钢筋混凝土现浇叠合梁施工工艺研究

刘弋博

（北京金隅程远房地产开发有限公司，北京 100096）

0 引言

随着城镇化水平的提高，高层建筑也在迅速向超高层建筑发展[1]。不同功能的高层建筑具有不同的结构形式，这些结构形式由不同的抗侧力单元排列组合而成，具有不同的组成方式，在设计过程中的主要矛盾是结构体系能否有足够的强度来抵抗载荷[2]。

为满足高层建筑低层商用活动的要求，需要建筑有较大的跨度，所以转换梁业应该具有相对大的跨度。转换梁需要承担上部分建筑的载荷，包括框架和剪力墙。当建筑具有很多层数时，载荷较大会导致截面梁的尺寸过大，成为大截面梁。大截面梁在施工中存在混凝土水化热过高的问题，内外温差会导致混凝土开裂，其载荷较大，脚手架的安全性也会下降，会造成坍塌事故。大截面梁由于尺寸较大，制作、运输和安装都不够方便。较大的跨度及较高的叠合梁自重将会引发施工过程中的各种问题，这是施工需要解决的难点。叠合梁的支撑系统要具有足够的强度，并拥有足够的承载能力。

1 现浇钢筋混凝土叠合梁计算分析

叠合梁由于结构的优点较为明显，已经在高层民用建筑中得到了一定的应用，主要表现在其具有较好的受力性能，和全预制装配式结构相比，叠合梁的整体结构和抗震性能较好[3]。混凝土叠合结构的二次受力特点减少了连接结构制作截面的负弯矩和钢筋的用量，降低了刚材的使用量和成本，具有很好的经济效益[4]。但其也有一定的缺点，由于要进行二次浇注，预制浇筑面和现浇筑面能否结合以及预制体和先浇筑体在很多方面的差异也会造成裂缝的出现，其中包括两者强度等级上的差异，这会造成收缩尾差应力的出现，进而导致裂缝出现[5]。

现浇钢筋混凝土叠合梁在第一次浇筑成型的梁凝固硬化后，在其上面进行第二次浇筑。整体截面示意图如图1 所示。

图1 先浇钢筋混凝土叠合梁截面示意图

先浇截面的应力图以叠合截面为界，分为中和轴在上和在下2 种，示意图如图2 所示。当先浇截面的截面高度较小时，应力图如图2（a）、图2（b）所示，先浇截面的受压图形会对叠合截面受拉图形有影响。当先浇截面高度较大时，先浇截面的受压区处于叠合截面的受压区内，先浇截面对中和轴有影响，如图2（c）所示。

根据材料力学可知，梁中钢筋的应力可由公式（1）计算。

式中：σs—钢筋应力（N/m2）；M—截面弯矩（N·m）；As—钢筋配筋面积（m2）；h0—截面有效高度（m）；x—混凝土受压区高度（m）。

由公式（1）可以看出，在受弯矩的情况下，先浇截面的高度如果保持不变，则第一阶段作用载荷的增大将会导致叠合梁纵向受拉钢筋的应力随之增大。由于先浇筑的梁承担了载荷，第二阶段浇筑的梁只需要承受叠合面上产生的压应力，所承受的力将会小于承受全部载荷的整浇梁，所以第二阶段浇筑的混凝土存在应力滞后的现象。

叠合梁和整浇梁一样，都是在纵向受拉钢筋进入屈服阶段后和后浇筑的混凝土达到极限压应变时被压碎而造成破坏[6]。

在图2（a）和图2（b）中，中和轴在叠合面以上，虽然叠加截面的应力图、叠合截面的中和轴位于先浇截面的受压区，但考虑叠合截面破坏仍是上部混凝土受压造成的，下部中和轴对承载力没有影响，因此上部中和轴是计算时考虑的重点，可按图3 来确定中和轴高度。

图2 叠合梁混凝土应变图形

图3 应变图与应力图

当中和轴在叠合面以下且浇筑截面的高度相对较大时，先浇截面部分受压区位于叠合截面受压区内，先浇截面对截面的中和轴存在一定影响。中和轴可按图4确定。将图4（c）中现浇截面应变图形反向绘制出来即如图4（a）所示。

对混凝土的应力则存在2 种情况：1）叠合梁中先浇截面混凝土压应变εc1没有达到抗压强度应变ε0且与后浇截面混凝土压应变εc2之和小于梁叠合后截面混凝土抗压强度应变ε0，即εc1＜ε0且εc1+εc2＜ε0。此时先浇截面受压区混凝土达到的应力为σc，叠合梁截面受压区混凝土为fc，如图4（c）所示。2）叠合梁中先浇截面混凝土压应变εc1达到抗压强度应变ε0且与后浇截面混凝土压应变εc2之和大于梁叠合后截面混凝土抗压强度设计值的应变ε0，即εc1＞ε0且εc1+εc2＞ε0，如图4（c）所示。

