预应力混凝土双T板在工业厂房的设计与施工.pdf

2 0 1 2年第 3期( 总 1 8 4期 ) 安徽建筑 _ - I = 一 施 工 技 术 研 究 与 应 用 预应力混凝土双 T板在工业厂房的设计与施工 Do u b l e T Sl a b o f Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e i n t h e De s i g n a n d Co n s t r u c t io n o f I n d u s t r i a l Bu i l d i n g s 窦本 良 ( 安 徽 省 纺 织 工 业 设 计 院， 安 徽 合 肥 2 3 0 0 0 1 ) 摘 要 ： 文章结合具体工程实例 ，对某企业厂房设计进行了阐述， 通 过设计和使 用预 应力双 T板 。 解决工业厂房 大跨度 、 重荷 栽、 耐腐蚀 、 高湿度等问题； 并对双 T板设计、 施工及注意的问题做了详细的介绍。 关键词 ： 工业厂房设计； 预应力双 T板设计； 施工设计 中圈分 类号 ： T u3 7 5 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 0 0 6 8 0 2 0 引 言 随着工业厂房对大跨度、 重荷载、 耐腐蚀 、 高湿度等要求， 采用部分预应力混凝土框架结构。施工周期较长 ， 现场张拉工 作量大， 造价相对较高。若采用轻钢结构厂房， 重荷载、 耐腐蚀 问题无法解决。 采用预应力双 T板 ， 既能解决大跨度、 重荷载问 题， 又能解决耐腐蚀问题。 1 大跨度、 重荷载、 耐腐蚀厂房设计 浙江某科技股份有限公司超薄型耐温电容薄膜项 目， 根据 工艺要求， 厂房柱网为 2 4 m + 2 7 m+ 2 4 m三跨， 开间为 6 m的单层 厂房。 屋面板下最大高度 1 3 5 m， 每跨内设 2台2 0 t 行车。该厂 房洁净度要求高， 局部 3 0 0 0级净化， 屋面板下有较多风管和吊 挂荷载。该项 目 距海边约 l O k m ， 有强台风及海风的腐蚀 ， 不能 采用轻钢结构厂房。通过方案比较， 厂房采用单层三跨混凝土 框排架结构， 即柱距方向( 纵向) 按现浇框架设计 ， 板跨方向按 排架设计。纵向框架梁承重， 上铺预应力双T板。 传统的屋架加屋面板的屋盖体系， 是理论上公认的“ 无限 刚屋盖” ， 排架结构的计算假定有： 排架柱上端与屋架( 屋面 梁) 铰接， 下端固定于基础顶面； 屋架式屋面梁轴向变形忽略 不计 ， 即横梁简化为刚性杆； 该体系在一个柱间范围内仅由一 榀屋架将水平力传到柱头， 而屋盖的整体刚度则通过屋盖连接 和支撑系统保证。根据 建筑抗震设计规范 ( G B 5 0 0 1 1 - 2 0 1 0 ) 规定 ， 两个主轴方向柱距均不小于 1 2 m、 无桥式起重机且无柱 间支撑的大柱网厂房， 柱截面抗震验算应同时计算两个主轴方 向的水平地震作用， 并应计入位移引起的附加弯矩。 双T板屋盖体系由双 T板和纵向梁组成， 其竖向荷载传力 路线是将双 T板荷载传至纵向梁上，纵向粱将荷载传至柱头， 纵向梁和双 T 板组成一个空间体系。本项 目 双 T板最大跨度 2 7 m， 为增加屋面的整体刚度 ， 在预应力板上增设 4 0 m m厚度 收稿 日期： 2 0 1 2 - 0 4 - 2 6 作者 简介： 窦本 良( 1 9 5 6 -) ， 男， 安徽合肥人 。 的细石混凝土，双 T板翼缘连接方式见文献中的 “ b 混合连 接” ， 集干式与湿式两种连接于一体， 连接中既有机械连接件， 又有混凝土后浇层。双 T板平面内可假定为无限刚， 板跨方向 符合排架计算假定。柱距方向纵向梁与柱刚接按框架计算。根 据两个方向计算的结果， 对柱和基础 ， 两个主轴方向都应验算， 而不是仅按排架结构单独验算柱的跨度方向。 规范中并未对混凝土排架结构柱顶位移或层间位移角做 出限制 ， 排架结构变形能力要强于框架结构 ， 钢结构变形能力 要强于混凝土结构。 因此， 根据相关规范的规定， 对混凝土框排 架结构柱顶位移或层间位移角限值， 可在框架及钢结构的基础 上适当放宽。 本工程双 T板跨度 2 7 m， 超过国标图集板最长 2 4 m的限值， 为安全起见， 将柱顶位移控制在 1 1 5 5 0以下。 