1、1大截面（劲性）混凝土梁分层浇筑施工工法1.前言随着现 代 高层建筑更向多功能和综合用途发展，带有转换层设计的高层建筑不断增多，统计表明高层建筑中有转换层结构的占 80%左右，这其中以梁式转换层的大尺寸转换梁的结构施工最为关键。北京昆泰酒店工程，转换层下为三层裙房、以上为 19 层酒店客房和设备层，上部结构均由转换梁承托，转换层设计有大截面、大跨度劲性混凝土转换梁，梁高共跨越三个结构层。由于其截面大，支撑体系承载力要求高，荷载需向下多层传递，劲性钢梁吊装困难等，成为工程施工的难点。我司借鉴叠合梁原理，合理设计工况，采用虚拟仿真技术。将常规的一次性整体浇筑改为分层浇筑，将先行浇筑的部分结构梁作为
2、支撑体系的一部分，减小转换梁最大施工荷载，降低模板承载力设计要求，简化模板支持体系。在工法实施中主要解决：混凝土浇筑分层高度问题；各浇筑层间施工缝（类叠合面）的抗剪强度问题，最终确保两部分混凝土形成整体，满足其设计刚度和承载力要求。2.工法特点2.1 混凝土梁分层浇筑，可减少梁支撑体系的一次加载，提高支撑的安全储备。2.2 较之整体浇筑，可利用结构自身承载力，简化梁支撑体系及以下各层回顶体系，施工简便快捷、措施费投入少。2.3 分层浇筑可减少大体混凝土浇筑水化热，降低裂缝危害。2.4 施工前全过程使用虚拟现实技术，进行三维施工流程虚拟和有限元施工全过程仿真。3.适用范围 本工法适用于大截面钢筋
3、混凝土梁及劲性混凝土梁施工。4.工艺原理工艺原理：阐述工法工艺核心部分（关键技术）应用的基本原理，并着重说明关键技术的理论基础。 1）关键技术应用的基本原理和理论基础。2）结合关键技术的施工主要过程顺序来阐述24.1 工艺原理根据本发明，将大截面（劲性）混凝土梁沿梁高合理分层浇筑，充分利用先浇筑部分的结构自身承载力，通过计算适当采取相应措施，使其承担自身荷载甚至后续剩余混凝土梁的施工荷载，从而简化混凝土梁结构施工的模板支撑体系。实现由大划小，进而利用新建结构自身辅助施工的目的。本原来具体技术模型如下：4.1.1 根据施工简便合理，结构稳定安全的前提划分施工缝，并妥善处理。4.1.2 根据工况计
4、算模型，设计模板支撑体系：首段或先行浇筑区段混凝土梁，可简化考虑为一根超筋混凝土梁或超筋劲性混凝土梁；下段梁施工时，根据前段梁混凝土所达到的试压强度计算其承载力，如需要可在首段或先行浇筑超筋梁上铁位置加设措施钢筋或型钢，使其承担自重荷载甚至全部或部分后段浇筑梁施工荷载；大梁模板支撑体系设计计算时，根据首层浇筑梁下有无可靠支撑，可分为单跨梁计算模型和多跨梁计算模型。仅考虑所对应计算模型，分层浇筑各段梁中最不利一段的施工荷载，从而减少梁计算高度、简化混凝土浇筑施工的模板支撑体系。4.1.3 根据分层浇筑的施工特点，制定合理的施工流程，并采用针对性措施进行施工，确保结构整体可靠。4.1.4 在施工及
5、后续上部加载的全过程中，进行结构安全及稳定性监测。4.2 工艺原理实施模拟本工程劲性混凝土转换梁结构概况劲性混凝土转换大梁效果图 单榀梁效果本工程位于酒店第一设备转换层，HA-HC 与 H3-H7 轴之间的五根劲性混凝土转换梁。梁截面尺寸大为900mm2500mm，梁高共跨三个结构层：三层、转换层及四层；净跨度 10.350m。型钢梁，截面尺寸为H1900*600*40*40,最大构件单重约 11 吨3总体思路：根据本工程结构形式，钢梁安装完毕后，三层楼板上标高处设置施工缝，上下梁板分层整体浇筑，按第二次浇筑计算施工荷载。4.2.1 合理划分施工缝4项目 施工缝划分分析施工缝设置三层楼板上标高
