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摘要：结合深圳地铁2号线车辆段上盖物业转换平台的设计与施工，本文对有粘结预应力混凝土技术在大跨、重载、转换结构中的应用技术要点进行了分析研究，探讨了此类工程的关键设计以及施工技术，为类似工程的预应力设计与施工提供参考。
关键词：转换；大跨；重载；有粘结预应力；设计；施工
0 工程概况
深圳地铁2号线蛇口西车端段上盖物业项目，位于大南山脚下，南临兴海大道，北靠大南山，处于大南山、小南山、赤湾山环抱之中。蛇口西车辆段占地18.4 公顷，整个基地大致为西北东南向的长方形，场地平整，用地标高+18.0m～+20.5m，北高南低，主要用于地铁车辆的检修与停放，主要包括运用库、物资库、联合检修库、综合办公楼等功能用房。整个项目由1～3 号平台组成，其中2 号平台由下部地铁运用库及平台上部10 栋保障性住房组成。地铁运用库层高10.5m，库顶为上部物业的停车场，停车场层高6.2m（结构板标高），屋面为物业用绿化层平台，考虑0.9～1.1m 高覆土和消防车道，此绿化平台为框支梁转换结构；绿化平台上部有10 栋公共廉租房物业，均为13 层，层高2.9m，距地总高55.0m，采用框架剪力墙结构。运用库柱子排列较规整，横向柱距9.0m，纵向柱距主要为17.0m，其中最大跨度21.6m，柱截面为3000×2000，该10 栋塔楼平面形状大多为L 型或凹槽形，较复杂的平面均用抗震缝划分为平面形状较规整的多塔建筑。
由于下部为地铁车辆段的运营区域，对于结构竖向构件的位置和截面均有严格的限制，而在库上设计的10 栋保障性住房墙柱均难以落地，形成了大范围的竖向构件转换关系。
1 结构方案设计
由于该转换层框架结构横向柱距为9m，纵向柱距分别为17m及21m，上托13层框架结构，属于大跨重载转换结构形式，而2500mm～3000mm梁高与跨度比约为1/6～1/8，截面高度较小，因此在竖向荷载作用下普通钢筋混凝土梁抗裂性能不足，变形较大，对上部结构影响较大。同时该结构属于大跨超长无缝结构，单体结构最大长度115m左右。经计算，在假定温差±20℃（相对施工零应力状态）的基础上，转换梁的温度应力达到± 3～4MPa左右。
所以，该转换层结构为大跨超长大体积混凝土结构，在巨大竖向荷载、水平荷载以及温度应力作用下转换梁普通混凝土极易开裂，普通混凝土结构难以解决。
设计采用预应力技术解决这一系列结构问题，通过对结构施加预应力，抵消一部分原有竖向荷载，同时在结构中预先产生压应力，使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中的拉应力。理论与实践证明预应力对大跨、超长以及重载结构解决挠度问题以及控制结构裂缝是有效的[1][2]。
2 转换平台预应力结构设计[3]
2.1预应力计算标准：
材料强度等级：混凝土C50；有粘结预应力筋和无粘结预应力筋均为1860MPa高强低松弛钢绞线，规格为φs15.2。预应力张拉控制应力均为0.72fptk= 1339.2MPa。
本工程建筑抗震设防类别为丙类，设计基本地震加速度0.10g，抗震设防烈度为七度，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类，基本风压0.75kN/m2，地面粗糙度为C类。
采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。
2.2 裂缝控制标准
根据《混凝土结构设计规范》，结构设计应满足正常使用极限状态、承载力极限状态以及耐久性的要求，对于预应力结构设计往往是抗裂控制。根据规范规定，对处于一类环境（处于正常室内环境）的预应力混凝土结构，裂缝控制等级可定为三级，即最大裂缝宽度控制0.2mm[4]。
2.3 转换梁计算分析结果
2.3.1配筋及裂缝计算
由于本工程该平台区域屋面为物业用绿化层平台，考虑0.9～1.1m 高覆土和消防车道，故平台区域恒载达到22.0 kN/ m2（不含楼板自重），活载达到10.0 kN/ m2。
经结构验算，转换平台预应力部分主体结构采用沿纵向单向平行梁体系，横向采用小次梁联系，整个转换平台共同整体受力、变形。标准跨纵向转换梁为1100×2800mm、1000×2500mm、1300×2500mm、600×1600mm，预应力筋根数分别为72根、36根和24根φs15.2。标准跨横向转换梁为1500×2800mm，预应力筋根数分别为36根。本工程所有预应力梁受压区高度均小于0.35h0，支座截面纵向受拉钢筋折算配筋率不大于2.5%，符合规范要求。
