设置后浇带的空中转换层施工工法

'设置后浇带状况下超高层建筑大跨度高空连体施工工法1．前言现代建筑功能要求愈来愈多，高层和超高层建筑立面造型更显得丰富多彩、争奇斗艳。为了满足现代建筑功能及建筑风格的需要，建筑外型设计突破了传统风格变得愈来愈新颖，很多建筑利用空洞效果，实现环境通透和视觉变化，以立面的明暗和空间的虚实，突出建筑物的风韵雄姿。大跨度建筑空洞在半空中通过钢筋混凝土大型转换梁板结构实现高位转换将空洞上部建筑连成整体；结构设计时考虑到空洞两侧塔楼刚度大，为避免空洞处转换梁板混凝土成型后因收缩应力过大产生裂缝，一般在连体结构中部设后浇带；后浇带砼浇筑并达到设计强度前后，空洞上部结构仍在继续施工，因此该空中连体转换结构在施工过程中的内力状态不断发生变化：还有跨度大、高度高、施工荷载大、施工难度及危险性高等施工特点，施工前如不做好充分技术准备将会直接影响施工工期和安全。我们针对该工艺组织攻关，在深圳红树西岸工程1-3#楼施工中应用收到了良好的经济效益和社会效益，深圳红树西岸工程新技术应用经国家建设部专家组评审达到国内领先水平，该施工技术也得到了专家组的肯定，由此总结施工经验，编制了企业工法。2．工法特点2.1本设置后浇带的空中转换层施工方法，充分利用房屋结构自身承载能力，节约了地基基础加固或楼层回顶加固费用的投入。2.2上部连体转换结构后浇带补浇并达到设计强度前，设计、制作的钢桁架平台可承受自重及上部结构继续施工的荷载，保证上部结构顺利施工不影响工期。2.3通过钢桁架平台支模改变了传统的落地式高支模，避免了钢管脚手架的大量投入，减轻了劳动强度，而且占用场地小，便于立体交叉作业。2.4钢桁架平台受力均匀，传力明确、工艺简单、安全可靠，钢桁架平台的型钢，回收利用率高，经济合理。3．适用范围14 适用于一般工业与民用建筑工程中净空高度大于30m、跨度不大于30m、中部设置后浇带的高空连体结构转换层结构施工。4．工艺原理本工法设计荷载传递原理：施工荷载传递给钢桁架平台，再由钢桁架平台传递给两侧钢托梁，由钢托梁传递给两侧竖向结构，最终由竖向结构传递给地基。工法充分利用了原有竖向结构承载条件，在两侧竖向结构中安装托梁，空中转换层的转换梁板下，焊接钢桁架工字型钢梁，形成安全、可靠的模板支撑工作平台。在平台上支设转换梁板模板，施工空中转换层的钢筋混凝土结构。然后再化整为零、空中解体，拆除全部钢桁架，再利用操作脚手架施工空中转换层的外装饰工程，验收合格后拆除操作脚手架。上弦梁平面参考布置见图1，下弦系杆平面参考布置见图2，支撑立面参考图见图3，主次梁铰接大样参考见图4。14 14 5．施工工艺流程及操作要点5.1、工艺流程：转换梁位置定位→竖向结构混凝土浇至托梁下500mm处→下开洞钢桁架下满堂搭设操作脚手架→竖向结构中托梁安装→桁架主梁安装→桁架次梁安装→桁架验收→转换梁底模支立→转换梁钢筋绑扎及梁中水电预埋→钢筋及预埋预留验收→支转换梁侧模及转换层板模板→绑扎板筋及板中水电预埋→上部结构插筋→钢筋验收→浇筑转换层梁板混凝土→养护→拆除转换层楼板模、转换梁侧模→上部结构钢筋混凝土施工→后浇带达设计技术要求时施工后浇带→后浇带混凝土强度达设计要求时拆除钢桁架→拆除转换梁底模。5.1.1钢桁架的设计流程：施工荷载计算→钢桁架选型→钢桁架进行内力、变形验算→优化设计→编制专项施工方案→组织专家论证→完善专项施工方案5.1.2钢桁架的制作流程：材料采购→材料进场抽样检验→下料加工→拼装焊接→焊缝检测→检查验收→出厂、运输5.1.3钢桁架的安装流程：下一层竖向结构定位→钢桁架吊装前外观检查→吊托梁并校正焊接→磨擦面处理→吊桁架部件→拼装、校正、高强螺栓紧固→桁架两端与托梁焊接→吊装次梁、校正、高强螺栓紧固、焊接→补焊→焊缝检查、检测→防雷接地→整体检查验收5.1.4排架和钢桁架的拆除流程：14 转换层后浇带混凝土强度达到设计要求→钢桁架逐榀次梁拆除→拆次梁底模→钢桁架主梁逐榀拆除→拆主梁底模。