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摘要:預应力混凝土梁是近年来建筑工程梁施工普遍采用的形式,有效的质量控制措施,在建筑工程中有着十分重要的实际意义。文章结合某国际会展施工过程中的材料准备、混凝土梁模板及支撑体系的设计、预应力钢筋安装、混凝土浇筑及养护对大跨度预应力混凝土梁的施工技术进行了探讨。
关键词:大跨度混凝土;预应力;施工技术
中图分类号:TU757 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0066-02
随着建筑数量的不断增多,建筑结构向大跨度、大空间的方向发展。预应力结构因其独特的优点被广泛应用于工程建设的各个领域,成为当今最有发展前途的现代结构之一。大跨度预应力混凝土施工是建筑施工中的难点,其建造过程涉及力学、材料学、结构设计及工程管理学等多门学科,是一项极其复杂的系统工程。本文以某国际会展中心工程为背景,深入探讨此项工程施工的关键技术。
1工程概况
某展览中心工程由展览、会议两部分组成。一区为展览部分,二区为会议厅部分,总建筑面积33 400 m2,在二区设有一大空间多功能厅。层高15.95 m,宽35.5 m,长60 m,容纳1 500人就座,多功能厅楼盖中主跨部分平行布置9榀预应力大梁,跨度均为35.5 in。预应力混凝土梁横断面呈工字型,尺寸为800 mm×2 300 mm和800 mm×2 600 mm两种。纵断面为鱼腹式,中间留4个Φ300 mm孔,混凝土强度等级C40。
2材料准备
2.1预应力钢筋
工程采用高强度低松弛有粘结预应力钢绞线。预应力强度等级为1 860 MPa。其技术性能见表1。
2.2锚具及张拉设备
工程预应力混凝土梁固定端采用挤压锚QMJ15-1,张拉端采用夹片锚QM15-11、12、14。张拉设备采用YDCW2500型千斤顶,配套高压小油泵ZB2×2150型。
2.3塑料波纹管
工程采用预埋塑料波纹管。选用规格为内径Φ100 mm,外径Φ114 mm,壁厚2 mm,长度为6 m。塑料波纹管的钢筋支托间距不大于1m,塑料波纹管的接卡以及塑料波纹管与锚垫板连接处,采用高密度聚乙烯塑料套管;塑料波纹管与排气管连接,在波纹管上热溶排气孔,然后用塑料弧形压板连接。塑料波纹管的最小弯曲半径为0.9～1.5 m。
3预应力混凝土梁模板及支撑体系设计
由于二区多功能厅楼盖采用预应力混凝土结构,大梁跨度为35.5 m,梁顶标高离地面15.95 m,预应力梁截面800 mm×2 600 mm、楼板厚120 mm、次梁间距2.41 m～3.4 m、次梁截面300 mm×600 mm,两个半圆环次梁贯穿于各榀预应力主梁之间。因此,对超大跨度、重荷载下高支模体系的设计是本工程重点,标高15.95 m处楼板主梁、次梁平面布置。
3.1模板与支撑系统相关参数的选取
工程采用的Φ8 mm×3.2 mm钢管。双扣件连接,扣件抗滑承载力系数为0.80。有关计算参数如下:模板与木块自重:0.350 kN/m2;混凝土和钢筋自重:25 kN/m3;倾倒混凝土荷载标准值:2 kN/m3;施工均布荷载标准:3 kN/m2。木方弹性模量:9 000 N/mm2;木方抗弯强度设计值:13 N/mm2;木方抗剪强度设计值:1.4 N/mm2;木方的间隔距离:200 mm;木方的截面宽度:100 mm;木方的截面高度:100 mm。
3.2模板与支撑系统计算结果
按照上述选取的参数,计算可得结果:立杆间距:0.4 m;立杆上端伸出至模板支撑点长度:0.1 m;脚手架步距:1.5 m;脚手架搭设高度:16 m;梁两侧立柱间距:1.2 m;梁底增加3根承重立杆。
4预应力混凝土梁钢筋工程
工程大梁主筋全部采用剥肋滚压直螺纹套筒连接技术。为保证大梁内钢筋骨架的稳定和便于操作,在大梁两侧搭设双排脚手架,作为钢筋临时支撑点,利用钢管架支撑上部钢筋,待钢筋位置固定并焊接后,撤去钢筋脚手架。
由于梁端非预应力钢筋弯锚于框架柱节点内,钢筋转动困难。为此,钢筋采用正反丝直螺纹套筒连接。其他部位钢筋可采用标准型直螺纹套筒连接。施工时同一截面内直螺纹套筒接头数量不超过25 %,机械接头按规范要求作力学检验,确保接头质量可靠。在框架柱、梁核心节点区内,箍筋采用开口箍,待梁纵向钢筋绑扎完成波纹管穿入后,将箍筋焊成封闭箍。由于大梁钢筋骨架重量大(钢筋重23 t),普通保护层垫块无法承担。施工中采用25 mm厚大理石板条作垫层,同时设置25 mm钢筋作支撑,沿梁下布置在箍筋下部。上下两排钢筋垫同等直径的钢筋头,普通钢筋与预应力钢筋发生矛盾以避让预应力筋为主,保证钢筋间距满足要求。预应力筋的安装顺序以及施工时应注意的问题如下:
