經(jīng)驗交流：多層大跨度預應力梁的施工
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：由上海捷仁建設(shè)有限公司承建的金蘋果學校中學部位于上海浦東新區(qū)，由教學樓2.7萬m2，綜合樓1萬m2以及3幢宿舍樓組成。該工程綜合樓一層為食堂，二層為籃球館、網(wǎng)球館，局部為圖書館、小型影劇院及藝術(shù)、舞蹈房。該部位為3層框架，由于建筑功能的需要，梁采用跨度鋼筋混凝土后張法預應力梁，且該工程工期特別緊僅4個月。
關(guān)鍵詞：預應力 施工管理
一、工程概況：
由上海捷仁建設(shè)有限公司承建的金蘋果學校中學部位于上海浦東新區(qū)，由教學樓2.7萬m2，綜合樓1萬m2以及3幢宿舍樓組成。該工程綜合樓一層為食堂，二層為籃球館、網(wǎng)球館，局部為圖書館、小型影劇院及藝術(shù)、舞蹈房。該部位為3層框架，由于建筑功能的需要，梁采用跨度鋼筋混凝土后張法預應力梁，且該工程工期特別緊僅4個月。
二、施工方案的選定
根據(jù)綜合樓工程施工圖，籃球館區(qū)域底層結(jié)構(gòu)采用跨度預應力鋼筋混凝土梁，而圖書館區(qū)域采用多層跨度預應力鋼筋混凝土梁。根據(jù)原設(shè)計要求，預應力梁需逐層張拉，張拉時其混凝土強度須達到設(shè)計值的80%。如滿足設(shè)計要求的話，施工支模、鋼筋綁扎、澆注混凝土，再養(yǎng)護20天左右，然后張拉。這樣施工1層結(jié)構(gòu)達35天左右，3層結(jié)構(gòu)就要105天，無法滿足業(yè)主的工期要求，也將嚴重影響業(yè)主的招生工作。
為此，對圖書館部分的預應力結(jié)構(gòu)施工進行調(diào)整。經(jīng)與原設(shè)計商定，跨度鋼筋混凝土預應力梁將由原來的逐層施工、逐層張拉改為逆向張拉法施工，即土建砼結(jié)構(gòu)連續(xù)施工至3層結(jié)構(gòu)完后，待3層結(jié)構(gòu)達到強度后逐層向下張拉，達到壓縮工期的目的。
確定了預應力梁的張拉順序后，土建結(jié)構(gòu)施工的支撐最為關(guān)鍵。在該工程上仍考慮了2套方案。
（1）對底層地坪夯實澆灌混凝土地坪，采用加密鋼管排架的支撐系統(tǒng)。該方案一則其鋼管排架系統(tǒng)支撐上部3層的結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載，其荷載投入鋼管排架量，而且由于荷載之，排架系統(tǒng)下部地基產(chǎn)生的沉降與兩端結(jié)構(gòu)柱的沉降很難保持一致。沉降差量達到一定程度極易造成預應力梁截面先行產(chǎn)生裂縫，不利于結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且排架系統(tǒng)鋼管、模板投入量也較，增加施工成本。
（2）采用臨時鋼支撐方案。一端預埋在梁內(nèi)，另一端直接支撐在框架柱的獨立基礎(chǔ)上，這樣鋼立柱滿足強度及變形的情況下無需考慮沉降差對梁的影響。該方案不僅可節(jié)約量鋼管、扣件的投入，而且可節(jié)約鋼管排架需要的地基處理費用。經(jīng)方案比較確定采用鋼支撐方案。
三、鋼支撐布置
本工程加固措施采用的結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，鋼柱采用[32b雙拼，底層槽鋼以膨脹螺栓固定在獨立承臺上，以此連接形成整體。
通過初步計算，在底層兩旁的每根型鋼支撐均要承載90t的結(jié)構(gòu)自身荷載和施工荷載，利用斜支撐支撐點設(shè)置在原有的獨立基礎(chǔ)上。
1、在底層結(jié)構(gòu)梁施工前，梁底增設(shè)–16×400×500埋鐵，9Ф25螺紋鋼，用于固定型鋼斜支撐。型鋼斜支撐經(jīng)設(shè)計采用 2[32b雙拼，綴板為–12×150×280 @450，支撐下端固定采用–16×400×500埋鐵，9Ф25膨脹螺栓固定在基礎(chǔ)承臺上，支撐上下采用4根L63×6、L=100焊接固定。
2、在二層結(jié)構(gòu)上設(shè)置2根2[25b雙拼立柱，間距同底層。
四、鋼支撐方案強度計算
1、力學模式
1]二層結(jié)構(gòu)梁
2]一層結(jié)構(gòu)梁
2、強度驗算
1]32b雙拼立柱
∵I1=336cm4； A=2×55.1=110.2cm 2； iy=12.1cm；
N=950kN； L=7.5m； λy=750/12.1=62 ∴ψy=0.795
δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.795×215=170N/mm2；
∴ok!