5.2、操作要点：5.2.1组织专家组对钢桁架的设计、空中转换层专项施工方案进行论证，并按照专家组的论证意见，对钢桁架的设计和设置后浇带的空中转换层专项施工方案优化完善。5.2.2钢桁架的节点连接可选用焊接、高强螺栓连接或栓、焊混合连接。焊工应按规定经过专业培训并考试取得合格证，方可上岗进行操作。5.2.3对接接头、Ｔ型接头、十字接头和要求全熔透的角部焊接，应在焊缝两端配备引弧和引出板，引弧应在引弧板上进行，严禁在焊缝区外的母材上打火引弧，焊接完毕后应采用气割切除引弧和引出板，并修磨平整，不得用锤击落。5.2.4要求全熔的两面焊焊缝，正面焊完后在背面焊接之前，应认真清除焊缝根部的熔渣、焊瘤及未焊透部分，直至露出正面焊缝金属时方可进行背面焊接。5.2.5钢板原材制作成钢梁，焊缝要求多为Ⅰ级焊缝，考虑到工地吊装多靠现场塔吊，钢梁制作段长应首先考虑塔吊吊重限制，还需综合考虑现场搭设的操作排架的承压能力及现场条件限制。5.2.6由于结构承载主要靠钢桁架，排架支撑主要考虑安装、拆除桁架钢构件用，采用1×1m单立杆搭到距钢桁架下口一根立杆高度内，为防止排架支撑受荷后扣件滑移，该高度内可改为500×500㎜立杆，并加双扣件设防，剪刀撑及水平拉杆由整体稳定性要求设置，最顶层3m高位置满跨设置剪刀撑。5.2.7钢桁架制作（1）放样和号料时应根据施工详图放出足尺节点大样,并预留出收缩量、切割加工的余量。切割采用专用机械切割机进行，切割时零件之间留切口2㎜，钢料毛边不应在号料范围内，尽可能采用套料法号料，以提高钢材利用率。凡对称零件一律对称号料，号料尺寸允许偏差±1㎜。宽翼缘型钢的下料，应采用锯切，防止变形。（2）所有重要切割均采用半自动切割，切割后缝隙熔渣、氧化皮清除干净，并保证工件尺寸偏差、坡口角度、割缝光洁度等满足技术要求。（3）钢板应在切割后采用热矫矫正，矫正前切割的挂渣要铲除。热矫加工根据工件厚度和成型要求选择合理的加热规范，并在工件上划出加热线的位置、长度，以便掌握加热位置和加热面积，热矫温度不得超过900℃，在同一部位重复加热次数不宜太多，矫正后无明显的凹痕及其它损伤。14 （4）边缘加工后，必须将边缘刺屑清除干净，割去飞刺、挂渣及波纹，还应将崩坑等缺陷部位割修匀顺，焊接坡口的加工偏差应符合相关技术要求。（5）工字钢梁上钻孔采用摇臂钻床及磁吸电钻加工，M16螺栓开孔直径＝螺栓直径＋1.5㎜，大于M18螺栓直径＝螺栓直径＋2.0㎜。（6）部件组装前，将连接接触面和沿焊缝边缘每边30～50㎜范围内的铁锈、毛刺、污物等清理干净。焊接工字型钢之翼缘板和腹板的切割，当切割边缘有超标缺陷时应用手工焊进行切割并打磨好。（7）钢构件外形尺寸允许偏差：一节钢柱高度允许偏差±3.0㎜；两端最外侧安装孔距允许偏差±2.0㎜；柱身弯曲矢高偏差H/1500且小于5.0㎜；一节柱的扭曲偏差H/250且小于5.0㎜。5.2.8钢桁架制作后，应在显著部位按施工图要求标注上构件编号、标明构件重量和吊点的位置，在运输时应采取措施防止钢桁架变形。5.2.9安装工艺流程磨擦面处理吊托梁并校正焊接吊装前准备及外观检查吊桁架部件、校正固定高强螺栓紧固桁架两端与托梁焊接最终补焊整体验收吊装次梁、校正固定高强螺栓紧固5.2.10钢托梁安装钢托梁在设置后浇带的高空大跨度转换层支撑施工中是最重要的构件，其重量一般都超过了塔吊的起吊能力，所以钢托梁多采用散装的方法：①下层楼面到下翼缘板安装高度内搭设双排支承脚手架。②在劲性柱上画好下翼缘板位置吊下好的料到支承脚手架上，然后找正并与劲性柱焊接。③以焊好的下翼缘板为支承，在上面组对中幅板并点焊固定。④画好上翼缘板的安装线，并焊好上翼缘托板。⑤以上翼缘托板为支承，安装上翼缘板并与中幅板点焊。⑥对组对完的托梁进行焊接、打磨。14 5.2.11钢桁架安装钢桁架重量超过了塔吊的起吊能力时,采用散装形式进行安装，所有桁架上弦梁起拱高度为跨度的1.5‰，次梁采用塔吊配合吊装就位后穿螺栓安装,安装高强螺栓时，螺栓应自由穿入孔内，发现错孔时，允许用铰刀扩孔，不得强行敲打，禁止气割扩孔，安装时采取由螺栓群中央向外顺序拧紧（拧紧在当天完成），分初拧和终拧（初拧为终拧的50%），高强度螺栓终拧完成后，用“小锤敲击法”逐个检查。