6、处设置施工缝，分层施工最为便捷，具体划分如下：首段浇筑 700mm 高，二段浇筑 1800 mm高 1、当第二层浇筑梁下无可靠支撑，首层梁属于简支梁受力时，首层浇筑高度宜占总高的0.30.7。优先考虑施工缝设置在中性轴以上，可保证混凝土受拉区完整，结构整体性强；任何情况首层浇筑高度，均不得小于 100mm。2、施工方便，易保证质量划分依据3、划分后的计算区间，可简化支撑体系根据北京市脚手架模架规程（DB11T583-2008）中，表7.2.4混凝土梁类构件碗扣式模板支架选用要求：搭设构造应至少符合其梁高划分要求，其中本工程适用梁高划分区间为1501 mm2400 mm、2401 mm3000
7、mm。如一次整体浇筑时，梁高为2500mm属于后一区间；如按700mm、1800 mm两次浇筑时，按计算模型按1800mm计算，应满足前一区间搭设要求。结论如此划分施工缝后，模板支架搭设构造，简化了一个等级，并可简化荷载向下传递的支撑体系。依据此方案进行设计验算，转换梁最大施工荷载减小为常规做法的 70%。4.2.2 工况分析与计算1、工况分析根据设计模型，满足条件时，首段浇筑的超筋梁可承担自重荷载甚至第二段浇筑梁荷载。但由于现有梁高未超过 3000mm，按地标基本构造要求已有足够承载力储备。所以本工况暂不考虑首段梁承担后续段梁浇筑荷载，但如梁截面更大便应对其进行考虑。因此将首段浇筑混凝土梁，
8、分别考虑按超筋混凝土梁和超筋劲性混凝土梁两种情况进行计算，仅计算其 700mm 高范围内自重荷载。本转换梁混凝土设计等级 C60，根据正常施工流水安排，距第二段梁混凝土浇筑施工间隔应为 6 日历天。根据现场已留置的结构实体同条件试块数据， 6 天实测强度平均值为 71%计算，5，不具备拆除支撑体系条件，按简支梁模型计算。现场首段227.51%9.3/mcf N混凝土转换梁浇筑时，每榀梁留置 3 组同条件试块，保证实测值不小于 71%，如实压数据偏小将另行进行计算，验算结果可承担 700mm 高度范围内自重荷载，便可进行浇筑施工。2、支撑体系具体计算步骤：1）先计算第二层浇筑时的最大弯矩：注：1
9、在均布荷载作用下：M 表中系数ql 2；V表中系数ql ；。EIw0ql中42）根据 配置首段梁上铁位置措施钢筋。0syAhf3）根据立杆承载力，最不利立杆受到轴力，荷载计算：N允许 应 SdNn。GkQkSS根据第二段梁参数查钢管脚手架、模板支架安全选用技术规程 （DB11T583-2008）表7.2.4 得立杆纵、横距 d、s分别有 dd及 ss。结论：选择计算值和规范构造要求值中，更安全的设计方案。3、采用 MIDAS/GEN 进行施工阶段仿真分析验算计算各施工阶段结构变形及应力的变化和发展过程。计算荷载主要考虑结构自重和楼面恒载、施工活荷载。6结构仿真模型工况一 工况二 工况三各工况应
10、力应变图工况一 工况二 工况三说明：上图仅为荷载组合 1 剪力-Z，详细计算时将进行多个组合进行验算4.2.3 主要施工步骤及工况划分1、劲性钢梁吊装 2、浇筑三层顶板及一段梁混凝土 3、浇筑设备层混凝土钢骨梁安装过程中，转换大梁支撑体系主要承担，钢梁的自重荷载及施工活荷载混凝土浇筑过程中，转换大梁支撑体系主要承担，梁截面 700mm 高混凝土的自重荷载及施工活荷载混凝土浇筑过程中，转换大梁支撑体系及三层顶板主要承担，梁截面 1800mm 高混凝土的自重荷载及施工活荷载。75.施工工艺流程及操作要点5. 1 施工工艺流程根据转换梁施工的结构特点，结合现场实际情况，对本单项工程进行详细的设计部署
