高层住宅楼箱梁结构转换层支撑体系探讨.docx

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高层住宅楼箱梁结构转换层支撑体系探讨

高层住宅楼箱梁结构转换层支撑体系探讨

多功能高层建筑转换层有时采用箱梁结构，由于其侧板较大，且上下板大部分封闭，因而增加了施工难度，我公司承建的住宅小区1＃、2＃楼就是一例，笔者经过广泛征求意见和深入研究，制定了一套简单经济的支撑体系方案，与大家一起探讨。

一、工程概况

住宅小区1＃、2＃楼工程由房地产集团有限公司投资兴建、设计咨询有限公司设计，位于市区

西山大街，该工程地下两层、地上33层，建筑面积89115m2。

图1箱梁结构平面布置图

本工程结构设计形式为：

地下两层及地上一层为框支剪力墙结构，二层为转换层，二层向上结构形式转换为剪力墙结构。

转换层为箱梁结构，其底板即为一层的顶板，板厚250mm，顶板厚300mm，箱梁侧板最大截面尺寸为1350×2900mm，一般为1300×2400mm。

一层层高4000mm，柱、梁、板砼等级均为C50。

箱梁下对应一层、负一层梁截面为400×700mm，最大跨度净长5375mm，另外有部分箱梁（侧板为600×2400mm）所对应下层同一位置无梁。

二、施工方法：

1、本工程转换大梁的结构形式为箱梁结构，为了支模的方便和保证箱梁底板的混凝土振捣密实，经和设计院协商后，箱梁的混凝土分二步浇筑，在箱梁的侧板和底板钢筋绑完后，先行浇筑底板混凝土，同时对于侧板部位先浇筑300mm高；在先浇筑砼的强度达到5天龄期的强度后，进行箱梁的侧板和顶板的浇筑。

2、本工程转换层施工荷载采用箱梁下部、一层、负一层协同承载方案，转换层下面对应的负一层的支撑暂缓拆除，待转换层强度达100%后拆除。

3、转换层下整个支撑体系采用扣件式钢管满堂脚手架，选用Φ48×3.5焊接钢管,脚手架连接方式采用接头扣件连接。

4、箱梁侧板下中部设两根3.1米至3.6米长立杆，上部采用丝杆调节大梁底标高,丝杆中心与上部梁下小横杆中心对齐，丝杆上部用木楔子塞紧，外侧两排立杆顶端用双扣件与小横杆连接。

5、设置扫地杆，扫地杆离地200mm。

6．箱梁底模采用胶合板支设，侧模采用钢模板支设,凡钢模板变形翘曲的禁止使用。

侧模外设垂直、水平两层Φ48钢管加固，用Φ12穿墙螺栓夹紧，水平方向间距＠500，垂直方向设四道，间距见附图，每跨设三道斜撑，以保证梁不倾斜。

7．对于箱梁所对应的下层无梁的情况，由于板的承载力比梁要小得多，故对于这种情况，现采取将荷载传递到一层、负一层的施工方案。

这部分的转换大梁下支撑的布置为纵向间距600mm，横向间距550mm，步距1500mm。

8、对于箱梁所对应的下层梁位置与箱梁的位置偏差较大的按箱梁所对应的下层无梁的情况考虑。

三、箱梁支撑体系的理论验算

本层箱梁有九种类型，现选其中侧板为1350mm×2900mm的箱梁、侧板为600mm×2400mm所对应下层无梁的箱大梁这两种具有代表性的大梁进行理论验算。

（一）验算侧板截面为1350mm×2900mm的箱梁的支撑体系

本工程采用叠合浇筑法，因此在计算模板支撑体系时将荷载分开计算。

截面为1350mm×2900mm箱梁的侧板从底板向下挂500mm，所以其第一次浇筑的高度为1000mm。

图1箱梁下层有梁的支撑示意图

第一次浇筑部分大梁的自重：

砼部分：

1.35×1×25=33.75KN/m

钢筋部分：

49×3.14×0.032×0.032×5.375/4=0.21m3

28×3.14*0.022*0.022*5.375/4=0.05m3

54*（8*2.9+5.375*1.35）*3.14*0.02*0.02/4=0.38m3

756*1.35*3.14*0.018*0.018/4=0.25m3

钢筋合计：

（0.21+0.05+0.38+0.25）*7.8*103kg/m3=5.85*103kg

5.85*103*9.8=57.33*103N=57.33KN

钢筋线荷载：

57.33÷5.375=10.66KN/m

合计：

33.75+10.66=44.41KN/m

1、侧板线荷载Q设计值计算（KN/m）：

根据施工规范要求，侧板施工时应考虑下列荷载：

a、侧板自重44.41KN/m

b、侧板的翼板重（一边0.15米宽）0.3×0.15×2×25＝2.25KN/m

c、施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

d、混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2.0KN/m

e、混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2.0KN/m

f、模板及支架荷载，根据实测按3.0KN/m计3.0KN/m

Q=1.2×（44.41+2.25+3）+1.4×（5.0+2+2）=72.19KN/m

立杆平均荷载为：

72.19/（4÷0.6）=10.8KN<12KN，安全。

2.转换大梁下对应一层大梁承载力计算：

验算一层对应大梁承载力情况:

