浅谈大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术

方 华 刘慧涛

（成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610021）

一、选题背景和意义

为了满足上下楼层的不同结构功能，需要在楼层设计转换层，尤其在结构的布置差异比较大的情况下。转换层用于传递上方结构荷载，稳定建筑结构，在整个建筑工程中起着非常重要的作用。就目前而言，高层建筑结构多采用低层商用，高层住宿的方式，在低层商用与上部住宿之间，呈现大空间与多墙多柱的小空间的转换，通常就需采用特定的结构形式进行处理，即增加转换层。

传统的大跨度钢筋混凝土梁的配筋相对较多，给施工造成非常不便，并很容易使得在支座部分和跨中产生裂缝。而预应力混凝土梁则改善了此类梁的特性，不管是从受力性能上，还是抗裂性能上都有了很大提高，并且直接可减小转换梁的截面大小、减轻临时支撑结构的负担、节约钢材及混凝土。

因其结构跨度和承受荷载较大，使得转换层构件的尺寸高大。一般来说，应用较为广泛的截面高度是跨度的1/4~1/6，工程实践中常用高度是1.6m~4m。考虑到跨度和承托层数情况，较小的截面高度可以为0.9m~1.4m，而大者可达4.0m~8.2m。由于其体积庞大，导致施工过程中连续作业强度大、难度大。对于大跨度混凝土转换梁的施工，关键点还是在设置临时的支撑系统、混凝土的施工方案及预应力工程。

从现有的一些实践经验来看，对转换梁的支撑架没有进行精确的设计验算，仅凭经验搭设最终导致支撑架坍塌的事故发生较多，此外，如没有控制高强度混凝土的组成成分和配合比，或者没有有效的组织设计方案，最终导致裂缝出现，如在预应力工程时候程序不合理使梁体变形过大，构件中出现很大次应力进而影响本身和整体的受力性能等等。该类问题反映出大跨度预应力混凝土转换梁的施工是相当复杂的一项系统工程，涉及诸多学科领域如工程力学、工程管理及材料学等，需要考虑到多方面的因素包括环境、设计、人工、材料等对施工过程的影响。所以，对该结构的施工技术进行研究有着良好的社会经济效益。

二、预应力混凝土转换梁的施工技术

（一）大跨度预应力混凝土转换梁结构的施工力学问题

由于该结构形式存在跨度大、截面尺寸大、承受载荷大等特点，给施工增加了较大难度，为了保证转换层结构的施工质量安全，有必要对其受力特点进行具体分析。

1 模板支撑系统受力情况

为了保证混凝土转换梁的变形不超过允许范围，在实际工程状况中，要根据不同的情况和特点，以确定出模板支撑系统里面的荷载传递路径，并且充分考虑其影响，以便选取合理的模板支撑方式和布置。

因转换层底模存在较大施工荷载，其支撑一般需从梁底撑到下部几层的楼面或者底层的地面，这时在对支撑系统进行承载力验算的同时，还需对相应的楼板承载力和支撑楼板数量进行必要的计算，特殊情况下课对设计进行修改，如可以通过增加楼板的厚度来提高它的承载力。

2 混凝土的温度和收缩应力情况

混凝土转换梁的尺寸相对较大，属大体积混凝土构件。由于大体积的混凝土构件普遍存在浇筑后的水化热产生的温度变化和收缩的共同作用，其产生温度应力和收缩应力继而导致梁构件出现裂缝。因此在施工过程当中，要想方设法的降低混凝土内的最大温升值，减少其温度的变化率和内外的温度差，以保证温度应力在抗拉强度的范围之内。同时还需要采取混凝土的性能改善方案，比如浇筑的方式和养护的手段及构造举措来控制构件的收缩变形，减少应力影响，降低产生裂缝的可能性。

3 预应力对转换梁结构的受力影响情况

预应力工程会产生次应力，转换梁及其上部构造会因此产生一定量的变形。对转换梁结构施以一定预应力，其主要的目的是为了使预应力筋和转换梁本身同时与上部荷载平衡。若上部的结构存在较大的荷载，又没有及时的对转换梁施以预应力或程度不大，则结构会出现较大变形，反之，也会在施工期间和使用阶段对结构的安全性能产生不良的影响。所以，在预应力工程的施工过程当中，要结合转换梁构件的整体结构特点和受力情况，采取科学的施工程序，合理的按照步骤施工，用以分阶段与转换梁的上部荷载平衡，保证结构构件安全性。

