无粘结预应力钢筋在大跨度混凝土薄板施工中的应用.pdf

第3 3 卷第8 期 Vo 1 - 3 3 No 8 建筑施工 B UI L DI N G C 0 N S T R UC T 1 0 N 无 粘 结 预 应 力钢 筋 在 大 跨 度 混 凝 土 薄板施 工 中的应 用 Unbo nde d Pr e s t r e s s e d Re i nf o r c e me nt Ap pl i e d t o Lo ng - Sp a n Thi n Co nc r e t e S l a b Co ns t r u c t i o n 口 袁 健 ( 上海浦东新区建设工程安全质量监督站 2 0 0 1 3 5 ) 【 摘 要 】 以上海世博村 B地块的住宅结构工程施工为例 ，介绍大跨度结构板上预应力钢筋矢高的精确定位方法、预应力双 向板挠度理论计算以及安装工程在预应力施工中的优化改进。工程实践表明：该技术满足了设计要求，既加快了 施工进度又节 省 了施工 费用 ，可为今后 同类型 工程提供 经验 与借 鉴。 【 关键词】预应力钢绞线 钢筋支架 理论计算 I C J B G镀锌管 【 中图分类号 】 T U 7 5 6 _4 + 4 ， 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 6 8 8 0 3 1 工程概况 上海世博村( B地块 ) 公寓式酒店工程一标段工程基地 位于规划的世博村内， 基地形状成三角形。B 1 含有 1 2 幢新 建建筑及两个相对独立的地下室。本工程建筑 面积 1 2 5 7 0 9 m ，其中地下室建筑面积 2 8 2 3 8 m 。根据设计图纸所 示， 本工程上部结构住宅开间进深均分别为 6 6 m 、 8 1 m 。 本工程上部为框架一剪力墙结构 ， 楼层为 8层 2 0层。 每层的楼面均采用了无粘结预应力技术 ， 板厚 1 5 0 m m 。 1 栋 的少量框架梁中采用了无粘结预应力技术。 本工程楼板无粘结预应力筋均为双向配置。 按照设计要 求，预应力筋采用 l 8 6 0 M P a级、张拉控制力取 1 8 2 k N ， 西1 5 2 4 m ll l 低松弛钢绞线。预应力板的混凝土设计强度为 C 3 5 ， 设计间距为 5 0 0 m m 、 7 0 0 m m ( 图 1 ) 。 上 v v d 。 E ： C 一 ， ， ) ： 图 1 预应 力钢 筋配筋平面示意 2 工程难点分析 ( 1 )大跨度结构板上预应力钢筋的矢高定位是难点 【 作者简介 】 袁健( 1 9 7 8 - ) ， 男， 本科， 工程师。联系地址： 上海 市 崮山路 6 5 0号( 2 0 0 1 3 5 ) 。 【 收稿日期】 2 0 1 1 - 0 7 2 0 根据设计要求，本工程预应力钢筋均为曲线型布置 ， 且 设计图纸明确设定了曲线布置的线型。 由于本工程预应力结 构大多存在于楼板结构中， 楼板结构的一大特点就是本身结 构尺寸较少 ， 若在预应力钢筋的线型定位过程中， 产生了较 小的偏差， 这都可能对预应力钢筋设计张力值产生较大的偏 差， 从而加剧下曲挠度的产生或引起反拱现象。 因此， 如何在 薄板结构中正确定位预应力钢筋 ， 确保设计张力， 是本次施 工亟待解决的一项任务。 ( 2 )大跨度预应力结构的较大下曲挠度是影响施工的 难 题 大跨度结构在自身重力及活荷载作用下， 大多数会产生 比较大的下曲挠度，根据以往施工经验在大跨度构件中， 在 结构施工期间适当的起拱将有利于消除这类现象。 因预应力 构件的挠度有别于普通钢筋混凝土构件 ， 所以， 正确预估预 应力构件的下曲挠度或是反拱值对于排架搭设起拱施工， 起 着至关重要的作用。 ( 3 )高密度的预应力筋分布， 为安装施工带来困难 本工程预应力钢筋布置密度极高， 预应力钢筋的间距为 5 0 0 m m 、 7 0 0 m m两种规格 ， 加之本工程楼 板中各类预埋管线 众多。 如此高密度的排布施工应按照设计要求的确保结构施 工第一， 更不得随意破坏预应力钢筋的的原则 ， 给安装布管 施工带来了极大的困难。 3 主要技术措施 3 1大跨度结构板上预应力钢筋的高精度矢高定位 我们的主要研究思路是， 根据设计图纸所示预应力钢筋 线型 ， 按照抛物线型预先设定出各位置矢高， 如图 2所示。 袁 健 ： 无粘结预应力钢筋在大跨度混凝土薄板施工中的应用 第8期 荤 苎 毫 霉 暑 晕 钾 ， 肇 瞳 一 一一j一 ， 一 ! ， ； 一 _2 一 一 一 l 臻 I Rl 0 0 一一 一一一 一一一一一 一 一一 一 一。 一 一。一 。一一一 一一 4 _。 ， 图2 预应力钢筋矢高定位理论标示 由于预应力钢筋线型较多， 采用以往施工经验中的定型 塑料垫块将钢筋预设到位的方式， 难以满足众多预应力钢筋 的矢高定位 ， 故我们经过大量现场试验 ， 最终选定采用现场 废旧预制短钢筋支架作为矢高定位的工具。 这是因为现场制 做的短钢筋具有灵活机动性， 能满足各种线型的预应力钢筋 矢高定位 ， 可大大提高定位精度 ， 并确保施工质量达到优质、 合格的标准。 其具体的操作方法为 ： 预应力钢绞线定矢高前 ， 先进行 板底筋的绑扎，然后根据设计图纸进行矢高钢筋定位及固 定。需要注意的是 ： 板中预应力筋的定位要考虑到钢绞线本 身的直径； 所有支架钢筋的规格为 1 2 m m ； 板钢绞线的定 位钢筋间距应控制在 2 0 0 0 r i m左右。 3 2 大跨度预应力双向板的挠度估算 本工程采用理论分析与工程实践相结合的方式， 通过对 大跨度预应力双向板的理论挠度试算， 预估得出了在外力作 用下 ， 大跨度预应力双向板的下区挠度或反拱值， 以便在施 工中合理排架搭设标高来控制尺度。 图 3为大跨度预应力双 向板挠度理论计算方式。 | 7 墨 翌呈 兰 銎 一 ； 五 鬲 盖 盂 岙 矗 番 面 噩 爱 舌 主 丢 一 ， 等效均布荷戴口 图 3 计算模 型 ( 1 )弯矩 M ， 等效均布荷载 ， 轴心压 力 均由预应力 钢筋张拉控制力 口 引起 ； ( 2) 设计张拉控制应力 D 取 1 8 2 k N ； ( 3 )由于按照四面固结支座进行计算模型的选定 ， 故弯 矩 M可忽略其对板的不利影响，再则轴心压力 v 不会引起 板内弯矩及挠度变形， 故也可忽略起影响。 整个双向板结构， 在竖向均布荷载的作用下， 计算其挠度变形。 荷载取值 厚 1 5 0 m m的结构板 自重荷载取值 G = 3 7 5 k N m 活 荷载 按设 计图纸取值 Q = 2 k N m 。 取预应力钢筋作为受力单元进行分析， 预应力钢筋在受 到张拉后将对混凝土产生向上的张力( 可将此力近似为一个 等效果均布荷载 ) ， 根据牛顿定律可知， 预应力钢筋将受到一 个向下作用同数值的反力。 