2.3.2超长结构温度应力分析
该结构属于大跨超长无缝结构，单体结构最大长度115m左右，需对其在后续正常使用过程中由于温差产生的温度应力采取措施进行控制，否则很容易出现裂缝。从预应力等效轴力结果分析可知，在构件中施加如上数量的预应力筋，将在结构中产生约2.0～2.5MPa左右的预压应力，将能有效抵抗由于温差产生的温度应力。
3 其余裂缝控制措施
针对该工程转换梁面积以及构件截面尺寸较大等特点，采用如下几项措施：
3.1设置后浇带：为减小结构施工阶段时混凝土收缩的不利影响，常设置后浇带。该工程在整个转换平台内设置多道施工后浇带，后浇带宽度为1800mm，将结构分成50m左右长度的多个施工区段。后浇带同时起到预应力筋分段施工的作用，减小预应力筋超长布置带来的应力损失效应。后浇带混凝土封闭浇筑的时间间隔为两个月，这主要考虑到混凝土在硬化前期温度变化较大、收缩发生的速率较快，同时在此阶段产生的收缩量也最多。同时后浇带混凝土比原构件混凝土强度等级提高一级的微膨胀混凝土。
3.2转换梁二次浇注
由于转换梁截面尺寸非常大，为控制转换梁施工过程大体积混凝土的开裂等问题，将转换大梁分为两次独立浇筑。根据现场主次梁相对高度等实际情况，在转换梁1/2梁高度位置设置水平施工缝，在施工缝位置设置构造筋，数量为相应梁面筋根数的1/3，直径相同，同时：（1）为保证二次浇捣叠合面的抗剪强度，应将施工缝做成齿槽形，并将面层粗骨料石头冲刷呈毛面裸露；（2）为防止转换梁大体积砼形成的水化热等引起收缩开裂，应在转换梁内渗入添加剂或渗入碳纤维，确保构件不会产生有害裂缝。 3.3.此外，还通过严格控制混凝土水泥的用量，加强混凝土浇筑后的养护等措施来减少结构裂缝的产生。
4 预应力施工
4.1预应力筋铺放
由于荷载非常大，梁、柱配筋数量非常多，双方向波纹管在梁柱节点内的穿行以及位置摆放非常困难，因此如何保证波纹管顺利穿过梁柱节点并保证预应力筋的设计矢高成为本工程施工难点也是施工重点。
通过预应力钢筋施工前就与总包密切配合，在本层梁柱普通钢筋绑扎开始期间就调整梁柱主筋与箍筋位置，预留100mm预应力波纹管穿行间隙，这样既保证了预应力筋的设计矢高，同时避免了单独预应力施工对原普通钢筋的破坏。典型梁柱节点波纹管与普通钢筋穿行示意图见图2。
4.2预应力筋张拉顺序
根据本工程的结构设计特点及现场施工条件和施工进度安排，并考虑结构主、次梁和纵、横方向梁的相关性，采用先张拉21m跨主次梁（纵向），后张拉9m跨主梁（横向）的方式对预应力梁进行张拉。另由于梁内预应力束根数较多，为避免梁内预应力张拉过程中对梁产生不平衡扭矩，同时还考虑到尽量减少张拉设备的移动次数理顺张拉端预应力筋次序，减小施工难度，应对所有预应力梁保证基本对称张拉。
本工程中的转换梁除了承担本层荷载外，还要承担上面13层的荷载，设计荷载与梁混凝土达到设计强度时的实际荷载相差悬殊。如果预应力张拉一次完成，需要等比较长的时间，这样对梁下支撑的强度和刚度要求比较高，占用时间较长，也不经济，造成施工成本增加，如果在混凝土强度达到要求后完全建立预应力会造成大梁反拱较大，甚至于梁的上表面开裂，给结构施工带来新问题甚至威胁到整个结构的安全性。
为解决以上预应力建立过程中出现的问题，在施工过程中采用分批张拉，分2次完成整个张拉工作。第一次张拉在混凝土达到设计强度后进行，第二次张拉在上部4层框架施工结束后进行。
4.3 预应力张拉控制力与伸长值
1）对混凝土强度的要求
本工程要求本层混凝土强度达到设计强度的100%才能张拉，只有混凝土强度试验报告表明混凝土强度达到要求后，才能开始张拉。
2）张拉控制力
预应力筋的张拉控制，以控制张拉力为主，同时用张拉伸长值作为校核依据。本工程梁张拉控制应力取为0.72倍钢绞线强度标准值，即1860×0.72=1339 MPa。张拉时，通过张拉伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩擦损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常。张拉时要求实测伸长值与理论计算伸长值的偏差应在（-6～+6）%范围之内，超出时应立即停止张拉，查明原因并采取相应的措施之后再继续作业。
4.4 后浇带预应力筋施工