梁接头焊接待框架调正定好位后，在上、下翼板下部装上焊缝托板，该托板的长度应比翼缘的宽度要宽，两边超出部分作为引弧和收弧。5.2.12要求全熔的两面焊焊缝，正面焊完后在焊背面之前，应认真清除焊缝根部的熔渣、焊瘤及未焊透部分，直至露出正面焊缝金属时方可进行背面的焊接。5.2.13转换梁模板转换梁模板的计算为梁侧模及梁底模，钢桁架上檩条的间距即梁底模的支座跨度，采用50×100㎜木枋立放满铺，其上铺18㎜胶合板，梁侧模采用18㎜胶合板2φ48钢管围檩，螺杆采用φ12圆钢与梁内构造拉筋拉结，其规格间距由计算确定。5.2.14后浇带模板在钢筋绑扎时梁箍筋及拉钩暂不绑扎，梁侧模采用快易收口网，网侧采用φ25钢筋＠400双向与梁筋焊实，双片φ25钢筋网片的节点处用木枋相互顶死，混凝土浇筑采取对称同时进行。5.2.15转换层钢筋绑扎与普通转换层相同，按主梁→次梁→板筋的顺序进行，钢筋在后浇带处拉通，梁筋接长采用冷挤压或直螺纹接头。5.2.16转换层混凝土宜为泵送高流动性混凝土，混凝土浇筑过程中采用由跨中分层（500㎜）向两端同时进行，以使钢桁架对称受力，防止受力不均向一侧失稳，同时派专人观测钢桁架变形情况。5.2.17模板支撑系统拆除须待后浇带混凝土补浇完成并达设计强度后进行，其拆除步骤是先拆钢桁架，再拆梁底模，每拆除一榀桁架就拆除一处底模。桁架拆除顺序：先拆除次梁，然后拆钢桁架。桁架拆除时，由外向内逐榀拆除。具体步骤：从桁架一端开始，用气割每1m分成一段（以保证每段重量不大于800kg），然后以未拆除的桁架作为支点挂5吨葫芦，最后一排桁架以预埋的钢吊钩作为支点，将拆除的该榀桁架吊放在排架平台上，再用2台3T手推叉车将已割下的料段运至下开洞外挑的平台上用塔吊吊走。5.3操作注意事项14 5.3.1钢桁架操作脚手架平台上，应设置密目安全网和钢笆片的双重安全防护，并应有专人负责及时清除平台上的杂物，以防止高空坠物伤人及电焊火渣起火。5.3.2钢桁架周边的临空面，应设置安全防护栏杆，及时用安全网进行封闭围护。5.3.3设置后浇带的空中转换层钢桁架操作钢管脚手架与周边结构相邻处，应每步每架设置刚性连墙杆，尽可能与内排架联结成整体，以提高排架支撑系统的整体稳定性。5.3.4钢桁架拆除时大量采用氧气烧割，钢桁架平台上有大量木枋及夹板等模板材料，一边拆除一边冲水，防止起火。同时作业层应配备足够灭火器材，钢桁架比较重，拆除时除了注意工人自身安全外，尚须考虑排架的承载能力，安全员应全程跟踪。5.3.5在后浇带未完成的情况下，转换层上部结构的荷载考虑结构自身钢筋混凝土结构形成的巨型框架作用，需能承受自重，传至钢桁架上的荷载愈少愈好。钢桁架施工过程中每榀钢桁架在上弦的两端及中间各设5个挠度观测点，观察桁架变形情况，梁混凝土浇完达设计要求后（设计无要求时，60天后）开始补浇后浇带，此前先清理完后浇带内松动混凝土及快易收口网，待后浇带混凝土达设计强度100%后方可拆除模板支撑系统。5.4、劳动组织设置后浇带的空中转换层以钢桁架作支撑施工以500m2为例：5.4.1施工时组织专项施工混合班，由班长统一协调指挥施工。5.4.2主要工种及人数见表1。主要工种及人数表表1序号工种人数序号工种人数1施工员12质检员13安全员14焊工105吊装工66架子工107钢筋工458木工309瓦工36105.4.3工作岗位及职责施工员：对班组进行技术交底，制定施工方案，解决技术问题；质检员：对班组进行质量及成品保护要求教育，配合班组进行施工期间检查验收，组织专职检验收；安全员：施工前分析安全隐患，对班组进行安全教育，施工期间跟踪监督现场安全；14 焊工：钢桁架制作、安装；吊装工：配合钢桁架进场吊运拼装；架子工：搭设钢桁架操作钢管平台；钢筋工：绑扎高空大跨度转换层钢筋；木工：测量放线、支立高空大跨度转换层模板瓦工：浇筑高空大跨度转换层混凝土、养护；6．材料与设备6.1、材料6.1.1型钢:钢桁架工字钢梁的钢材,宜采用Ｑ235等级B、C、D的碳素结构钢。