计算模型及其受力分布情况见图 4 o 根据受力平衡条件可建立平衡方程为： 图4 预应力钢筋计算模型 n f _- Q o 7 X 8 ( 1 ) 式中 f - O 0 5 il l ， 他为张拉控制力 =1 8 2 k N ， 7 为计算净 长 = 7 6 5 0 m ， 代入( 1 ) 式得 。 D= 1 2 5 k N m ， 将其转化为均布 荷载 0 n 预应力钢筋间距( 0 5 m) 一 2 5 k N m ， 设计荷载值 =1 2 X( 6 + ) +1 4 X Q 1 2 X( 3 7 5 - 2 5 ) +1 4 X 2 = 4 3 k N m 2 ： 构件截面惯性矩， 取值 4 3 0 3 1 2 5 0 m m ； ( D 构件长期刚度效应值， 取值 O 7 5 i 本工程根据上述荷载设计值进行挠度计算。 构件长期刚度的计算 长期刚度 B 1 = O 8 5 E j m ( 2 ) E为混凝土弹性模量， 取值 3 X 1 0 N m m 。 双向板结构的挠度计算 根据 建筑结构设计手册 ， 我们利用内插法 ， 算得双向 板最大构件挠度为 1 7 5 m m ，双向板向产生 0 2 的下曲挠 度。根据演算结果 ， 为保证双向板受力后， 在处于荷载作用 下， 使得挠度下曲值接近于零， 施工期间应考虑构件排架按 O 2 进行起拱。 3 3安装工程在预应力施工中的配合 本工程楼板内强、 弱电管线较多， 原设计要求在地下室 一 结构施工时选用镀锌钢管作为电气配管， O 0 0 0 以上选 用焊接钢管配管。 根据以往施工经验 ， 焊接钢管配管多以丝 接形式连接 ， 电气接地连通普遍使用圆钢焊接。由于采用该 法焊接容易造成电气管线局部高温， 对于临近的无粘结预应 力筋塑料保护层会产生高温溶解破坏， 且焊接钢管单位长度 价格较高 ， 施工工艺相对复杂。所以， 经我司与业主、 设计单 位协调，最终决定在 0 0 0 0 以上部分选用 K B G 镀锌管进行 电气配管施工。 这是因为相对于传统的相对于传统的焊接钢 管 ， K B G 镀锌管具有质量小、 单价便宜、 施工简便、 操作安全 等优势。 为了配合预应力结构施工，我们在进行配管施工时， 所 有预埋管线均应在无粘结预应力筋安装定位完毕后进行安 装施工。 施工作业时与预应力筋交叉的管线均应敷设于预应 力筋的上方， 管线与预应力筋交叉处原则上不再重叠其它管 线以保证面筋平整 ， 防止预应力筋受压变形。当遇到管线交 叉较多， 无法避免重叠时， 尽量把管线交叉位置调整到两根 平行预应力筋的中间位置( 图 5 ) ： 当管线平行于预应力筋并重叠时，应调整管线与预埋 盒位置， 使管线距离预应力筋不小于 1 0 0 m m 、 预埋盒距离预 应力筋不小于 5 O m m ( 图 6 ) 。 4 结语 第 8期 袁 健： 无粘结预应力钢筋在大跨度混凝土薄板施工中的应用 与预 应力筋 交叉排列 方式 图6 管线与预应力筋平行排列方式 ( 1 ) 本工程短钢筋支架的应用， 大大提高了施工期间的 机动性， 现场可根据各类预应力钢筋线型进行加工制作。现 场实际钢筋矢高定位 ， 经过监理单位及设计单位验收完全符 合设计定位要求， 偏差之均小于规范允许值 ， 且大大节省成 本。以单根预应力钢筋需要 6个支点进行取定， 本工程共需 要 1 0 1 7 3 6 个支座， 若以塑料垫块作为支座， 单个支座以 O 5 元进行计价， 可为项目部节省 5 万元的投入支出。 