根据公式

fcmbx+fy＇As＇＝fyAs⑴

fcmbx（h0-x/2）+fy＇As＇（h0-as＇）＝mmax⑵

其中fy＇＝fy＝360N/mm2，fcm＝23.1N/mm2

b＝400mm，As＝1962.5mm2,As＇＝1962.5mm2

h0＝700-35＝665mm

据公式

（1）

Mmax＝23.1×400×665+360×1962.5×（665-37.5）＝449473350N.mm

Mmax＝1/24qln2=1/24×q×53752＝449473350N.mm

q＝373.38N/mm＝373.38KN/m

在此线荷载的作用下，大梁须承受最大剪力V

V＝0.5×qln＝0.5×373.38×5.375＝1003.45KN

根据大梁配筋情况,实际承受剪力能力

Vmax＝0.07fcbh0＋1.5fyvAsv/S×h0

＝0.07×23.1×400×665+1.5×210×157/100×665

＝430122+328875.75

＝758997.751N

＝758.99KN

V=0.5qln=758.99KN

q=379.5KN/m

所以要同时满足抗弯和抗剪的要求,该梁只能承受379.5KN/m的线荷载。

大梁本身承重（线荷载）:

取两边各半跨板重0.15×2.4/2×25＝4.5KN/m

大梁自重0.4×0.7×25＝7KN/m

一层大梁实际承受本层重量4.5+7＝11.5KN/m

大梁富余承载力379.5-1.2×11.5＝361KN/m

而支撑传至一层大梁线荷载68.92KN/m,379.5KN/m＞72.19KN/m

因此一层梁能够承受上面传下来的荷载。

但为了提高安全储备，本工程采用延缓拆除负一层支撑，使一层和负一层大梁共同承受转换大梁传下的荷载的方案。

3、验算箱梁二次浇筑前先浇筑部分箱梁的承载力

本工程采用矿渣水泥、11月中旬平均气温100C、龄期5天时查《建筑工程施工手册》中砼强度表得此时砼的强度为标准强度的22%.

