超大跨度预应力混凝土空心楼板设计与施工.pdf

第 3 9卷第 8期 2 0 1 2年 8月 建筑技术开发 Bui l d i ng Te c hn i q u e De v e l o pme n t Vo 1 3 9， No 8 Aug 2 01 2 超大跨度预应力混凝 土空心楼板设计与施工 冯智勇 ( 北 京 市建 筑工程研 究院有 限责任公 司 ， 北京 1 0 0 0 3 9 ) 摘 要 】 安徽省淮南市全 民健身综合训练 馆工程中采用 了超 大跨度现 浇预应 力混凝 土空心楼 板技术 ， 其 中最大跨 度 单向板 3 0 0 m 6 5 2 m， 双 向板 3 0 0 m 3 0 0 m， 主要介绍 了超大跨度超厚预应力空心楼板设计 与施工 中的 重 点、 难点及解决办法 。 关键词 超 大跨 ； 空心板 ； 预应力混凝土 中图分类号 T U 3 7 8 5 文献标志码 A 文章 编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 2 5 0 4 1工程 概况 安徽省淮南市全民健身综合训练馆工程 ， 南北 长 7 0 0 m， 分为东西两个相邻的独立楼 ， 其 中西楼 长 3 8 5 n l ， 东楼 长 7 5 0 m， 总建 筑 面积 3 0 5 8 8平 方 米 。采用 现浇 钢筋 混 凝 土 框 架 一剪 力 墙 结 构 ， 地 上 共 有 4层 ， 分别 为游 泳馆 、 乒 乓球 室 、 健 身 室 、 射 击 馆 等功能用房 ， 顶层有 电梯机房和水箱间。 由于建 筑 功能 的需 要 ， 结 构 以大 开 间为 主 ， 为 了 最大限度增加下层训练场地的建筑 空间， 同时尽量 减轻结构 自重使整个结构体系更加合理 ， 在各层局 部采 用 了预 应力 混凝 土 现浇 空心 楼板 技术 。 由于结 构超 长 ， 在 连续 梁 中还布 置 了无粘 结预 应力 温 度筋 。 其 中三层 顶建 筑 结构 图及 预应 力 空心块 布 置 图见 图 1图 4 f r ? f 单向预应力空心板 一 - _ 1 月 1 2 o o j ， 。 f 1 f 8 5 O 0 7 5 0 0 7 5 0 0 7 5 0 0 7 5 0 0 图 1 西楼 3 层 结构布置 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 51 5 作者简介 ： 冯智 勇( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 河北南皮人 ， 工程师 ， 北京市建筑工程 研究 院有 限责任公司 预应 力及 空间 结构 研究 所 ， 从 事预 应力结构设计 与施 工。 图 2 西楼 3层空心块布置 ， ， ， ； 单 向 预 应 空 心 板 单 向 空 心 板 单 向 魏 l 空 心 板1 I 正 8 O d 8 0 O ， =8 O 0 - ， 魏 善 ， 双 l I预 应 睦 心 板 一 l 0o 0 哥 一 蒜 I Il 7 5 0 0 7 5 0 0 75 0 o 75 0 0 7 5 0 0 7 5 0 0 7 5 0 o 7 5 0 0 75 0 0 75 0 0 图 3东楼三层结构布置 2 5 第 8期 冯智勇 ： 超 大跨度预应 力混凝土 空心楼板设计与施 工 第 3 9卷 图 4东 楼 三层 空心 块 布 置 2超 大跨预 应 力 空心板设 计 2 1 预 应 力 空心板设 计 重点 1 ) 本工 程 预应 力 空 心 板 的 应 用 跨 度 大 大 超 过 了常规极 限 ， 以往预应力 空心板跨度 大多为 1 2 2 0 I l l 之 间 ， 本 工程 单 、 双 向空 心 板最 大 跨 度 均达 3 0 m， 较 小 的空心 板其 跨度 也 已达 2 2 5 m， 且 各 块 板之 问 现 互连 ， 形 成大 面积联 片空 心板 ， 需 要合理 设 计 以明确 各块 板 上楼 面荷 载 的传 递 方 向 ， 减 小 对 边 梁 的不 利 影 响 。 