6.1.2螺栓：直径小于16㎜的为普通螺栓，直径大于16㎜的为高强螺栓。高强螺栓采用扭剪型10.9级，连接时接触面采用喷砂处理，摩擦面的抗滑移系数≥0.45。6.1.3焊条：宜采用E43型焊条。6.1.2钢管:脚手排架应采用φ48×3.5的钢管，不得使用打孔、锈蚀、变形的钢管。6.1.3扣件:应采用锻铸铁制作的扣件，扣件的螺栓拧紧扭矩达65N.m时应完好无损.6.2、机具设备主要施工机械：电焊机4台、氧焊设备1套、钢管切割机2台、木工机械2套、混凝土输送泵2台、混凝土振捣泵10套。塔吊回转半径要求能够覆盖空中转换层的工作面。7．质量控制7.1本工法应执行的规范7.1.1钢桁架工字钢梁的钢材，其质量标准应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）的规定；脚手架采用的φ48×3.5钢管，其质量标准应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）中Ｑ235－A级钢的规定；脚手架采用的扣件，其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）的规定。7.1.2本工法必须执行《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001、J84－2001）。7.1.3施工和验收应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205－2001）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204－2002）。7.2质量要求14 7.2.1主控项目（1）现场所用原材料的品种、规格、性能应符合现行国家标准和设计要求，并应按规定进行抽样检查试验。检查数量：所有品种，全数检查。检验方法：检查产品质量合格证明文件及检验报告等。（2）焊工必须经考试并取得合格证书，持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。检查数量：全数检查。检验方法：检查焊工合格证及其认可范围、有效期。（3）钢桁架钢梁及其受压杆件的垂直度和侧向弯曲矢高的允许偏差应符合设计及规范规定。检查数量：按同类构件抽查10%，且不少于3个。检验方法：用吊线、拉线、经纬仪和钢尺现场实测。7.2.2一般项目（1）钢桁架钢梁的轴线允许偏差不得大于3.0mm、钢桁架结构杆件交点错位的允许偏差不得大于4.0mm。检查数量：按构件数抽查10%，且不应少于3个，每个构件按节点数抽查10%，且不应少于3个节点。检验方法：尺量检查。（2）排架支撑系统上安装后的扣件螺栓拧紧力矩应不少于65N.m。检查数量：按立杆、纵横向水平杆、剪切撑、边墙杆，各类杆件各抽查10%，且不应少于5个节点。检验方法：采用扭力扳手，按随机分布原则进行，不合格的必须重新拧紧，直至合格为止。（3）对于跨度大于4m的梁板，其模板应按设计要求起拱，当设计院无要求时，起拱高度宜为跨度的1/1000～3/1000。检查数量：在同一检验批内抽查构件数量的10%，且不应少于3件。检验方法：用水平仪或拉线，钢尺检查。7.3钢桁架验收14 钢桁架验收主要方法是探伤检查和外观检查，外观检查为所有焊缝，端部埋入混凝土内的钢托梁应做隐蔽验收，固定钢桁架的排架立杆在钢桁架验收前必须与桁架完全分离，以保证钢桁架能按设计要求进入工作状态。7.4成品保护7.4.1预埋铁件的外平面应比结构外表面凹进5～10mm，以便装饰时加以隐蔽。7.4.2在吊装和拆除钢桁架工字钢梁和脚手钢管时，应加强安全防护和安全监护，不得碰撞和损坏两侧的结构和装饰。8．安全措施8.1施工操作应遵循《建筑安装工人安全技术操作规程》、《建筑机械使用安全技术规程》及国家、地方规定现行的其它相关安全操作规定。8.2建立健全项目经理等各级人员的安全生产责任制，责任明确并落实到人。