根据施工缝施工的要求，当第一次浇筑的砼大于1.2N/mm2时即可以进行第二次砼的浇筑。

23.1*0.22=5.08N/mm2>1.2N/mm2满足要求。

查《砼结构设计原理》中表4—6得

在砼的强度等级为C50，配置三级钢筋时，砼的相对界限受压区高度取值为0.518。

X=0.518h0=0.518*965=499.87mm

a1fcbx=fyAs

As=0.22*23.1*1350*499.87/360

=9526.27mm2

实际配筋为26根直径为32的三级钢。

As实=20899.84mm2>9526.27mm2

m=fyAs（h0-x/2）

=360*9526.27*（965-499.87/2）

=2452.26KN.m

1/24qln2=m=2452.26

1/24q*5.3752=2452.26

q=2037.13KN/m

第一次浇筑大梁的自重为44.41KN/m

所以第一次浇筑大梁在5天期龄时的富余承载力为

2037.13-44.41=1992.72KN/m

第二次浇筑部分的荷载：

侧板线荷载Q设计值计算（KN/m）：

根据施工规范要求，侧板施工时应考虑下列荷载：

a、侧板自重1.9*1.35*25=64.12KN/m

b、侧板的翼板重（一边0.15米宽）0.3×0.15×2×25＝2.25KN/m

c、施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

d、混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

e、混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

f、模板及支架荷载，根据实测按3.0KN/m计3KN/m

Q=1.2×（64.12+2.25+3）+1.4×（5.0+2+2）=95.84KN/m

因为第一次浇筑的部分箱梁的富余承载力1992.72KN/m远大于第二次浇筑部分箱梁侧板的自重95.84KN/m。

所以在原有的支撑下就能够承受其荷载。

4、浇筑箱梁上部分时箱梁底板的承载力计算

箱梁的底板的配筋为双层双向直径为16mm间距为200mm的三级钢筋

mmax＝fyAs（h0-as＇）

=360*5*3.14*16*16/4*（185-15）

=61.5KN.m

1/24qln2=m=61.5KN.m

q=51.08KN/m

顶板线荷载Q设计值计算（KN/m）：

根据施工规范要求，顶板施工时应考虑下列荷载：

a、顶板自重0.3×1×25=7.5KN/m

c、施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

d、混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

e、混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

f、模板及支架荷载，根据实测按3.0KN/m计3KN/m

Q=1.2×（7.5+3）+1.4×（5.0+2+2）=25.2KN/m

底板的自重为：

0.25*1*25=6.25KN/m

底板的富余承载力为：

51.08-6.25=44.83KN/m>25.2KN/m,

所以原有的支撑体系能够承受第二次浇筑顶板时产生的荷载。

（二）验算侧板截面为600mm*2400mm的箱梁所对应下层无梁的支撑体系

图二箱梁下层无梁时的支撑体系示意图

同上采用叠合浇筑法。

第一次浇筑的高度为500mm。

第一次浇筑部分大梁的自重：

砼部分：

0.5*1*25=12.5KN/m

钢筋部分：

32*3.14*0.025*0.025*5.375/4=0.08m3

24*3.14*0.020*0.020*5.375/4=0.04m3

26*（4*2.4+3*0.6）*3.14*0.020*0.020/4=0.09m3

12*26*0.6*3.14*0.018*0.018/4=0.04m3

钢筋合计：

（0.08+0.04+0.09+0.04）*7.8*103kg/m3=1.95*103kg

1.95*103*9.8=19.11*103N=19.11KN

钢筋线荷载：

19.11/4=4.77KN/m

合计：

12.5+4.77=17.27KN/m

1、大梁线荷载Q设计值计算（KN/m）：

根据施工规范要求，大梁施工时应考虑下列荷载：

a、大梁自重17.27KN/m

b、大梁翼板重（一边0.3米宽）0.25×0.3×2×25＝3.75KN/m

c、施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

d、混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

e、混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

f、模板及支架荷载，根据实测按3.0KN/m计3KN/m

Q=1.2×（17.27+3.75+3）+1.4×（5.0+2+2）=41.42KN/m

n=Q/P=41.42/24（丝扣顶撑）=1.72<（1/0.6）*2=3.33。

即纵向（沿梁向）间距600,横向间距两根550mm,安全。

2、箱梁对应一层底板承载力计算

取1m宽的板为计算板带，板的配筋为双层双向直径12间距为200的三级钢筋。

m=fyAsh0=360×113.04×5×185=37.03KN.m

一层板的自重为：

0.2*1*25=5KN/m

一层板上脚手架模板：

3KN/m

箱梁底板：

0.25*1*25=6.25KN/m

施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

Q=1.2*（5+3+6.25）+1.4*（5+2+2）=29.7KN/m

一层板需承载的力为：

m＝29.7*5.375*5.375/24+（41.42-29.7+5*1.2）*0.6*（5.375-0.6/2）/4

=49.22KN.m>37.03KN.m

所以一层底板不能够承受。

从而要传递49.22-37.03=12.19KN.m的荷载到负一层的底板。

3、箱梁对应负一层底板承载力计算

M=1/24qln2=12.19KN.m

q=10.12KN/m

负一层板自重为：

0.2*1*25=5KN/m

取脚手架支撑荷载为3KN/m

负一层板需承受的荷载为：

q=10.12+1.2*（5+3）=19.72KN/m

m=1/24qln2=19.72*5.3752/24=23.73KN.m

取1m宽的板为计算板带，板的配筋为双层双向直径12间距为200的三级钢筋。

m=fyAsh0=360×113.04×5×185=37.03KN.m>23.73KN.m

安全。

所以采用一层底板和负一层底板共同承载。

4、验算箱梁二次浇筑前先浇筑部分箱梁的承载力

根据上面的计算可知此时的砼的强度为标准强度的22%。

查《砼结构设计原理》中表4—6得

在砼的强度等级为C50，配置三级钢筋时，砼的相对界限受压区高度取值为0.518。

X=0.518h0=0.518*465=240.87mm

a1fcbx=fyAs

As=0.22*23.1*600*240.87/360

=2040.17mm2

实际配筋为16根直径为25的三级钢。

As实=7849.92mm2>2040.17mm2

m=fyAs（h0-x/2）

=360*2040.17*（465-240.87/2）

=253.06KN.m

1/24qln2=m=253.06

1/24q*5.3752=253.06

q=210.22KN/m

第一次浇筑大梁的自重为17.27KN/m

所以第一次浇筑大梁在5天期龄时的富余承载力为210.22-17.27=192.95KN/m

第二次浇筑部分的荷载：

侧板线荷载Q设计值计算（KN/m）：

根据施工规范要求，侧板施工时应考虑下列荷载：

a、侧板自重1.9*0.6*25=28.5KN/m

b、侧板的翼板重（一边0.3米宽）0.3×0.3×2×25＝4.5KN/m

c、施工荷载（取2.0米宽，2.5KN/m2）2.0×2.5=5.0KN/m

d、混凝土冲击荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

e、混凝土振动器荷载，按2.0KN/m计1×2.0=2KN/m

f、模板及支架荷载，根据实测按3.0KN/m计3KN/m

Q=1.2×（28.5+4.5+3）+1.4×（5.0+2+2）=55.8KN/m

因为第一次浇筑的部分箱梁的富余承载力192.95KN/m远大于第二次浇筑部分箱梁侧板的自重55.8KN/m。

所以在原有的支撑下就能够承受其荷载。

四、结论

该转换层实际施工时间25天，未发生任何反常现象，结果表明该方案安全可靠。

参考资料

1、住宅小区1＃、2＃楼项目施工图；

2、《简明施工计算手册》（中国建筑工业出版社）；

3、《材料力学》（天津大学出版社出版）；

4、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程》JGJ130-2001；

5、《建筑工程模板施工手册》（中国建筑工业出版社）；

6、《建筑工程施工手册》；

7、《砼结构设计原理》。