2 ) 由于 本 工 程 空 心 板 跨 度 大 大 超 出 预 应 力 空 心板应用的经济跨度， 因此设计 中在保证足够承载 力并 保 证 良好 的正常使 用 功能 的前 提下尽 量减 小截 面 ， 合理布置空心块的位置， 优化普通钢筋重点是预 应力筋 的配置 ， 使设计方案既安全又经济合理。 2 2设计 方案 1 ) 西楼空心板长短跨比大于 2 ， 按单向板设计 ， 板荷载主要传递到东西侧边梁 。东楼除西南部位空 心板两 方 向跨度 相等 按双 向板设 计 向四周 边梁 传递 荷 载 外 ， 其他 空心板 两边 之 比虽 小 于 2 ， 为 明确 荷 载 传递同时使设计更加安全也按单 向板设 计 ： 北侧 空 心板荷载主要 向数字轴边梁传递 ； 南侧单项空心板 则主要 向字母轴边梁传递荷 载， 这样每道框架梁只 主要承担一侧空心板传来 的荷载 ， 梁、 板的的受力状 态承 担 的荷载 均非 常 明确 。 2 ) 空心板 的边 界条件对其截面尺寸及 配筋 数 量影响较大 ， 直接影响工程的经济性。本工程经 比 较最终确定除东楼北侧两块连续的单项板本身已是 一 端嵌 固外、 一端铰接外 ， 每块空心板相邻短跨亦构 造性设计为比本空心板截面稍小的空心厚板， 预应力 26 及普通钢筋贯通布置 ， 使每块空心板均形成一端嵌 固 、 一端简支 的边 界 支撑 形 式 。经 计 算 比较 ， 比两 端 简支形式的设计结果 ， 截面高度普遍降低 2 0 3 0 c m， 同时预应力及普通钢筋用量大大降低 ， 正常使用状 态 的变形 及 裂缝宽 度亦 有很 大改 善 。预应力 筋 曲线 见图 5 。 8 _上 ，一 、 - - ， 一 + 0 J 2 工 ， 图 5预应 力筋 曲线 3 ) 各板中框架柱位 置设置暗梁 ， 相邻板 同一轴 线位置暗梁宽度相等 ， 普通钢筋贯通 ， 及构造加强了 预应力 空心 板 ， 同时 与 各 排 柱形 成 了实 际 的 连续 框 架 ， 提 高 了结 构 的抗 震 性 能 。针 对 暗 梁 承 担 荷 载 范 围对其单独进行承载力计算 ， 确定 暗梁 中普通钢筋 及预 应力 钢筋 的配置 数量 ， 保证 结构 的安 全 。 4 ) 为保证设计方案的经济性 ， 对 于建筑材料的 选择 ， 普通钢筋 即为普通三级钢 ； 预应力筋 为直径 1 5 2 m m 高 强 低松 弛 预应 力 混 凝 土用 钢 绞 线 ； 肋 梁 间空 心 块 的 高 度 主 要 有 三 种 6 0 0 m m、 7 0 0 i n m、 9 0 0 r f l m， 平 面 尺 寸 5 0 02 0 0 0 m m 不 等 ， 本 工 程 设 计 方案 采用空 心块 上下 叠放 ， 平 面拼接 的 方法 ， 只采 用三种高度 ， 平面尺寸均为 5 0 0 mm 5 0 0 mm的常 规尺寸空心块 即满足了设计要求 ， 大大减少了空心 块 的规格 ， 降低 了工程 成本 ， 做 到 了使 用常 规材 料 完 成 非 常规工 程 。预应力 空 心板剖 面 图见 图 6 。 l ! 1 2 0 0 m m单向板 l 2 驾 i 8 0 0 mm 单向板 1 0 0 0 mm单向板 图 6预 应 力 空 心 板 剖 面 3超 大 跨预应 力 空心板 施工 3 1超 大 空心板施 工难 点 1 ) 本工程楼层高， 预应力空心板联 片布置面积 大、 自重及施工荷载都很大 ， 首先要保证模板支撑体 系 的安全 稳定 。 2 ) 空心块尺寸精确 ， 要求肋梁 、 暗梁普通 钢筋 平面定位必须准确 ， 须严格控制上下层钢筋外侧及 其与空心块之间的保护层厚度 ， 重点要保证预应力 筋 的矢 高 。 第 3 9卷 冯智 勇： 超 大跨度 预应力混凝土 空心楼板设计 与施 工 第 8期 3 ) 肋梁宽度小 ， 其 中预应 力筋配置较 多， 施工 中需 要 合理 布 置预 应 力 筋 张 拉端 、 锚 固端及 肋 梁 中 的横 向位置 ， 减小不必要的预应力损失 ， 保证有效预 应力的施加 ， 实现设计 目的， 保证结构安全。 4 ) 抗 浮历 来是 空 心 板施 工 中 的控 制 难 点 ， 对 工 程 质量 影 响 巨大 。本 工程 空 心 板 的高 度 大 、 空 心 率 高， 空心块材质轻、 体积大 ， 单位 面积 的浮力较一般 空 心板 大 的多 。 