建筑 抗震设计规范 ( G B 5 0 o l 1 - 2 0 1 0 ) 第 5 5 1 条指出： 单层工业厂 房的弹性层间位移角需根据吊车使用要求加以限制， 其标准严 于抗震要求， 因此本项目不必再对地震作用下的弹性位移角加 以限制 。 双T板厂房为空旷的钢筋混凝土框排架结构 ，梁上荷载 较大， 无柱间支撑， 尤其是角柱和变形缝两侧的柱更为不利。 为 安全起见， 需同时满足排架和框架柱的要求。对于角柱及变形 缝两侧柱 ， 需按框架结构抗震要求加强 ， 如乘 以 1 1 的增大系 数、 角柱箍筋全长加密等。其他构造措施仍需满足双T板图集 要求。 根据文献的研究成果， 当双 T板厂房体系承受吊车的水 平作用时， 吊车先将荷载传至吊车梁 ， 再由吊车梁以点的作用 形式传至与其相邻的两根厂房柱， 这两根柱再通过纵向粱将荷 载传至其他柱子。通过计算， 如果水平弯矩值与竖向弯矩值相 比很小， 则认为该梁为无限刚梁， 水平弯矩可不加考虑； 如果水 平弯矩值很大时， 则纵向梁的设计就要同时考虑水平和竖向两 个方向的弯矩。 如果随着纵向框架梁截面惯性距 I 值的增加 ( I 值为 Y 轴的截面惯性距) ， 纵向梁的水平弯矩在减小， 且随着混凝土的 E值增大， 在相同 I 值的情况下， 弯矩值也在减小。可见纵向梁 的水平抗弯刚度越大， 混凝土的级别越高， 纵向梁的水平弯矩 越小， 即结构空间刚度越好。 国标图集 预应力混凝土双T板 ( 0 8 s G 4 3 2 2 、 3 ) 要求双 T 板在支座上的搁置长度： 双 T板长 2 4 m时， 不小于 2 5 0 ram。本 项目的厂房每跨内均设有 2台 2 0 t 吊车，且双 T 板长为 2 7 m 。 结合文献的研究成果( 加大纵向梁的宽度 ， 即增加 Y轴的截面 惯性距 ， 可加大结构的空间刚度) ， 梁宽定为6 0 0 m m， 以满足板 的搁置长度要求 ， 同时也增加了厂房的空间刚度。 施 工 技 术 研 究 与 应 用 至筑 _ 安徽建筑 2 0 1 2年第 3期( 总 1 8 4期 ) 2预应力混凝土双 T板设计 该厂房柱网跨度为 2 4 m+ 2 7 m+ 2 4 m三跨 ， 开间为 6 m， 系单 层混凝土排架结构。厂房内屋面板下最大高度 1 3 5 m， 屋面上 有较大的吊挂荷载。目前国标双 T板图集板长只有 2 4 m， 板长 和承载都不能满足其要求。 为此根据该项 目使用要求， 对 2 4 m、 2 7 m双T板进行设计。 2 4 m板 ， 长 2 3 9 8 0 m m， 宽 2 9 8 0 mm ， 高 l O 0 0 mm， 平板厚 5 0 mm，肋梁宽 1 2 0 m m，根部 1 6 8 ，梁 间距 1 5 m，每边挑 出 7 5 0 m m。 内配 西b 5钢筋网片， 2 6根 1 5 2 ram预应力钢绞线 ， 每块板重 2 4 t 。 2 7 m板 ， 长 2 6 9 8 0 m m， 宽 2 9 8 0 m m， 高 6 7 0 m m l O 0 0 m m 双坡板 ， 平板厚 5 0 m m， 肋梁宽 1 2 0 mm， 根部 1 6 8 ， 梁间距 1 5 m ， 每边挑出7 5 0 m m。 内配 中b 5钢筋网片， 2 8根 1 5 2 ram预应 力钢绞线 ， 每块板重 2 7 t 。 根据业主要求， 屋面防水采用刚性加柔性两道防水 ， 其做 法 自上而下为 ： 4 0厚刚性防水 C 2 0细石混凝土。 内配 e l , M 1 5 0双向网 片 ； 6 m6 m分仓缝； 2 0 厚 1 ： 3 水泥砂浆找平层； 4 0 厚聚苯保温板； 1 2厚聚氨脂柔性防水层； 4 o厚 C 2 0细石混凝土， 内配 6 1 5 0双向钢筋网， 随浇 随抹平； 吊平顶 、 净化板及风管 0 6 k N m ： 。 双 T板上荷载 3 2 k N m2 ( 含板 自重) Q 4 5 4 k N m ； Q q = 3 4 k N m ； Q 3 7 k N m 分别对双 T板在自重及板铺装荷载、活载作用下的强度、 挠度进行验算。 3 预应 力混凝土双 T板施工 由于板自重较大 ，吊装方案应组织论证通过后方可实 施，特别应注意场地土的压实和承载力检测及场地周边排水， 防止雨水浸泡。 临时道路、 吊装场地地面承载力计算。 地面做法：原始土夯实后采用铺 4 0 0厚块石垫层 ，用 3 0 t 压路机压实， 压实系数为 0 9 40 9 7 ， 压最后两遍时压陷差应 小于 2 mm。 