预应力技术在大跨厂房中的应用探讨

　　摘要：预应力技术是建设部重点推广的新技术之一,这种技术可使建筑结构无论在使用功能和结构性能方面,还是在工程施工、投资经济效益方面都具有突出的优越性。本文结合工程实例，阐述了预应力技术在大跨厂房中的应用及施工注意的问题。
　　关键词：厂房；预应力混凝土；预应力梁；施工；质量
　　当前建筑都在向着大柱网、大开间、多功能方向发展,投资者总想在有限的建筑面积和空间内获得最好的使用功能和最佳的投资回报。预应力混凝土技术正是以其跨度大、自重轻、节约材料、节省层高、改善功能等突出优点,迎合了当代建筑的发展趋向。目前已被广泛应用于高层建筑、多层建筑、地下建筑、超长建筑中,成为结构工程中的一种十分重要的结构材料。因此,加强预应力结构施工质量的监控显得极为重要。
　　一、工程概况
　　某厂区工程，平面尺寸141×48m，柱网尺寸12×24m，建筑面积9700m2，系全现浇混凝土工业厂房，结构比较新型，其中:主厂房屋盖采用大跨度、超长预应力混凝土框架梁板结构，六层的抽丝塔楼盖采用无粘结预应力混凝土宽扁梁板结构；附房(1-2轴)夹层楼盖采无粘结预应力混凝土平板结构；出入口的外挑的大雨蓬采用无粘结预应力混凝土反梁结构，无粘结预应力技术在本工程中应用比较全面，结构主要参数如下表1：
　　表1预应力混凝土构件尺寸配筋情况表
　　
　　根据业主要求，预应力筋采用15.24.1860级无粘结钢绞线，预应力混凝土设计强度标准值为C40，预应力混凝土结构布置示图1：
　　
　　图1结构示意图
　　二、结构设计特点
　　①主厂房纵向141m，横向24m双跨，工艺要求不设伸缩缝，由于工期紧、施工上不具备留置后浇带的条件，为解决大面积、超长混凝土结构的温度收缩和徐变，以及提高楼盖结构承载力及抗裂度，本工程采用部分预应力混凝土框架结构，在主次、梁中均设置预应力筋，纵向12跨、横向2跨，均为连续梁。
　　②抽丝塔楼6层、跨度l5m，为降低总建筑标高，在不影响工艺使用要求的基础上改用预应力混凝土宽扁梁结构，使梁高降低lm左右，总标+21.47m，比原方案降低了5m，在建筑立面效果上更为协调。
　　③附房办公室楼面采用预应力混凝土平板结构，便于平面组合和增加室内净空高度。
　　④采用预应力混凝土反梁结构，提高大雨蓬悬挑结构抵抗倾覆和根部抗剪的能力，大雨蓬外挑5m，采用上述方案较好的解决了上述问题。
　　⑤综合应用了无粘结预应力混凝土技术，采用国产OVM锚固体系。
　　三、预应力混凝土结构施工技术
　　本工程预应力结构部件交替错位，根据施工总进度和施工段的划分，预应力专项施工步骤如下：(1)完成1-2轴附房预应力混凝土平板和雨蓬反粱以及框架梁，(2)完成主厂房预应力混凝土屋盖结构，先张拉主梁、后张拉次梁，(3)最后自上而下完成塔楼预扁梁的预应力张拉，主要施工技术如下:
　　①超长无粘结钢绞线的铺设:无粘结钢绞线采用通长下料.分段铺设的方式，本工程分三个施工段，留置二条施工缝，每个施工段间隔十天，无粘结钢绞线在非预应力筋骨架初步成型后进行，先铺设主梁预应力钢绞线，后铺设次梁预应力钢绞线，主梁预应力钢绞线一次安置到位，次梁连续12跨，预应力钢绞线长达141m之多，采取端部逐根助力导入，穿束到位后，预应力钢绞线位于钢筋骨架、钢管排架、拖挂在地各占三分之一，第一(二)施工段混凝土完成后，把预应力钢绞线翻置于屋面上，进行下段施工以利施工和避免钢绞线污染和表皮损坏，穿束前根据翻样矢高图在最高点、反弯点、最低点并每隔lm用10短筋在钢筋骨架上烧焊标高筋，穿束后校正预应力钢绞线位置并用铅丝绑牢。
　　②无粘结钢绞线集束配置单根张拉:鉴于无粘结钢绞线之间受油脂和包塑的隔离，只要铺设理顺，相互之间的摩阻力几乎为零，不会发生有粘结预应力钢绞线束的夹持现象，同时屋面主、次梁张拉控制应力算得理论伸长值分别为318mm和722mm，受千斤顶缸体行程限止，需要多次重复张拉才能到位，由于安装时锚固夹片松紧不可能完全一致，这增加了集束预应力钢绞线的应力不均均性，对结构是不利的，为此本工程无粘结钢绞线采用集束配置单根张拉，同时为了减少由于张拉力使混凝土压缩造成的预应力损失，每束预应力钢绞线张拉完成后，再对每一根钢绞线复张一遍，以补足后张对先张预应力筋由于混凝土压缩变最产生的预应力损失。