例如 1 2 0 0 mm厚单 向板空心率约为 4 5 ， 单 位 面积 上 的浮力 约 为 ： =1 4 p 混 凝 土 +p 空 心 率 h 板 厚 = 1 4 2 5 0 0 1 0 45 1 2 = 1 8 9 kNm 因此 抗 浮措施 成 为施 工控 制 的重 中之重 。 5 ) 板厚、 空心块体积大、 肋梁及暗梁钢筋密， 使 得 保证 混凝 土 的浇 筑质 量成 为本 工 程 的又一难 点 。 3 2施 工 控 制 1 ) 由于楼层 高 ， 一 、 二 层 顶 大 面 积 区域 中空 ， 导 致 图示 三层 顶 空心 板板 下支 撑 高度 普遍 高达 6 m 以 上 ， 局部甚至高达 1 2 m。因此模板施工前经理论计 算 、 结合施工经验并组织专家论证 ， 最终确定了模板 的施工方案 。采用碗扣式脚手架 ， 支撑立杆 、 主次龙 骨均适 当加密 ， 支撑立杆按定 位图准确就位。为保 证下 层 顶楼 板表 面 不 受 到破 坏 ， 立 杆 下铺 设 通 长 木 板 ， 楼板 下支 撑 也适 当加 密 。 2 ) 为保证普通钢筋准确定位 ， 在模板验 收完毕 后 ， 使用油漆将轴线 、 肋梁 、 暗梁的位置标明， 然后按 照钢 筋 的上 下层 关系 进行 绑扎 。 3 ) 在底铁与模板间 ， 上下铁与空心块间 ， 肋梁、 暗梁 箍筋 与 空心 块 间设 置 水 泥垫 块 ， 以保 证 普 通 钢 筋 的保护 层厚 度 ， 同时 起 到 了 限制 空 心块 水 平 移 动 的作 用 。 4 ) 预 应力 筋 的铺设 在底铁钢筋 ， 肋 梁、 暗梁 钢筋绑扎 基本完成 以 后 ， 依据施工图纸中预应力筋矢高的要求 ， 考虑预应 力 筋 集 团束及 定 位钢 筋 的直 径 ， 按 照 间 距 1 m 左 右 焊接定位钢筋 ， 保证预应力筋的合力点与设计一致 。 穿 人 预应 力筋 并将 预应 力 筋 与定 位 钢 筋 绑 扎 牢 固 ， 保证预应力筋曲线顺滑 。穿筋过程中预应力筋严禁 接触电焊 ， 避免碰伤预应力筋外包塑料皮 ， 如有破损 及 时用 胶 带缠 补好 。 5 ) 本 工程 空 心 板 肋 梁 窄 ， 预 应 力 筋 配 筋 较 多 ， 例 如 1 2 0 0 m m 高单 向板 2 0 0 mm 宽肋 梁 中配 置 1 0 根 预应 力 筋 ； 1 0 0 0 m m 高 双 向板 3 0 0 m m 宽 肋 梁 中 配 置 1 2根 预应 力 筋 。为减 小 预 应 力 筋 在端 部 偏 转 角度 ， 减低节点位置产生的不必要 的预应力损失 ， 施 工中锚固端在边梁 中前后错开布置 ， 张拉端上下分 两到三排布置 ， 每排三到 四根预应力筋 ， 保证合力点 与设计 相 同 。肋 梁 张拉端 预应 力筋 布置见 图 7 。 图 7张 拉 端 节 点 示 意 6 ) 在肋 梁交 叉处 及 肋 梁 、 暗 梁 中各 空 心 块 角部 设 置抗 浮 点 。根 据 本 工 程 空心 板 高 度 达 的 特点 ， 若 按常规抗浮点铁丝从上层钢筋直接连接到模板下支 撑体系的加 固方法 ， 铁丝过长 ， 受力时产生的变形较 大 ， 浇筑 混凝 土 时 也容 易碰 断 。经 比较 最 终确 定 抗 浮点 设 置 的抗 浮 传力 途 径 如 下 ： 空心 块 上浮 力 楼 板 上 铁 肋 梁 箍 筋 或 连 接 铁 丝 楼 板 底 铁 抗浮 点 铁 丝 模 板 体 系 。抗 浮 点采 用 1 2 号铁丝 ， 在楼板底铁上层筋两侧模板打孑 L ， 铁丝穿过 模板在模板龙骨一侧拧 紧， 将楼板底铁上层筋与模 板 固定 牢 固 ， 见 图 8 。 图 8 抗浮点措 施详 图 肋梁上铁和 板上铁 肋梁下铁和 板下铁 7 ) 混 凝 土 采 用 分 两 到 三 层 浇 筑 ， 空 心 块 中心 设 有 观 察 孔重 点 保 证 混 凝 土空 心 块 下 方 混 凝 土 的 密实 。认 真振 捣 ， 尤 其 是 承 压 板 、 锚 板 周 围 的混 凝 土严 禁 漏 振 ， 不 得 有 蜂 窝 或 孔 洞 ， 保 证 密 实 。