(1)将预应力筋设计的曲线标高位置,逐一用石笔画在已初步绑扎好的大梁箍筋上,用10 mm短钢筋定位,按间距1 000 mm点焊在大梁箍筋上。曲线孔道的最高点、最低点是质量监控的关键点,在关键点处用短钢筋压住定位。
(2)将波纹管逐根穿入梁内,连接套管,套管两端用胶带缠绕密实,边穿边用钢筋工绑扎固定。
(3)有粘结预应力大梁的张拉端端部的垫板,结构允许作凸出处理或埋入邻近混凝土梁内。
(4)波纹管就位后按图纸要求穿入纲绞线束,穿筋时不要戳波纹管,且两端外露钢绞线长度要相等。
(5)设置三处排气孔,位置在梁中间及两侧1/3处。
5预应力混凝土梁混凝土工程
5.1混凝土配合比设计
由于大梁的结构配筋十分密集,要求混凝土流动性大,初凝时间尽量延长。同时,需采取降低混凝土温度应力来控制混凝土温度裂缝的产生。由于混凝土大梁浇注时正值冬天,气温已进入冬季施工,为保证混凝土强度28 d能达到设计强度,把C40强度等级提高一级,采用C45混凝土。选用水化热较低和安全性较好的普通硅酸盐42.5级水泥。
5.2混凝土浇筑
大梁混凝土分三层连续浇注。第一层到工字梁下翼缘上边,约700 mm高;第二层到工字梁上翼缘下边,约1 300 mm高;第三层工字梁上翼缘和楼板整体浇注,约600 mm高,中间不留施工缝。现场采用混凝土泵浇筑。由于平台面积太多,将泵车后接泵管直接铺到平台上,每层混凝土采用斜面分层布料方法施工。混凝土塌落度严格控制在14～18 cm。对梁柱墙相交部位尤其在振捣时要认真操作,确保密实。振捣以表面水平不再显著下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。在工字梁下翼缘振捣时,要派专人到梁侧模处观察模板接缝是否出浆并用锤敲击,以防截面突变部位混凝土没有充实。
5.3预应力钢筋混凝土梁的施工顺序
本工程预应力钢筋混凝土梁的施工顺序如下:梁底模板支撑→绑扎梁非预应力筋→预应力筋曲线控制点弹线,按控制点在就近箍筋上绑扎或焊接波纹管定位筋→锚垫板和螺旋筋安装、定位→铺放波纹管→在梁的跨中安放泌水管→在波纹管中铺放钢绞线→合梁的侧模及固定浇筑混凝土→清除多余波纹管,清理张拉端锚垫板外端面上的混凝土→检查灌浆孔道→安装张拉端夹片锚具→安装千斤顶和工具锚→张拉→锚固锁定退出千斤顶压力灌浆→用角磨机切除多余钢绞线→张拉端锚具及钢绞线涂环氧树脂→用微膨胀细石混凝土封堵张拉端。
6预应力施工应注意的问题
预应力施工应注意的问题:①多功能厅楼盖为有粘结预应力结构,属于超高大跨度结构,对模板及其支撑体系要求具有很高的稳定性;②预应力大梁和其连接的框架柱断面尺寸大。配筋率大、钢筋密,需对柱、梁钢筋接头区细化;③梁柱接头处钢筋密集及梁呈工字型,如何保证混凝土浇注质量是施工关键;④框架梁、柱都为有粘结预应力,张拉顺序对称布置,确保混凝土结构受力均匀,防止出现混凝土张拉裂缝;⑤预应力大梁张拉处于冬季,应特别注意混凝土施工期内外温差的控制。
7结束语
预应力混凝土结构构件一般是通过对预应力筋的张拉形成回弹挤压,使混凝土的截面内在投入使用前就受到一定数量且分布均匀的内压力,用来局部或全部抵消由于使用荷载而形成的应力。它能够改善结构构件的裂缝和变形的性能,而且该拉应力与混凝土中的压应力正好组成一个自平衡系统,使得混凝土结构的受力更为合理。
Discusses the great span prestressed concrete structure construction technique
Lu Shan
Abstract:Prestressed concrete is the form which recent years architectural engineering Liang constructed uses generally, the effective quality control measure, has the very vital practical significance in the architectural engineering. The article unified in some international convention construction process the material preparation, the concretes Liang template and the support system’s design, the prestressed rinforcement installment, the concretes construction and the maintenance has carried on the discussion to the great span prestressed concrete Liang’s construction technique.