图4 先浇截面较高时应变与应力图

2 梁下支撑承载力分析

梁下支撑是必须要做的工作，它保障了叠合梁先浇筑截面施工时的安全，是施工的第一道防线[7]。主要有以下几个方面主要包括如下方面：1）保障施工安全。在梁浇筑过程中，出于混凝土的质量和浇筑过程中产生的振动等原因，梁很容易发生塌落或变形等事故。梁下支撑可以有效保障施工安全，避免梁的塌落和变形。2）保证梁的质量。在梁浇筑过程中，如果没有梁下支撑，混凝土可能会流出梁底部，导致梁底部的混凝土质量下降，进而影响梁的整体质量。梁下支撑可以保证梁底部的混凝土质量和整体质量。3）保证施工进度。如果没有梁下支撑，梁的浇筑时间将延长，施工进度会受到影响。而梁下支撑可以提高施工效率，缩短施工时间，保证施工进度。 碗扣式脚手架是一种常用的建筑脚手架类型，它采用碗扣连接来固定立杆、横杆和斜杆，进而形成一个稳定的支撑结构。目前，我国对碗扣式脚手架的设计计算有以下规定：1）设计标准。脚手架的设计计算必须符合国家现行的相关标准，例如《建筑施工脚手架安全技术规程》等。2）材料规定。脚手架所采用的材料必须符合国家现行的相关标准，例如钢管、钢板等。3）计算方法。脚手架的设计计算必须采用静力学方法进行计算，计算时需要考虑脚手架结构的稳定性和刚度等因素。4）安全要求。脚手架的设计计算必须考虑安全因素，例如采取脚手架的防滑、防坠落等措施。目前我国对碗扣式脚手架的设计计算如公式（2）所示。

式中：γ0——结构重要性系数；N——立杆的轴力设计值（N）；φ——轴心受压构件的稳定系数；λ——长细比，λ=l0/i；A——立杆的毛截面面积（m2）；f——钢材的强度设计值（N/m2）；l0——立杆计算长度（m）；i——截面回转半径（m）。

根据公式（2），立杆的横截面是一个定值，轴力设计值N越大，立杆越容易发生失稳。对轴力设计值的分析可以得知，可通过减少支撑上部的载荷来提高支撑的承载力。梁下支撑轴心受压构件的稳定系数是根据立杆长细比进行取值的，长细比λ越大，稳定系数φ越小，失稳应力越大，越容易失稳。立杆计算长度的大小和支撑的步距有关，可通过减少支撑的步距来提高支撑的整体稳定性。

现有梁截面为500m×1500m，共3 根立杆，采用叠合梁浇筑时，先浇筑1500m 梁高的下部分，等待混凝土100%凝固之后，再进行上部分的浇筑。选择不同梁下支撑跨距分别在不同步距和不同先浇截面高度上进行梁下支撑稳定性计算。叠合梁先浇截面高度选择见表1。

表1 叠合梁现浇截面高度选择

梁下支撑步距、跨距及先浇截面高度选择见表2。

表2 梁下支撑步距、跨距及先浇截面高度选择（m）

计算结果见表3~表6（带有删除线的数据不符合承载力的要求）。钢材的屈服极限为205N/m2。0.9m 跨距下不存在不符合要求的数据，跨距为1.2m 时开始出现承载力超过205N/m2的情况和承载力不足的问题。随着跨距的加大，承载力不足的占比越来越大。

表3 跨距为0.9m 时梁下支撑稳定性计算（单位：N/m2）

表6 跨距为1.8m 时梁下支撑稳定性计算（单位：N/m2）

3 总结

目前，叠合梁施工工艺的研究还在不断发展，实践与理论相互结合与完善使叠合梁的实用性和可操作性都在变得更强，也使叠合梁的施工工艺日趋成熟。装配式建筑的不断发展，使现浇叠合梁具有了更重要的意义。该文对叠合梁进行了理论计算，介绍了梁在受力时会出现应力超前的现象和叠合梁后浇混凝土受压应变滞后的受力特征。还介绍了叠合梁和梁下支撑的设计计算方法，并对中和轴不同位置时相应正截面承载力的计算公式进行了推导。在施工中还可能会遇到其他动力载荷的情况，叠合梁施工的优势能否得到保障还需要进一步研究。

表4 跨距为1.2m 时梁下支撑稳定性计算（单位：N/m2）

表5 跨距为1.5m 时梁下支撑稳定性计算（单位：N/m2）