高层住宅楼转换梁结构支撑体系施工技术

张 琳（山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）

随着现代建筑技术的不断发展，高层建筑已成为城市空间利用的重要形式[1]。在高层建设中，当建筑功能要求下部大空间、上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地时，可以通过水平转换结构与下部竖向构件连接，转换梁即是在建筑结构中承受和传递荷载的重要水平构件，当布置的转换梁支撑上部的结构为剪力墙时，转换梁通常被称为框支梁[2-3]。为了确保建筑整体稳定性和安全性，在转换梁结构施工时，需要采取特别加强的支撑体系，以保证模板的承载能力和稳定性[4]。

本文结合山东省潍坊市某人才安居工程小区高层建筑转换梁支撑体系施工，分析支撑体系的施工工艺，并提出相应的力学验算方法，并基于现场监测技术对转换梁浇筑和养护过程中支撑体系立杆和水平杆的受力情况进行分析。

1 工程概况

山东省潍坊市某人才安居工程由5 栋高层单体建筑组成，建筑总面积约为35000m2，单体建筑编号分别为A栋（32层）、B栋（25层）、C栋（28层）、D栋（32层）和E栋（28层），所有高层建筑均为框架剪力墙结构，楼板厚度为120mm，竖向受力构件的混凝土强度等级为C40，梁体混凝土强度等级为C35，剪力墙结构混凝土强度等级为C35，建筑结构安全等级为二级，首层结构高度为4.5m，首层为转换梁结构，标准层层高为3m，顶层层高为3.2m，设1 层地下室，地下室结构层高为4.4m，建筑基础形式为筏板基础，筏板厚度为0.5m。各楼栋设置了不同尺寸的转换梁，具体参数如表1所示。A栋建筑设置转换梁规格为1 种，为CZL-1，设置在首层结构中；B栋建筑设置转换梁规格为5种，分别为CZL-1、CZL-2、CZL-3、CZL-4、CZL-5；C 栋建筑设置转换梁规格为4种，分别为CZL-1、CZL-2、CZL-6、CZL-7；D栋建筑设置转换梁规格为3种，分别为CZL-1、CZL-2、CZL-4；E 栋建筑设置转换梁规格为3 种，分别为CZL-1、CZL-3、CZL-6。

表1 建筑转换梁设置情况

2 高层建筑转换梁结构支撑体系施工部署

根据建筑施工高度以及材料的可周转程度，分析结构的施工体系要求，转换梁结构的支撑体系材料选择模板厚度为19mm，木枋的尺寸为60mm×120mm，支撑体系钢管直径为48mm，钢管壁厚为3mm，沿转换梁梁体纵向布置，在转换梁梁底横向截面上按900mm+600mm+6×300mm+600mm+900mm 的布置形式进行搭设，转换梁位置处支撑体系的平面图和立面图布置如图1所示。

图1 转换梁结构位置处支撑体系布置/mm

转换梁的支撑体系由立杆、水平横杆和对拉螺杆组成，在施工部署前，需确定地下室顶板的混凝土强度达到设计强度的85%。转换梁支撑体系设置两层支撑，分别为1 层模板支撑体系和2 层模板支撑体系，共同承担转换的施工荷载，随后对各个不同转换梁截面的支撑体系进行荷载变形计算，模板和支撑体系应能承受墙体、柱体、梁体在施工阶段的荷载，且模板和支撑体系的自身强度、变形和稳定性满足《建筑施工模板安全技术规程》中的相关要求[5-6]，最终得到支撑体系各个杆件搭设构造设置值，如表2所示。

表2 转换梁结构支撑体系技术参数设置

在满足表2中施工搭设要求的转换梁结构支撑体系，需要进一步反算转换梁体底部主支撑和立杆的强度，计算时模板面板的自重荷载g1=0.2kN/m2，浇筑混凝土自重荷载g2=22.5kN/m2，梁体内自重荷载g3=1.8kN/m2，施工设备荷载g4=1.5kN/m2，直径为48m、壁厚为3mm的支撑体系钢管基本物理力学参数如表3所示。