振 捣 时 ， 应 避 免踏 压 碰撞 预 应 力 筋 、 架 立 筋 以 及 端 部 预 埋 部 件 。 8 ) 预应力筋张拉 本 工 程 空心 板 平 均压 应 力 较 大 ， 要 求 混 凝 土强 度达到 1 0 0 设计 强度 后方可张拉， 张拉前严禁拆 除 板下 支撑 。为 避免 张拉 对 结 构产 生 不 利影 响 ， 施 (下转 第 6 0页 ) 2 7 第 8期 周 尚永 ， 等 ： 煤矸 石热活化技 术及其活性评价探讨 第 3 9卷 胶凝 活性 。随着对 煤 矸 石 的不 断深 入 研 究 ， 煤 矸石 的活化技术及活性评价方法也得到了不断的完善 ， 但 是从 目前 的研 究 现状 看 ， 还 存 在 以下 2个 方 面 的 问题 。 煤矸石活化方面 ： 煤矸石在建材水泥行业利用 的前提是通过一定方法激发其潜在活性 ， 其活化技 术主要有热活化、 机械活化 、 微波辐照活化， 碱激发 等 ， 其活化 目的主要是促进 活性 A 1 O 和 S i O ： 的生 成 ， 从而 提高 其 胶凝 活 性 。这 些 活 化 技术 中研 究 相 对较多技术较成熟效果较好 的是热活化技术 ， 热活 化 制 度对煤 矸石 性能 影响 的研 究应是 一个 系统 的研 究工程 ， 对于煅烧温度， 研究者们普遍认为煅烧温度 在 5 0 0 8 0 0 之间效果最好 ， 而煅烧温度 只是热处 理 的一部 分 。煅烧 制 度 还 包括 热 处 理 方法 、 保 温 时 间、 冷却方法等 ， 关于热处理方法 、 保温时间、 冷却方 法还 没有 比较统 一 的说 法 。同 时 ， 由于煤 矸 石 的 矿 物组 成及 性 能 因地 域 不 同而 有 很大 差 异 ， 活化 的 工 艺参数不易控制 ， 对于不同地区的煤矸石 ， 要通过试 验来确定适宜的激活参数 ， 不利于大规模的生产。 因此 ， 开发简单 、 高效 、 适应性强的煤矸石 的活 化途径 ， 如 采用将 物 理 激 活 、 热 激 活 、 化 学 激 发等 手 段 同时使用 ， 同时开发 出一种激 发剂 ， 这种 激发 剂 能 根据不同品质的煤矸石调节其掺量达到激活效果 ， 同时又能避免碱激发剂 引起 的水泥耐久性不 良问 题 ， 这是我们今后对煤矸石活化研究的重点。 活性 的评 价 方法 ： 目前 的活性 评 测 方法 主 要 是 强度 法 ， 强 度 评价 法与其 它方 法相 比更具 有综 合性 ， 但是 这种 方法 耗 时 太 长 ， 检 测 不太 方 便 。也 有 人 利 用活 性硅 铝溶 出量 、 石英 的结 晶度 指标 、 X P S评 价 法 以及 聚合度评价法来判断煤矸石的活化程度 。 这些 方法都能在一定程度上反映煤矸石胶凝活性变化规 律 ， 但是对于胶凝活性变化敏感性较低 ， X P S评价法 及 活性 硅铝 溶 出法 受实 验 条 件 影 响 ， 容 易 引起 较 大 误 差 。到 目前 为止仍 没有 哪种方 法 可以快 速准确 评 定煤矸 石 活性 ， 因 此开 发 一 种 快 速 、 方便 、 有 效 的评 定煤 矸石 活性 的方 法也将 成 为我们 今后 研究 的重 点 之 一 。 总而言之 ， 煤矸石的活化技术及其活性评价均 有待进一步研究 ， 如能实现将煤矸石作为胶凝材料 在建筑行业的广泛应用 ， 这对废弃 物“ 变废 为宝” ， 改善环境 ， 推动经济的可持续性发展 ， 都具有非常重 要 的意义 。 参考文献 1 G K a k a l i ， T P e r r a k i ， S T s i v i l i s ， E B a d o g i a n n i s T h e r ma l t r e a t me n t o f k a o l i n ： t h e e ff e c t o f m i n e r a l o g y o n t h e p o z z o l a n i c a c t i v i t y J A p p l i e d C l a y S c i e n c e ， 2 0 0 1 ， ( 2 0) ： 7 3 8 0 2 A S h v a r z ma n ， K K o v l