11、，并制定施工模拟流程，对流程各工况进行验算。8施工流程1、三层（设备层下层）顶板梁底模板支设工序剖面图 施工工艺楼层放线验线支撑体系主龙骨次龙骨梁底模梁底起拱验收三维示意图9施工流程2、劲性钢梁吊装工序剖面图 施工工艺测量定位铺垫木吊装首段型钢梁（调整标高、位置后与同侧型钢柱连接）吊装末段型钢梁（调整标高、位置后并同时与同侧型钢柱连接）将型钢梁外围封闭箍筋预先穿在两端钢梁上吊装中段型钢梁（与首末段侧型钢梁连接）栓板连接焊接验收三维示意图10详细流程1 放线 2 铺设垫木找出钢梁底标高及位置控制线 每段钢梁下距离端部向内 500mm 铺设垫木3 吊运首段钢梁 4 吊运末段钢梁采用塔吊吊运首段（近
12、 A 轴）钢梁放置在垫木上。用电动葫芦及倒链调整垂直度、平整度测量，使误差控制在允许范围内。合格后与钢骨用高强螺栓栓接采用塔吊吊运首段（近 D 轴）钢梁放置在垫木上。用电动葫芦及倒链调整垂直度、平整度测量，使误差控制在允许范围内。合格后与钢骨用高强螺栓栓接5 吊装及拼装中间段钢梁中间段梁安装就位 加肋板螺栓连接校正后焊接11施工流程3、劲性混凝土梁钢筋绑扎工序剖面图 施工工艺绑扎柱箍筋穿梁上铁穿梁下铁梁侧纵筋划箍筋位置线调整箍筋并绑扎验收三维示意图12详细流程套梁封闭箍筋 中段型钢梁与两侧支座段螺栓连接安装梁上铁钢筋安装梁下铁钢筋穿梁两侧钢筋 绑扎梁闭箍筋及两侧拉钩绑扎柱头封闭箍筋13施工流程
13、4、支设一段梁底侧模板工序剖面图 施工工艺制作梁侧模模板就位穿对拉螺栓双钢管主龙骨调整模板验收三维示意图14施工流程5、支设三层顶板模板工序剖面图 施工工艺铺设模板梁板底起拱验收三维示意图15施工流程6、绑扎三层顶板钢筋工序剖面图 施工工艺划钢筋位置线绑下层钢筋水电配管绑上层钢筋留设梁侧模地锚放垫块验收三维示意图16施工流程7、浇筑三层顶板及一段梁混凝土工序剖面图 施工工艺浇筑转换梁及柱头混凝土浇筑三层顶板混凝土凿毛转换梁混凝土注：由于转换梁及柱混凝土均为 C60，顶板为 C30，再考虑模板拆除；与设计协商将转换梁的施工缝留在三层顶板上皮。三维示意图17施工流程8、支设二段梁侧模工序剖面图 施
14、工工艺制作梁侧模预先焊接对拉螺栓安装梁侧模双钢管主龙骨侧模支撑调整模板验收三维示意图18施工流程9、支设设备层顶板模板工序剖面图 施工工艺楼层放线验线支撑体系主龙骨次龙骨模板板底起拱验收三维示意图19施工流程10、绑扎设备层顶板钢筋工序剖面图 施工工艺划钢筋位置线绑下层钢筋水电配管绑上层钢筋留设梁侧模地锚放垫块验收三维示意图20施工流程11、浇筑设备层混凝土工序剖面图 施工工艺浇筑转换梁及柱头混凝土浇筑设备层层顶板混凝土注：为减小施工荷载，梁浇筑时应分层浇筑，每层不大于 300mm。预先设计混凝土配比，减小水化热。三维示意图215.2 施工操作要点分项工程操作要点所对应的施工流程分项工程要点
15、对应流程序号 对应流程内容1 钢结构工程 流程 2 劲性钢梁吊装2 钢筋工程 流程 3 劲性混凝土梁钢筋绑扎流程 7 浇筑三层顶板及一段梁混凝土3 混凝土工程 流程 11 浇筑设备层混凝土4 模板工程 流程 8 支设二段梁侧模流程 7 浇筑三层顶板及一段梁混凝土5 梁沉降观测 流程 11 浇筑设备层混凝土5.2.1 钢结构工程操作要点1.根据现场塔吊的平面布置图，确定最佳吊装方案，合理分段。钢梁分段示意图劲性混凝土梁转换梁内的钢结构梁截面尺寸为 H1900*600*40*40,最大构件单重约 11 吨。分三段进行吊装（单段约 3.8 吨） ，就位后进行现场拼焊。2.钢骨梁穿筋孔加工穿筋孔开的位
16、置直接关系到土建钢筋绑扎。在钻孔前，根据结构施工图纸、钢结构深化图纸，采用三维放样精确定位并用数控钻床进行钻孔。3.焊缝采用小型超声波检定仪现场检定，合格后进行下道工序施工。三维放样钢柱开孔钢梁开孔225.2.2 钢筋工程操作要点1.根据钢结构及梁配筋图，对梁钢筋及钢梁进行三维预放样（如下图） 。钢筋与钢结构矛盾部位，提前进行深化设计，消除因设计不合理导致的施工困难；对钢筋绑扎过程中的重点部位预先控制，保证钢筋绑扎质量。2. 对于钢筋密集的梁柱节点，钢筋安装可采用锚固板锚固或与钢结构焊接锚固的方式：其中锚固板，如下图，主要应用锚固于柱头钢筋密集区，可减去钢筋弯折段，锚固板应根据钢筋型号和抗震要
