凝土初凝前，将后层混凝土浇筑完毕，依此程序循环进行浇灌，直至混凝土浇筑完成。
3.3.3 混凝土的养护
为使水化热引起的混凝土内外温差控制在25℃以内，确保转换层梁、板混凝土有一个合适的硬化条件和足够的湿度，以防止混凝土早期失水产生干缩性裂缝。现场采取对混凝土表面进行塑料薄膜、土工布交替覆盖，并采取蓄水保湿相结合的方法进行养护。
转换层板面，随混凝土的浇筑顺序，在每一段混凝土浇筑完表面收光后，及时铺上塑料薄膜作为密封层（薄膜相接大于300mm），防止混凝土热量流失，使表面处于湿润，后铺上土工布。沿框支梁部位再覆盖一层塑料薄膜及一层土工布。混凝土保温养护期不少于14d。为防止气温骤变影响，根据测温报告数据，在混凝土升温后早期降温过程中，加强浇水养护，从而控制混凝土内外温差小于25℃。本工程根据有关工程经验加之理论计算，采取相应的养护措施，如2.0m×2.2m大梁梁侧采用土工布直接钉在侧模表面，并浇水养护，其他梁均直接浇水养护，以不少于2h向板底、梁两侧浇水养护一次，并对转换板下部的脚手架四周用密目式安全网封闭以减弱空气对流，减少底模和侧模的热量损失。
混凝土初凝后即开始测温，72h前每4h测一次，加密频率2h一次，72h后每6h测一次，7d后，每8h测一次，直至温度变化稳定，绘制表格记录测试数据，及时分析测试数据。温差异常时控制措施及时调整覆盖层厚度。若温差超过25°C时，用碘钨灯照射混凝土表面，以增加混凝土表面温度，降低混凝土内外温差。从现场施工的效果来看，混凝土观感良好，未出现温度裂缝。事实说明施工现场对转换层大体积混凝土拌制控制、浇筑方法和温度的监测和控制所采取的一系列措施是行之有效的。
4 结语
综上所述，在高层建筑型钢混凝土转换层施工中，要结合工程的实际情况，合理设计施工方案，做好各个施工工序的质量控制及管理工作，从而确保建筑工程的施工质量。本工程采用上述施工技术进行型钢混凝土转换层施工，取得了良好的成效，对类似工程施工具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]周华山.浅析高层建筑结构转换层施工技术[J].建材与装饰.2015（46）
[2]尚斌.高层建筑中钢筋混凝土梁式转换层施工技术的有效运用[J].建材与装饰.2016（25）
论文作者:魏伟
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第33期
论文发表时间:2017/1/10
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