表3 支撑体系钢管基本物理力学参数

由此验算得到施工阶段转换梁结构底部主支撑的最大弯曲应力如公式（1）所示，柱支撑抗剪强度如公式（2）所示，立杆的稳定性（临界应力）如公式（3）所示[7]。

由此可知，主支撑的抗弯强度、抗剪强度校核通过，立杆的稳定性也校核通过。为了保证转换梁结构处支撑体系的整体稳定性，在施工时应对支撑体系设置连续结构的剪刀撑，在竖向剪刀撑位置增设扫地杆层，相邻剪刀撑之间的距离一般不超过5m，大于5m 时可以在两者之间增设一个剪刀撑[8]。转换层梁体支承体系施工流程如图2所示。

图2 转换层梁体支撑体系施工流程

3 高层建筑转换梁结构支撑体系受力状态监测

为了保证转换梁结构支撑体系的施工质量，有必要采取振弦式应变计对转换梁支撑体系的受力状态和变形情况进行实时动态监测。监测点布置在水平杆的中间部位（监测点编号为SPD01）和立杆的顶点部位（监测点编号为LGD01），监测时间从梁体浇筑开始，持续监测时间为30d，监测间隔为30min，监测数据采用GPRS 远程传输的方式从支撑体系传输到电脑终端。以转换梁结构CZL-1为例，梁体的浇筑过程为12:43开始浇筑主梁；14:36 浇筑至平次梁梁底；14:39 浇筑西侧次梁，西侧次梁浇筑完成；17:18 浇筑西侧次梁并开始流入主梁内；17:36 第二次浇筑主梁，混凝土从东向西流动；17:56 主梁浇筑至板底下300mm；转浇筑跨中次梁；19:30主梁浇筑完成，此后为梁体的养护时间。

图3为立杆支撑的轴应力随时间变化的监测结果，图中的负值表示杆件受压。从图3中可以看出，从转换梁开始浇筑，支撑体系立杆的轴应力呈现不同程度的波动，但大致可以分为两个阶段，即在15d 内支撑体系立杆的轴应力相对较大，平均值为15.33MPa，最大值为18.55MPa，而在15d之后，由于转换梁结构的养护硬化，传递给立杆的上部荷载有所减小，支撑体系立杆的轴应力所有降低，平均值为7.86MPa，最大值为9.7MPa。立杆轴应力最大值小于[f]=205MPa，在施工过程中满足受力要求。

图3 立杆轴应力变化曲线

图4 为水平杆支撑的轴应力随时间变化的监测结果，图中的负值表示杆件受压。从图4 中可以看出，从转换梁开始浇筑，支撑体系水平杆的轴应力呈现不同程度的波动，但大致可以分为两个阶段，即在15d 内支撑体系水平杆的轴应力相对较大，平均值为7.82MPa，最大值为9.76MPa，而在15d 之后，由于转换梁结构的养护硬化，传递给水平杆的荷载有所减小，支撑体系水平杆的轴应力所有降低，平均值为3.80MPa，最大值为4.6MPa。水平杆轴应力最大值小于[f]=205MPa，在施工过程中满足受力要求。相对于立杆轴应力而言，水平杆的轴力相对较小。

图4 水平杆轴应力变化曲线

4 结语

以山东省潍坊市某人才安居工程小区高层建筑为研究对象，对转换梁结构支撑体系展开受力分析，根据不同的转换梁体截面设计了支撑体系的平面和立面，并设置了立杆和水平杆件技术参数，运用力学原理对支撑体系的杆件进行验算，提出了相应的施工技术方法，并对杆件的受力状态进行监测，得到以下结论：

（1）基于材料力学原理，对设计的转换梁结构支撑体系进行施工校核表明，主支撑抗弯强度为191N/mm2＜[f]=205N/mm2，主支撑抗剪强度45.35N/mm2＜[τ]=125N/mm2，立杆临界应力190.39N/mm2＜[f]=205N/mm2，支撑体系受力和稳定性均校核通过。

（2）现场施工监测表明，转换梁结构支撑体系在梁体浇筑和养护过程中，支撑体系立杆和水平杆的轴应力均分成两个阶段，在15d 内轴应力较大，而在15d 后轴应力有所减小。同时，立杆和水平杆的最大轴应力均满足受力要求。