17、求使用；与钢结构焊接锚固，适用于不宜开孔贯穿钢结构的纵筋、锚固板不满足设计要求的钢筋端部。如下图：左侧为加焊加劲板，右侧为加焊工字钢牛腿，焊接钢板和焊条应与钢筋和钢骨匹配，钢筋均焊接到附加钢构件上，焊缝长度要满足抗震要求。235.2.3 模板工程操作要点大截面劲性混凝土梁侧模固定，因开孔过多会造成结构薄弱，施工时应尽量采取措施避免开孔。可采用直接焊接特制 L 型对拉螺栓或安装可调螺栓锚固件后装对拉螺栓两种方式，如下图。安装前根据模板螺栓孔位置，将孔位线画到钢结构上，再根据位置安装螺栓。1.L 型对拉螺栓安装，将“L”短边焊接在钢结构上，焊缝长度应满足抗拉强度，如下图左侧。但此法存在位置无法调节
18、，易造成与模板孔位偏离，模板需重新开孔的问题。242.可调螺栓锚固件由 U 型锚固件和 T 型对拉螺栓组成，将对拉螺栓穿过固定件后，在钢结构上焊接固定件，如上图右侧。锚固件上留置槽型螺栓穿孔，便于螺栓紧固时水平大范围调节，竖直小范围调节。可减少由位置不准确，无法调节造成的模板重新开孔问题。5.2.4 混凝土工程操作要点1.由于钢梁宽度大、梁钢筋数量多且直径大。经设计同意，在保证强度的同时，调整混凝土配比，尽量使用细骨料，减小原配比骨料粒径。2. 保证各层混凝土间施工缝（近似叠合面）的抗剪强度，是保证分层前后浇筑的两部分混凝土形成整体截面共同工作的关键，其抗剪极限强度是混凝土粘结强度与箍筋（或预
19、留结合钢筋）强度之和。因此将分别采用相应措施增加混凝土界面间粘结力、咬合力以及钢筋的销栓力。1）增加混凝土界面间粘结力、咬合力措施：前段梁初凝后、终凝前再次对施工缝附近混凝土进行振捣，从而消除泌水现象；梁混凝土达到一定强度后，对混凝土界面进行剔除浮浆及松动石子，剔凿应形成深度不小于 6mm 的凹凸粗糙面；施工缝处 3040mm 间隔预留 3040mm 厚的贯通截面的木条，形成锯齿形压痕；界面清洗干净干燥后，涂刷混凝土界面剂，以增强基层的粘结力。转换梁混凝土施工工艺流程1、流程 7 梁下部及三层顶板混凝土浇筑 2、流程 11 设备层混凝土浇筑252）增加混钢筋的销栓力措施：可经设计增大箍筋配筋率
20、，即增大截面积或加密的措施；预留结合钢筋。结合钢筋应采用级或级钢筋，其锚固于上下两段混凝土的长度不小于 10 倍直径，安装可预先与下段梁筋绑扎或前段梁浇筑后初凝前竖直植入混凝土中。本工程采用两排长 2 laE，强度等级不小于 12 及箍筋等级的结合钢筋，见下图。5.2.5 沉降观测操作要点大梁混凝土浇筑时施工荷载较大，且上部结构在后续施工过程中不断加载，转换梁在施工过程中、拆模后及封顶前是否处于稳定安全的状态，是本工程结构施工最为关注的重点。因此将制定相应观测方案，使转换梁始终处于受控状态。1.测量方法全站仪全天候三点联测，观测标尺位置如图所示：261.标尺的埋置位置 2.沉降观测钢尺固定方式
21、节点详图标尺位于转换梁截面下沿中部，所用标尺为 50cm 钢尺，精度为 0.1mm。整体浇注前先用砼固定角钢埋件，防止埋件偏位，对浇注过程中的观测造成影响。3. 标尺的总体布置平面图共 5 榀劲性混凝土转换梁，测量标尺274沉降观测 3D 模拟图从左到右依次为测点 1、2、3282.测量原理根据混凝土龄期和施工荷载加载时间对观测过程进行分段，共分为六个阶段。其中砼强度变化较大阶段和阶段，根据留置的同条件试块的试压强度划分，主要关注强度。对每个阶段进行全天侯测量观测。监测周期制定原则：根据混凝土龄期和每施工层荷载加载时间，对观测全过程进行划分，并采用分阶段针对性周期观测。分两次浇筑时，共分为八个