Key words:great span concretes; prestressed; construction technique
关键词:大跨度混凝土;预应力;施工技术
中图分类号:TU757 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)24-0066-02
随着建筑数量的不断增多,建筑结构向大跨度、大空间的方向发展。预应力结构因其独特的优点被广泛应用于工程建设的各个领域,成为当今最有发展前途的现代结构之一。大跨度预应力混凝土施工是建筑施工中的难点,其建造过程涉及力学、材料学、结构设计及工程管理学等多门学科,是一项极其复杂的系统工程。本文以某国际会展中心工程为背景,深入探讨此项工程施工的关键技术。
1工程概况
某展览中心工程由展览、会议两部分组成。一区为展览部分,二区为会议厅部分,总建筑面积33 400 m2,在二区设有一大空间多功能厅。层高15.95 m,宽35.5 m,长60 m,容纳1 500人就座,多功能厅楼盖中主跨部分平行布置9榀预应力大梁,跨度均为35.5 in。预应力混凝土梁横断面呈工字型,尺寸为800 mm×2 300 mm和800 mm×2 600 mm两种。纵断面为鱼腹式,中间留4个Φ300 mm孔,混凝土强度等级C40。
2材料准备
2.1预应力钢筋
工程采用高强度低松弛有粘结预应力钢绞线。预应力强度等级为1 860 MPa。其技术性能见表1。
2.2锚具及张拉设备
工程预应力混凝土梁固定端采用挤压锚QMJ15-1,张拉端采用夹片锚QM15-11、12、14。张拉设备采用YDCW2500型千斤顶,配套高压小油泵ZB2×2150型。
2.3塑料波纹管
工程采用预埋塑料波纹管。选用规格为内径Φ100 mm,外径Φ114 mm,壁厚2 mm,长度为6 m。塑料波纹管的钢筋支托间距不大于1m,塑料波纹管的接卡以及塑料波纹管与锚垫板连接处,采用高密度聚乙烯塑料套管;塑料波纹管与排气管连接,在波纹管上热溶排气孔,然后用塑料弧形压板连接。塑料波纹管的最小弯曲半径为0.9～1.5 m。
3预应力混凝土梁模板及支撑体系设计
由于二区多功能厅楼盖采用预应力混凝土结构,大梁跨度为35.5 m,梁顶标高离地面15.95 m,预应力梁截面800 mm×2 600 mm、楼板厚120 mm、次梁间距2.41 m～3.4 m、次梁截面300 mm×600 mm,两个半圆环次梁贯穿于各榀预应力主梁之间。因此,对超大跨度、重荷载下高支模体系的设计是本工程重点,标高15.95 m处楼板主梁、次梁平面布置。
3.1模板与支撑系统相关参数的选取
工程采用的Φ8 mm×3.2 mm钢管。双扣件连接,扣件抗滑承载力系数为0.80。有关计算参数如下:模板与木块自重:0.350 kN/m2;混凝土和钢筋自重:25 kN/m3;倾倒混凝土荷载标准值:2 kN/m3;施工均布荷载标准:3 kN/m2。木方弹性模量:9 000 N/mm2;木方抗弯强度设计值:13 N/mm2;木方抗剪强度设计值:1.4 N/mm2;木方的间隔距离:200 mm;木方的截面宽度:100 mm;木方的截面高度:100 mm。
3.2模板与支撑系统计算结果
按照上述选取的参数,计算可得结果:立杆间距:0.4 m;立杆上端伸出至模板支撑点长度:0.1 m;脚手架步距:1.5 m;脚手架搭设高度:16 m;梁两侧立柱间距:1.2 m;梁底增加3根承重立杆。
4预应力混凝土梁钢筋工程
工程大梁主筋全部采用剥肋滚压直螺纹套筒连接技术。为保证大梁内钢筋骨架的稳定和便于操作,在大梁两侧搭设双排脚手架,作为钢筋临时支撑点,利用钢管架支撑上部钢筋,待钢筋位置固定并焊接后,撤去钢筋脚手架。
由于梁端非预应力钢筋弯锚于框架柱节点内,钢筋转动困难。为此,钢筋采用正反丝直螺纹套筒连接。其他部位钢筋可采用标准型直螺纹套筒连接。施工时同一截面内直螺纹套筒接头数量不超过25 %,机械接头按规范要求作力学检验,确保接头质量可靠。在框架柱、梁核心节点区内,箍筋采用开口箍,待梁纵向钢筋绑扎完成波纹管穿入后,将箍筋焊成封闭箍。由于大梁钢筋骨架重量大(钢筋重23 t),普通保护层垫块无法承担。施工中采用25 mm厚大理石板条作垫层,同时设置25 mm钢筋作支撑,沿梁下布置在箍筋下部。上下两排钢筋垫同等直径的钢筋头,普通钢筋与预应力钢筋发生矛盾以避让预应力筋为主,保证钢筋间距满足要求。预应力筋的安装顺序以及施工时应注意的问题如下:
(1)将预应力筋设计的曲线标高位置,逐一用石笔画在已初步绑扎好的大梁箍筋上,用10 mm短钢筋定位,按间距1 000 mm点焊在大梁箍筋上。曲线孔道的最高点、最低点是质量监控的关键点,在关键点处用短钢筋压住定位。