2]算繞虛軸穩(wěn)定：
∵λy=62，按規(guī)范規(guī)定λ1不應于40，也不應于0.5λy=31
∴取整為λ1=30
∵λx=(λy2-λ12)1/2=54； ix=L/λx=14cm
∴b= ix/0.44=32 ∴取32
3]驗算繞虛軸穩(wěn)定：
∵Ix=2(I1+40×142)=16352cm4； ix=(Ix/A)1/2=12.2cm；
∴λx=L/ ix=62 λox=(λx2+λ12)1/2=69 ∴ψy=0.755
δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.755×215=162N/mm2；
∴ok!
4]膨脹螺栓抗剪能力：
∵τ=800kN×tg34=540<το=9×65kN=585kN
∴ok!
5]預應力梁設(shè)計配筋上下各9Ф25，滿足施工要求。
五、跨度預應力梁的張拉
本工程圖書館部位預應力鋼筋砼梁，3層框架連續(xù)施工、逆向張拉，即1-3層框架按通常普通框架施工，待第3層砼澆完養(yǎng)護至設(shè)計強度后，預應力張拉從上到下一次張拉完畢。由于連續(xù)張拉必須考慮預應力張拉對框架的綜合彎矩和次彎矩，從構(gòu)造上加以加強防止張拉對框架柱及梁的次彎矩，由此造成柱、梁局部裂縫。
根據(jù)預應力引起的內(nèi)力分析，對框架配筋從構(gòu)造采取措施（如下圖）。為防止逐層逆向張拉砼梁產(chǎn)生的壓縮變形的累積影響，預應力張拉采用從上到下同時張拉，而且對于預應力張拉加載分節(jié)控制。
六、效果
該方案經(jīng)金蘋果學校中學部綜合樓工程實施，使該部位的施工滿足了工程進度，同時減少了采用鋼管排架及模板的投入，降低了工程施工成本（模具投入2套），避免了地基沉降而影響跨度預應力梁施工質(zhì)量，同時對逆向連續(xù)張拉力采用分節(jié)加載，減少了因上、下層張拉產(chǎn)生的累積次彎矩對框架柱梁的影響。該工程張拉后，柱、梁節(jié)點未產(chǎn)生張拉裂縫，達到了預期目的。
關(guān)鍵詞：預應力 施工管理
一、工程概況：
由上海捷仁建設(shè)有限公司承建的金蘋果學校中學部位于上海浦東新區(qū)，由教學樓2.7萬m2，綜合樓1萬m2以及3幢宿舍樓組成。該工程綜合樓一層為食堂，二層為籃球館、網(wǎng)球館，局部為圖書館、小型影劇院及藝術(shù)、舞蹈房。該部位為3層框架，由于建筑功能的需要，梁采用跨度鋼筋混凝土后張法預應力梁，且該工程工期特別緊僅4個月。
二、施工方案的選定
根據(jù)綜合樓工程施工圖，籃球館區(qū)域底層結(jié)構(gòu)采用跨度預應力鋼筋混凝土梁，而圖書館區(qū)域采用多層跨度預應力鋼筋混凝土梁。根據(jù)原設(shè)計要求，預應力梁需逐層張拉，張拉時其混凝土強度須達到設(shè)計值的80%。如滿足設(shè)計要求的話，施工支模、鋼筋綁扎、澆注混凝土，再養(yǎng)護20天左右，然后張拉。這樣施工1層結(jié)構(gòu)達35天左右，3層結(jié)構(gòu)就要105天，無法滿足業(yè)主的工期要求，也將嚴重影響業(yè)主的招生工作。
為此，對圖書館部分的預應力結(jié)構(gòu)施工進行調(diào)整。經(jīng)與原設(shè)計商定，跨度鋼筋混凝土預應力梁將由原來的逐層施工、逐層張拉改為逆向張拉法施工，即土建砼結(jié)構(gòu)連續(xù)施工至3層結(jié)構(gòu)完后，待3層結(jié)構(gòu)達到強度后逐層向下張拉，達到壓縮工期的目的。
確定了預應力梁的張拉順序后，土建結(jié)構(gòu)施工的支撐最為關(guān)鍵。在該工程上仍考慮了2套方案。
（1）對底層地坪夯實澆灌混凝土地坪，采用加密鋼管排架的支撐系統(tǒng)。該方案一則其鋼管排架系統(tǒng)支撐上部3層的結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載，其荷載投入鋼管排架量，而且由于荷載之，排架系統(tǒng)下部地基產(chǎn)生的沉降與兩端結(jié)構(gòu)柱的沉降很難保持一致。沉降差量達到一定程度極易造成預應力梁截面先行產(chǎn)生裂縫，不利于結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且排架系統(tǒng)鋼管、模板投入量也較，增加施工成本。