e r ， G S G r a d e r b， G E S h t e r b T h e e f f e c t o f d e h y d r o x y l a t i o n a mo r p h i z a t i o n d e g r e e o n p o z z o l a n i c a c t i v it y o f k a o l i n t eJ C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，2 0 0 3，(3 3) ： 4 0 541 6 3 R a f a t S i d d i q u e ， J u v a s K 1 a u s I n fl u e n c e of me t a k a o l i n o n t h e p r o p e r t i e s of mo r t a r a n d c o n c r e t e： A r e v i e wA p p l i e d C l a y S c i e n c e， 2 0 0 9， ( 4 3 ) ： 3 9 24 0 0 4 王文宗， 汪智 勇， 张 文生 ， 等 煤矸 石 的活化过程 及其胶 凝活 性 试验研究 ， 2 0 0 9， 2： 3 33 6 5 A K C h a k r a b o r t y ， D K G h o s h R e e x a m i n a t i o n o f t h e k a o l i n i t e t o mu l l i t e r e a c t i o n s e r i e s J Am Ce r a m S o c ， v o 1 6 1， No 3 4： 1 7 0 1 7 3 ( 1 9 7 8 ) 6 张智强 ， 袁润章 高岭石脱 ( O H) 过程及其 微结构变化 的研究 硅 酸盐通报 ， 1 9 9 3 ， 6 ： 3 7 4 1 7 王海霞 ， 倪文 ， 黄屹， 等 用活化煤矸石制备新型胶凝 材料 J 金 属 矿 山 ， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 1 6 51 6 8 8 旭艳 煤矸石活化过程 中结构特性 和力学性 能的研究 J 硅酸 盐学报 ， 2 0 0 4， 2 ( 3 ) ： 3 5 83 6 3 9 先伟 ， 牛季收 煤矸石活性激发方法探讨 J 平顶 山学 报 ， 2 0 0 7 ， 1 6 ( 6 ) 4 24 5 1 O S w a my R N C e me n t r e p l a c e me n t ma t e r i a l s【 M】S u r r e y S u r r e y Un i v e r s i t y Pr e s s， 1 9 8 6， 8： 2 7 31 1 1 张吉 秀， 孙 恒虎 ， 万 建华 ， 等 煅烧 煤 矸石 胶 凝活 性 评价 方法 J 哈尔滨工业大学学报 2 0 1 0， 4 2 ( 9 ) ： 1 4 3 81 4 4 3 1 2 文标 ， 冯 向鹏 s i ( A 1 ) O 四面体聚合度对 N a+固化性能 的影 响 J 机械工程材料 ， 2 0 0 9 ， 3 3 ( 6 ) ： 4 0 4 4 ( 上 接 第 2 7页 ) 工中按 照从两边向中间的顺序对称张拉 ， 保证 了大 板受 力均 匀 。 4 结语 通过对安徽省淮南市全民健身综合训练馆工程 预应力空心板工程 的设计与施 工， 对超大跨度超厚 预应力空心板有 了进一步 的认识 ， 在方案设计和施 工控制 中取得 了一定 的成果和经验 ， 值得在今后类 60 似工程中推广应用。 参 考文献 1 王超 ， 等 2 7 m跨现浇预应力空心楼板施工技术 北京 ， 建 筑技术 开发 ， 2 0 0 9， ( 1 ) 2 陈国文 现浇 大跨 预 应 力混 凝 土空 心 板施 工 福 建 建设 科 技 ， 2 0 0 9 ， ( 4 ) 3 徐妍 大 跨度 现浇 双 向 预应 力 空心 板 的 优化 设 计 广 东建 材 ， 2 0 1 1。 ( 7)