地面承载力计算 ： 3 0 t 压路机压轮与地面接触面积约为 2 5 m0 2 5 m = 0 6 2 5 m 2 ， 3 0 t 压路机 自重为 2 9 4 k N，地面承载力 F g = 2 9 4 0 6 2 5 = 4 7 0 4 k N m2 。 撑脚基础地面的平均压力 ： 吊机自重 8 3 t = 8 1 3 4 k N， 板 自重 2 7 t = 2 6 1 3 k N， 每个撑脚受力 P = N A = ( 8 1 3 4 + 2 6 1 3 ) ( 1 5 X 0 2 X 3 4 ) = 2 9 8 5 k N m F g = 4 7 0 4 k N m 2 , 地面承载力能满足撑脚压 力要求 。 垫木承载力计算： 根据 木结构设计规范 ( G B 5 0 0 0 5 2 0 0 3 ) 。 松木垫木的抗压强度为 1 0 k N m m 2 ， 室外系数为 0 9 ， 施工系数 为 1 2 ： 1 0 0 9 X 1 2 = 1 0 8 N m m 2 = 1 0 8 0 0 k N m 。 吊机撑脚对垫木的压力计算 ：吊机撑脚面积 A - - 0 4 m X 0 4 m= 0 1 6 m 。 P = N A = ( 8 1 3 4 + 2 6 1 3 ) 0 1 6 = 6 7 1 6 8 7 5 k N m 1 0 8 0 0 k N m ， 垫木能满足吊机压力要求。 肋梁底 四角的预埋板 ，与纵向框架梁上的预埋钢板焊 接， 不平处用钢板垫平后再焊。 应待双 T板在梁上就位后， 先焊 端部外侧， 且只焊板一端， 焊缝长度应不小于 1 0 0 m m， 焊缝高度 均不应小于 6 m m ， 待屋面铺装荷载上去后 ， 再焊另一端， 防止 板两端同时焊死。 铺装荷载上去后， 板的挠度变化， 板内力将板 端部的预埋件拉裂开。详按国标图集 预应力混凝土双 T 板 ( 0 8 S G 4 3 2 2 、 3 ) 。 双 T板全部就位后 ， 板面须清扫干净， 在翼缘预埋件处 用 西1 4通长钢筋焊牢 ， 板缝内设置 2 1 0的通长筋 ， 接缝处支 模， 需先将板缝用细石混凝土灌实后， 再浇板面上的 4 o厚 C 2 0 细石混凝土， 内配 6 1 5 0双向钢筋网( 屋面下的吊挂钢筋可 穿过翼缘板与后浇层内的钢筋焊牢) 随浇随抹平 ， 增加屋面整 体刚度 。 屋面防水、 保温按要求施工， 具体参照国标图集 预应力混 凝土双T板 ( 0 8 S G 4 3 2 2 、 3 ) 要求施工。 外侧天沟防水层在屋面铺装荷载上去后再做 ， 防止板挠 度变化， 板端与梁之间产生水平裂缝漏水。 经现场测试的相关数据与理论值基本吻合， 该项目已竣工 验收， 设备已投入生产， 该项 目建设受到业主好评。 4 结语 通过对有特殊要求的双 T板科学设计与施工， 双 T板适合 在大跨度 、 重荷载、 高湿度、 有腐蚀的工业厂房中使用 ， 也适合 在密封性高的洁净厂房中使用。 与部分预应力混凝土框架结构 和轻钢结构单层工业厂房相 比， 双 T板有着独特的、 不可替代 的市场空间。双 T板 目前在国外可用于楼层车库， 随着研究的 深入， 以及在其他结构体系应用的研究 ， 使其研究成果更具有 普遍适应性， 双 T板将有着更大的发展空间。 参考文献 【 1 】 尚晓海， 鲁海方结合“ 莱恩钢帘线股份有限公司大中拉车间” 浅析 双 T板单层工业厂房设计【 J 】 _ 科技信息， 2 0 1 1 ( 2 6 ) 2 】 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范【 s 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 01 0 【 3 】 庞瑞， 梁书亭， 朱筱俊 国外预制混凝土双 T板楼盖体系的研究 J 】 工业建筑， 2 0 1 1 ( 3 ) 4 】 赵成文， 白阳， 高连玉， 代俊杰 双 T 板单层工业厂房结构空间刚度 的研究 J 】 沈阳建筑大学学报， 2 0 0 7 ( 4 ) 【 5 】 王海飙， 杨海旭， 孙即超大型双T板的吊装施工技术探讨 J 】 森林 工程 ， 2 0 0 6 ( 2 ) I 一 I = = = = = - 一 施 工 技 术 研 究 与 应 用 主筑 _