22、阶段进行监测，如下表 1：阶段项目首段梁混凝土浇筑施工阶段首段梁混凝土初凝阶段首段混凝土强度迅速增长阶段后段梁混凝土浇筑施工阶段后段梁混凝土初凝阶段后段梁混凝土强度迅速增长阶段整体梁混凝土强度至设计强度 100%上部结构持续施工施加荷载。观测频率5min/次 0.5h/次 0.5d/次 5min/次 0.5h/次 0.5d/次 1d/次单层施工周期（一般5d-10d) /次本阶段持续时间约 1h（砼浇筑施工全过程）约 3h至下段梁浇筑开始约 1h（砼浇筑施工全过程）约 3h 约 7d根据同条件试块试压强度 100%龄期为准根据上部结构层数量注：各阶段实际持续时间，应根据留置的同条件试块的试压强
23、度判定。通过对沉降值进行统计分析，绘制沉降曲线图，并综合分析曲线规律，找出最危险沉降时段和沉降最大值，依据混凝土结构设计规范 GB50010-200表 3.3.2 中限值要求进行对比分析，如下表，从而得出结论。受弯构件的挠度限值表构 件 类 型 挠 度 限 值屋盖、楼盖及楼梯构件： 07lm允时 9时 0l允时 0/2(5)l30/(4)l注：1 表中 为构件的计算跨度；2 表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；3 如果构件制作时预先起拱，且使用上也允许，则在验算挠度时，可将计算所得的挠度值减去起拱值；对预应力混凝土构件，尚可减去预加力所产生的反拱值；293.器材准备名称 型号
24、精度 数量全站仪 科力达 KTS-442R棱镜测距：2+2ppm，激光测距：5+3ppm1 台标尺 八旗钢尺 0.1MM 15 只4.结论测点 1,2,3 沉降观测曲线306.材料与设备6.1 材料准备序号 材料名称 规格型号 用途及注意1 多层板 18mm 厚覆膜多层板 梁底及梁侧模板2 木方50mm100mm；100mm100mm模板主、次龙骨使用使用前木方的使用面要加工平整。3 扣件式钢管1.0m,1.5m,2m,2.5m,3m，3.5m,4m,6m。用于梁底模板部分水平杆，梁侧模主龙骨、斜撑及各类剪刀撑4 碗扣脚手架立杆：1.2m,1.5m,1.8m，2.4m。横杆：300mm，600
25、mm,1200mm。碗扣脚手架主要用于梁底模板支撑5 焊条 E50 钢结构焊接时用消耗材料6.2 机具准备序号 机械或设备名称 型号规格 数量 单位 备注1 塔吊 ST70/30 1 台 参数见下附表2 手拉葫芦 10T 6 台3 CO2 焊机 KR500 6 台4 硅整流电弧焊机 ZXG-500 3 台5 氧气、乙炔 / 6 套6 气割设备 / 4 套7 全站仪 / 1 台8 自动安平水准仪 AL322 1 台9 塔尺 5m 1 把10 线锤 1kg 5 个30m 1 把11 钢卷尺5m 若干 把12 对讲机 MOTOROLA 5 个13 力矩扳手 / 5 个14 扳手 / 30 把7.质量控制7.1 混凝土工程 7.1.1 本工中混凝土工程法遵照规范为混凝土结构工程施工质量验收规范 （GB50204-2002）7.1.2 检查方法及对应的技术措施和管理办法序号 检查项 检查方法 技术措施和管理方法1外观质量是否存在严重缺陷，如：露筋、蜂窝、夹渣观察1、 提高模板的施工精度2、 混凝土浇筑时严格按照相关规范2尺寸偏差： 轴线位置 8 （单位：mm） 截面尺寸 +8,-5 钢尺检查1、 加强测量精度控制2、 提高模板的施工精度3、 混凝土浇筑时严格按照相关规范