　　③梁筋、柱筋、预应力筋的组合排列:为了确保预应力钢绞线正确的位置，以建立对结构有益的预加应力，施工前必须对梁、柱钢欲包括:附加筋、锚固筋、构造筋等)，在不影响结构质量前提下，进行组合排列，以确保预应力筋和张拉锚固件的安置，满足张拉工作位置，以本工程24m双跨主梁为例见图2，通过排列主要解决了两大问题:第一通过柱筋的排列并把预应力束张拉端在柱中适当分开，解决了螺旋筋的位置和穴微锚具)安装空间;第二对梁筋和附加筋的排列，使预应力筋位置通畅并确保了最高点距梁面80mm的设计要求，通过事先的组合排列，使土建和预应力工序配合默契，避免了任何切割主筋满足张拉的做法。
　　④“顺向浇筑、逆向张拉”确保总工期:本工程抽丝塔6层预应力混凝土扁梁框架结构，采用由下而上逐层浇筑完毕后，再由上而下(逆向)逐层张拉，这种方法减少了混凝土养护对工期影响，使张拉工作不占总工期，但增加了支撑数量，在体量不大的结构部位为宜，尚需注意上层的支撑和下层支撑对齐，拆除支撑以中间向梁边对称原则，自上而下逐层拆除。
　　⑤“一端张拉、正反向布筋”:12m跨平板单向设置预应力无粘结钢绞线，布筋曲率不大，当采用一端张拉时自张拉端至固定端，由长度效应(kx)和曲率效应()引起的摩擦损失约为5.76%，而张拉端根据锚固时预应力钢绞线影响区段内总应变与内缩量(值)相协调原理估算出锚具内缩损失约为10.24%，且锚具内缩损失的影响长度超过跨中，因此本工程采用一端张拉，以确保有效预应力值的建立和降低成本，同时预应力钢绞线间距a-al00mm，张拉端采取平台两边间隔布置，解决了张拉工作面的问题，同时使整体预应力相对均匀。
　　
　　图2主梁、梁筋、柱筋、预应力筋组合排列图
　　⑧无粘结预应力混凝土反梁:大雨蓬7.80X5.00m，从受力合理和减轻自重出发在悬挑方向布置了四根变截面预应力混凝土反梁如下图3，每根粱上部配置1-415.25无粘结钢绞线，施工时张拉端配置OVM15-4锚具，集束张拉，固定端由OVM15P挤压锚、垫板、螺旋筋组成，单根分散锚固在柱子或边梁内，锚固长度>1000mm，为了避让内埋式锚具垫板位置，梁上部部分非预应力筋旋转45度，锚固在边梁中如图3a-a剖面，梁端起拱2%，支撑在张拉前是不能有任何松动，张拉在混凝土达到设计强度后进行，由中间向两边对称分阶段进行，第一次张拉至控制应力50%，第二次张拉至100%，张拉前清除雨蓬上积水、模板等杂物。
　　
　　图3雨逢反梁节点处理方式
　　四、施工中应注意的问题
　　1）由于框架梁自重大,且由于需在张拉前拆除次梁和板的所有模板,此时一个跨间计算单元的全部荷载集中由框架梁底的支撑承担,因此特别要注意沿预应力大梁底的支撑必须稳固,防止可能产生的过大沉降而使框架梁开裂。故在支模前沿主梁底铺垫碎砖石碴并夯实此外,还要保证大梁底支撑的数量应满足施工荷
　　载要求,除采用较大刚性的钢脚手架外,还应沿双向设水平支撑,以防止支撑的失稳和产生过大的变形。
　　2）预应力锚具端部的封裹利用纵向框架翻板（图4）,张拉、灌浆后,切除多余的钢绞线束,加网片用细石混凝土封裹。这阵既满足厂建筑要求（本工程采用通长带窗）,又避免了锚具暗埋施工的难度（因柱带点处钢筋稠密，端板预埋及预应力张拉难度均较大）。
　　
　　图4锚具端部封裹
　　3）框架结构的施工缝设在梁下20mm处,梁上设在400mm处。混凝土浇筑时,平行框架横梁方向浇筑,预应力框架梁中不留施工缝。
　　4)为了防止波纹管在浇筑过程破损产生漏浆或被挤瘪,浇筑中途直至混凝土终凝前都采用自制的通孔器来回在孔道中拉动。由于在支座部位波纹管布肾在梁的上部,加之此处钢筋较密集,施工中应特别注意避免用振动棒挤扁波纹管。
　　本工程施工初期就曾发生梁端波纹管被挤扁，因及时发现，用人工局部扒开混凝土,校圆波纹管后才继续进行施工。
　　五、工程评价
　　本工程节省投资约40～60%，减少了钢结构使用阶段的维护费用，主体封顶仅为62天，解决了超长工业厂房水平结构不设伸缩缝、大雨悬挑、构筑物层高压缩、大开间附房组合等问题，投产以来，工艺运行良好，厂房结构可靠，深受中、外专家业主好评，并扩建了成品库、铜通信、光纤车间等三项同类型无粘结预应力混凝土结构工程。

《预应力技术在大跨厂房中的应用探讨》

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