项目经理部建立定期安全检查制度，配备一名专职安全员，负责施工现场的日常安全管理工作和巡回监督检查工作，负责提出安全预防措施强化安全生产管理，加强安全生产意识教育，切实落实安全技术措施。8.3贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针。所有进场人员，必须先进行安全知识普及教育，贯彻有关安全生产文件精神，遵循安全的规章制度。特殊工种应进行专业培训，考试合格后发给操作证，并坚持职工上岗前，更换工种前，进行专业安全知识培训，合格后方可上岗。8.4加强机械设备安全管理，防止机械带病运转。垂直运输机械使用中要严格遵守有关安全操作规程，操作人员应持证上岗，明确职责，统一指挥，密切配合，服从调度。8.5各种电动工具要定期检查、维修，防止漏电事故。施工现场的施工用电，应按施工用电方案进行统一布置，消除乱拖乱拉现象。现场供电采用“三相五线制”，并装好触电保安器，用电设备应按有关规定实行一机一闸一漏电保护，并有安全可靠的接地。9．环保措施9.1控制和消除噪声。加强机器设备的保养，消除机器摩擦、碰撞引起的噪音；拆除脚手架时，钢管和扣件集中吊运，严禁将钢管从高空抛下，减少钢管扣件与地面碰撞而产生的声音。9.2物品吊运时注意轻放，不得乱扔、乱抛而产生巨大响声；混凝土浇捣时严禁振动钢筋，防止产生噪音。14 10．效益分析10.1工期有保障：钢桁架可自由选择场外加工预制及现场加工方式，不占用主导工期、可提供立体交叉作业的条件。钢桁架传递上部结构施工荷载，上部结构施工不受后浇带设置的影响，施工工期可得到有效保障。10.2周转材料省：利用钢桁架平台，将高空高支模转换成普通模板支撑系统，大量节省了钢管脚手架材料的投入，其中型钢可以回收再利用。10.3安全可靠：钢桁架平台受力明确、性能可靠，而钢管脚手架很难一次搭设到30m以上，且搭设太高存在安全隐患，钢桁架平台将高空作业的高支模，转换成了具有安全可靠的作业条件。10.4便于质量控制：在钢平台上施工高空大跨度结构，操作条件安全方便，便于检查、验收，有利于提高施工质量。11．应用实例深圳红树西岸工程位于深圳红树林，地下2层，地上由3幢近180m长折线形31层高层住宅楼组成，总建筑面积m2（其中的下室建筑面积83000m2），建筑高度105.7m，该工程为现浇钢筋混凝土核心筒、剪力墙、柱—宽扁梁、板结构体系，建筑立面高低错落，每幢塔楼下部开洞、上部联体。工程于2003年10月20日开工，2006年3月28日竣工。工程1#～3#楼分别在17层（高52.9m）和11层（高33.99m）处，设最大跨度为18.2m的高空梁式转换层，转换梁最大截面3500×3240mm，梁式转换层上部还有14～20层的主体结构要同步连续施工，而且在转换层的1/3跨处设置800mm的后浇带，空中转换层高度高、跨度大、施工荷载大是普通模板支撑系统难以承受的，转换梁特征见表2、3#楼结构平面布置见图5。表2栋号转换层开洞下部楼层、标高、板厚转换层底板楼层标高、板厚转换层高度（m）跨度×宽度（m）转换梁截面（宽×高）㎜备注14 1#2#楼1层-0.05m200㎜17层＋52.52m500㎜52.5913.60×16.802500×28003000×28003500×28001200×2800800㎜宽后浇带3#楼1层-0.05m200㎜11层＋33.94m500㎜33.9918.20×16.803500×32403500×32401500×3240本工程采用了在两个塔楼之间架设桁架平台施工方法施工，桁架纵向两侧采用H1500钢托梁横跨于劲性墙内钢柱之上，横向采用10榀主桁架均跨于两侧钢托梁之间，在这10榀主桁架之间均布若干列次梁相连接成整体结构，直接在钢桁架平台上铺梁底模板、立钢管排架铺板底模板，待主体结构封顶、后浇带混凝土施工完毕后，再拆除梁板底模板。钢桁架由约325T钢板制作成H型钢拼装焊接而成。，钢桁架平台实景见图6，1#楼空中转换层外景见图7。14 图6钢桁架平台图71#楼空中转换层外景14'