（2）采用臨時鋼支撐方案。一端預埋在梁內(nèi)，另一端直接支撐在框架柱的獨立基礎(chǔ)上，這樣鋼立柱滿足強度及變形的情況下無需考慮沉降差對梁的影響。該方案不僅可節(jié)約量鋼管、扣件的投入，而且可節(jié)約鋼管排架需要的地基處理費用。經(jīng)方案比較確定采用鋼支撐方案。
三、鋼支撐布置
本工程加固措施采用的結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)，鋼柱采用[32b雙拼，底層槽鋼以膨脹螺栓固定在獨立承臺上，以此連接形成整體。
通過初步計算，在底層兩旁的每根型鋼支撐均要承載90t的結(jié)構(gòu)自身荷載和施工荷載，利用斜支撐支撐點設(shè)置在原有的獨立基礎(chǔ)上。
1、在底層結(jié)構(gòu)梁施工前，梁底增設(shè)–16×400×500埋鐵，9Ф25螺紋鋼，用于固定型鋼斜支撐。型鋼斜支撐經(jīng)設(shè)計采用 2[32b雙拼，綴板為–12×150×280 @450，支撐下端固定采用–16×400×500埋鐵，9Ф25膨脹螺栓固定在基礎(chǔ)承臺上，支撐上下采用4根L63×6、L=100焊接固定。
2、在二層結(jié)構(gòu)上設(shè)置2根2[25b雙拼立柱，間距同底層。
四、鋼支撐方案強度計算
1、力學模式
1]二層結(jié)構(gòu)梁
2]一層結(jié)構(gòu)梁
2、強度驗算
1]32b雙拼立柱
∵I1=336cm4； A=2×55.1=110.2cm 2； iy=12.1cm；
N=950kN； L=7.5m； λy=750/12.1=62 ∴ψy=0.795
δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.795×215=170N/mm2；
∴ok!
2]算繞虛軸穩(wěn)定：
∵λy=62，按規(guī)范規(guī)定λ1不應于40，也不應于0.5λy=31
∴取整為λ1=30
∵λx=(λy2-λ12)1/2=54； ix=L/λx=14cm
∴b= ix/0.44=32 ∴取32
3]驗算繞虛軸穩(wěn)定：
∵Ix=2(I1+40×142)=16352cm4； ix=(Ix/A)1/2=12.2cm；
∴λx=L/ ix=62 λox=(λx2+λ12)1/2=69 ∴ψy=0.755
δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.755×215=162N/mm2；
∴ok!
4]膨脹螺栓抗剪能力：
∵τ=800kN×tg34=540<το=9×65kN=585kN
∴ok!
5]預應力梁設(shè)計配筋上下各9Ф25，滿足施工要求。
五、跨度預應力梁的張拉
本工程圖書館部位預應力鋼筋砼梁，3層框架連續(xù)施工、逆向張拉，即1-3層框架按通常普通框架施工，待第3層砼澆完養(yǎng)護至設(shè)計強度后，預應力張拉從上到下一次張拉完畢。由于連續(xù)張拉必須考慮預應力張拉對框架的綜合彎矩和次彎矩，從構(gòu)造上加以加強防止張拉對框架柱及梁的次彎矩，由此造成柱、梁局部裂縫。
根據(jù)預應力引起的內(nèi)力分析，對框架配筋從構(gòu)造采取措施（如下圖）。為防止逐層逆向張拉砼梁產(chǎn)生的壓縮變形的累積影響，預應力張拉采用從上到下同時張拉，而且對于預應力張拉加載分節(jié)控制。
六、效果
該方案經(jīng)金蘋果學校中學部綜合樓工程實施，使該部位的施工滿足了工程進度，同時減少了采用鋼管排架及模板的投入，降低了工程施工成本（模具投入2套），避免了地基沉降而影響跨度預應力梁施工質(zhì)量，同時對逆向連續(xù)張拉力采用分節(jié)加載，減少了因上、下層張拉產(chǎn)生的累積次彎矩對框架柱梁的影響。該工程張拉后，柱、梁節(jié)點未產(chǎn)生張拉裂縫，達到了預期目的。