由此看来， 采用废旧短钢筋作为支架 ， 不失为低廉保质的好方式。 ( 2 ) 本工程利用理论试算的方式， 先期对大跨度构件挠 度进行试算 ， 克服了以往类似工程统一按照 O 1 ；i； 起拱的盲从 现象。这从理论上给出了支持论据 ， 为今后类似工程的施工 提供了借鉴。本工程按照理论试算值进行 0 2 名 进行起拱， 预 应力张拉完成、 拆除模板后， 经技术人员实测整个楼面平整 度最大差值在 5 m m以内， 十分接近理论试算值 ， 完全满足 设计要求。 ( 3 ) 通过 K B G 镀锌管在此类工程中的应用， 为今后再次 遇到无粘结预应力结构建筑的配管选材提供了可靠依据。 根 据现场实际施工情况来看 ， 预埋配管避开了无粘结预应力 筋， 免去了动火烧焊等易破坏其塑料保护层的工序。本工程 按原设计使用普通电线管， 电气管线预埋项工程造价为 3 6 9 万元， 使用钢材约 4 4 2 t 。现改用 K B G镀锌管之后， 电气管线 预埋项工程造价为 2 6 3万元， 使用钢材约 3 2 0 t 。由此可见， 这样节省了大量的施工费用。 ( 上接第 6 8 5页) ( 1 )吊装前 ， 运输佛像的车辆驶入施工大门内， 车辆停 稳后进行吊装 ： 吊装时， 注意与大门前方的高压线保持好安 全距离。 ( 2 )佛像运输至施工场地后利用现 场塔吊进行吊装作 业， 吊运至楼层面后以人工配合手拉葫芦就位 ， 搁置于临时 钢支架上。 5 5 佛像就位与钢支架拆除 佛像就位的前提是， 该层的混凝土强度达到设计强度的 1 0 0 后， 方可进行施工。具体操作方法如下： ( 1 )钢支架按临时搁置 4尊佛像进行荷载设计， 在第 5 尊佛像吊装前， 将最下层的佛像脱离钢支架， 采用人工配合 手拉葫芦将佛像就位至永久混凝土结构上( 利用钢支架上方 的横梁设置吊点 ) 。 ( 2 ) 由于佛像钢支架为临时性支撑结构， 所以要在所有 佛像永久就位后 ， 即按照从上往下， 由次到主的原则逐层拆 除临时钢支架， 并采用氧气乙炔割除后分段外运。 ( 3 )因佛塔标准层为 4 5 O m层高 ， 其高度较高， 所以在 割除时做好相应的安全防护工作， 落实好对佛像的保护。 5 6现场实施的重点控制事项 钢支架安装立柱时必须保证垂直、对齐，不得歪斜、 偏 心。在连接钢支架前应先对连接钢支架进行复核， 以保证钢 支架垂直并上下对齐， 待复核无误后方可进行焊接连接。连 接后对钢支架进行再次复核，如发现有歪斜或偏心立即纠 正， 以确保钢支架垂直、 不偏心。 由于佛像吊装进入佛塔是穿插在佛塔的结构施工中进 行的( 佛塔结构施工进度暂定为 7 d完成 1 层 ) ， 因此钢支 架需承受的最大荷载为 4层的佛像荷载 ， 故 4层的佛像必须 等楼板达到 1 0 0 设计强度时才能就位。 从基础至项层的钢支架无论上面有佛像或佛像已就位 在楼板上， 中途都不得拆除， 包括横梁及剪刀撑。这里需注 意： 采用焊接连接的结构， 焊缝必须饱满。 6 小结 型钢支架的设置，不仅简化了佛塔内佛像的吊装工艺， 而且实现了佛像吊装与佛塔主体结构的同步施工。 确保了佛 塔节点工期与总工期控制目标的实现。佛塔总计 1 0层的主 体结构， 我们仅用了不足两个月的时间就实现了结构封顶。 在型钢支架的综合利用方面， 支架不仅作为佛像临时搁 置的支撑架体， 同时也是佛像的保护支架， 发挥了多重功能 ( 图 6 ) 。 图 6 佛像 到位 个 一