（二）大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术控制要点

根据以上的一些特点分析，在确定施工方案之前应重点考虑以下的一些问题：

1 转换梁的自身重量、施工荷载及上部荷载往往较大，在还没有张拉预应力的时候，转换梁的下方的支撑模板独自支撑起转换梁的很大部分自身重量、部分的上部荷载以及施工的荷载，所以需采取合理可行的方案来进行模板支撑，并在整体的设计过程中结合构造特点。

2 设计完支撑系统，转换梁的施工期间和使用期间的受力状态不同，因此，在施工阶段，应该对验算该构造及其下部的楼板楼层的承载力。转换梁因受到下部模板支撑体系的影响或者混凝土加工方法的作用，会在梁中产生附加的内力，在设计的时候并没有考虑到该内力，需要对施工阶段的转换梁的受力状况进行具体分析计算，如果有必要，可以采用一些构造手段来抵抗这些附加内力，如增配受力筋。

3 针对于大体积混凝土转换梁而言，施工阶段应该采取相应的措施手段来降低温差值、减少温度变化率及防止收缩变形，继而产生收缩裂缝和温度裂缝。

4 转换梁的配筋比率较多，跨度大，承载大，且钢筋的骨架比较的高，因此在施工期间应采取相关措施来稳定钢筋骨架以及为普通钢筋或预应力筋的穿插提供便利。

5 因预应力混凝土转换梁的预应力筋数量颇多，所以对预应力筋的张拉技术的选择和科学合理的施工程序尤为重要，以此来防止反拱变形过大或者在张拉阶段的预拉区产生裂缝。

6 应该积极的监测转换梁在施工期间的变形、混凝土的温度情况及预应力的施力情况，及时把握各种不利于施工质量的情况，并采用相应的措施来预防和纠正。

三、大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术的发展趋势

目前在建筑行业，高层和超高层的建筑中，转换梁的结构存在一个趋势，其跨度和截面越加变得大型化，这种变化对施工技术的要求也相应的变得越来越严格。所以，施工方案的确定之前，需要综合考虑诸多方面的因素，包括建材和建筑技术的最新成果的应用，社会经济的效益，最新的工艺、方法进行施工来保障建筑工程的质量。总的说来，大跨度预应力混凝土转换梁的施工技术有着以下几个趋势：

1 临时支撑形式比选与综合应用

考虑各种可能和可行的方案，通过对其诸多方面进行综合评估，如可靠度，经济型，施工难度等，在以追求最优消费比的前提下，扩展思路，并可在必要的情况下采取多种形式综合支撑应用，来选取最佳的方案。

2 改善混凝土强度

因大跨度预应力混凝土转换梁需有较大的承受荷载能力，所以需要强度较高的混凝土才能满足要求。这使得施工阶段的水泥水化热较大与温升较高，控制温度应力越来越难，增加了产生裂缝的几率。当前的建筑工程建设中广泛使用的是合成纤维混凝土，具有强度高的特点，很大程度上改善了混凝土的受力性能。因此，可在大跨度预应力混凝土转换梁的施工过程中添加一定的合成纤维，这会有效的增大混凝土的极限拉伸程度和提高其抗拉强度，以此来控制裂缝。

3 监测手段信息化

为了获取转换梁在施工过程和使用期间产生的混凝土温升值和施加的预应力值等相关参数的实时精确数据以及其变化的规律，可采取诸多的信息化手段来进行监测，保证在施工的时候出现问题，可以及时的采取对应的解决措施来纠偏，以达到信息化施工的目的。

4 分析软件的使用

目前，确定建筑工程施工方案的时候，如模板支撑和混凝土工程，可以应用有限元分析软件如ANSYS或SAP等来近似的模拟其受力状况或工况，并通过精确的分析和计算得出整个系统里面由于受到各项荷载而产生的相关变形以及温度应力，且考虑其分布情况，以为确定方案和优化提供一定依据。

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