(2)将波纹管逐根穿入梁内,连接套管,套管两端用胶带缠绕密实,边穿边用钢筋工绑扎固定。
(3)有粘结预应力大梁的张拉端端部的垫板,结构允许作凸出处理或埋入邻近混凝土梁内。
(4)波纹管就位后按图纸要求穿入纲绞线束,穿筋时不要戳波纹管,且两端外露钢绞线长度要相等。
(5)设置三处排气孔,位置在梁中间及两侧1/3处。
5预应力混凝土梁混凝土工程
5.1混凝土配合比设计
由于大梁的结构配筋十分密集,要求混凝土流动性大,初凝时间尽量延长。同时,需采取降低混凝土温度应力来控制混凝土温度裂缝的产生。由于混凝土大梁浇注时正值冬天,气温已进入冬季施工,为保证混凝土强度28 d能达到设计强度,把C40强度等级提高一级,采用C45混凝土。选用水化热较低和安全性较好的普通硅酸盐42.5级水泥。
5.2混凝土浇筑
大梁混凝土分三层连续浇注。第一层到工字梁下翼缘上边,约700 mm高;第二层到工字梁上翼缘下边,约1 300 mm高;第三层工字梁上翼缘和楼板整体浇注,约600 mm高,中间不留施工缝。现场采用混凝土泵浇筑。由于平台面积太多,将泵车后接泵管直接铺到平台上,每层混凝土采用斜面分层布料方法施工。混凝土塌落度严格控制在14～18 cm。对梁柱墙相交部位尤其在振捣时要认真操作,确保密实。振捣以表面水平不再显著下降、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。在工字梁下翼缘振捣时,要派专人到梁侧模处观察模板接缝是否出浆并用锤敲击,以防截面突变部位混凝土没有充实。
5.3预应力钢筋混凝土梁的施工顺序
本工程预应力钢筋混凝土梁的施工顺序如下:梁底模板支撑→绑扎梁非预应力筋→预应力筋曲线控制点弹线,按控制点在就近箍筋上绑扎或焊接波纹管定位筋→锚垫板和螺旋筋安装、定位→铺放波纹管→在梁的跨中安放泌水管→在波纹管中铺放钢绞线→合梁的侧模及固定浇筑混凝土→清除多余波纹管,清理张拉端锚垫板外端面上的混凝土→检查灌浆孔道→安装张拉端夹片锚具→安装千斤顶和工具锚→张拉→锚固锁定退出千斤顶压力灌浆→用角磨机切除多余钢绞线→张拉端锚具及钢绞线涂环氧树脂→用微膨胀细石混凝土封堵张拉端。
6预应力施工应注意的问题
预应力施工应注意的问题:①多功能厅楼盖为有粘结预应力结构,属于超高大跨度结构,对模板及其支撑体系要求具有很高的稳定性;②预应力大梁和其连接的框架柱断面尺寸大。配筋率大、钢筋密,需对柱、梁钢筋接头区细化;③梁柱接头处钢筋密集及梁呈工字型,如何保证混凝土浇注质量是施工关键;④框架梁、柱都为有粘结预应力,张拉顺序对称布置,确保混凝土结构受力均匀,防止出现混凝土张拉裂缝;⑤预应力大梁张拉处于冬季,应特别注意混凝土施工期内外温差的控制。
7结束语
预应力混凝土结构构件一般是通过对预应力筋的张拉形成回弹挤压,使混凝土的截面内在投入使用前就受到一定数量且分布均匀的内压力,用来局部或全部抵消由于使用荷载而形成的应力。它能够改善结构构件的裂缝和变形的性能,而且该拉应力与混凝土中的压应力正好组成一个自平衡系统,使得混凝土结构的受力更为合理。
Discusses the great span prestressed concrete structure construction technique
Lu Shan
Abstract:Prestressed concrete is the form which recent years architectural engineering Liang constructed uses generally, the effective quality control measure, has the very vital practical significance in the architectural engineering. The article unified in some international convention construction process the material preparation, the concretes Liang template and the support system’s design, the prestressed rinforcement installment, the concretes construction and the maintenance has carried on the discussion to the great span prestressed concrete Liang’s construction technique.
Key words:great span concretes; prestressed; construction technique