为保证张拉千斤顶能够在后浇带内进行张拉操作，该工程后浇带预留宽度为1800mm，后浇带处预应力筋采用图3所示的张拉方式进行张拉，同时梁腰筋、内部箍筋非常多，导致千斤顶无法进入梁内后浇带，因此需切除梁一侧部分腰筋，待预应力筋张拉完毕后将梁腰筋焊接回补，并将梁内部箍筋后装，。
4.5孔道灌浆及张拉端封堵
预应力张拉完成后，灌浆是保证有粘结预应力实现及结构耐久性的关键，而张拉端锚具封堵是保证结构耐久性的关键工序。在预应力筋张拉结束后孔道应及时灌浆，本工程孔道灌浆采用标号为P42.5的普通硅酸盐水泥配制的水泥浆，水灰比控制在0.4～0.45左右。灌浆顺序宜先灌浆下层孔道，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺。最后用C50细石混凝土封堵张拉端。
5 结语
合理全面的设计以及现场紧密配合使得本工程施工进展顺利，工程质量良好，没有出现受力裂缝，本工程的设计和施工是成功的，工程实践表明：
1）通过合理设置施工后浇带和对主次梁施加预应力的方法，可以有效解决超长混凝土结构因温度和收缩应力导致裂缝的难题，保证结构在施工和使用阶段具有更好的工作性能和耐久性能。
2）对于大跨、重载转换层预应力结构设计，由于各工况下荷载区别较大，需对结构进行多工况下的模拟计算，设计好预应力的张拉顺序以及分批张拉数量，以确保结构在施工阶段以及正常使用阶段下的工作性能。
3）预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。
参考文献：
[1]张玉明；吴京；孟少平. 超长预应力混凝土结构裂缝控制研究. 工业建筑，2006（5）
[2]翟传明；李东彬；代伟明. 大柱网、重荷载、超长框架结构预应力楼盖的设计与施工. 建筑科学，2004（2）
[3]陶学康. 后张预应力混凝土设计手册 中国建筑工业出版社 1996
[4]国家标准. 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）中国建筑工业出版社 2002
关键词：转换；大跨；重载；有粘结预应力；设计；施工
0 工程概况
深圳地铁2号线蛇口西车端段上盖物业项目，位于大南山脚下，南临兴海大道，北靠大南山，处于大南山、小南山、赤湾山环抱之中。蛇口西车辆段占地18.4 公顷，整个基地大致为西北东南向的长方形，场地平整，用地标高+18.0m～+20.5m，北高南低，主要用于地铁车辆的检修与停放，主要包括运用库、物资库、联合检修库、综合办公楼等功能用房。整个项目由1～3 号平台组成，其中2 号平台由下部地铁运用库及平台上部10 栋保障性住房组成。地铁运用库层高10.5m，库顶为上部物业的停车场，停车场层高6.2m（结构板标高），屋面为物业用绿化层平台，考虑0.9～1.1m 高覆土和消防车道，此绿化平台为框支梁转换结构；绿化平台上部有10 栋公共廉租房物业，均为13 层，层高2.9m，距地总高55.0m，采用框架剪力墙结构。运用库柱子排列较规整，横向柱距9.0m，纵向柱距主要为17.0m，其中最大跨度21.6m，柱截面为3000×2000，该10 栋塔楼平面形状大多为L 型或凹槽形，较复杂的平面均用抗震缝划分为平面形状较规整的多塔建筑。
由于下部为地铁车辆段的运营区域，对于结构竖向构件的位置和截面均有严格的限制，而在库上设计的10 栋保障性住房墙柱均难以落地，形成了大范围的竖向构件转换关系。
1 结构方案设计
由于该转换层框架结构横向柱距为9m，纵向柱距分别为17m及21m，上托13层框架结构，属于大跨重载转换结构形式，而2500mm～3000mm梁高与跨度比约为1/6～1/8，截面高度较小，因此在竖向荷载作用下普通钢筋混凝土梁抗裂性能不足，变形较大，对上部结构影响较大。同时该结构属于大跨超长无缝结构，单体结构最大长度115m左右。经计算，在假定温差±20℃（相对施工零应力状态）的基础上，转换梁的温度应力达到± 3～4MPa左右。
所以，该转换层结构为大跨超长大体积混凝土结构，在巨大竖向荷载、水平荷载以及温度应力作用下转换梁普通混凝土极易开裂，普通混凝土结构难以解决。
设计采用预应力技术解决这一系列结构问题，通过对结构施加预应力，抵消一部分原有竖向荷载，同时在结构中预先产生压应力，使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中的拉应力。理论与实践证明预应力对大跨、超长以及重载结构解决挠度问题以及控制结构裂缝是有效的[1][2]。
2 转换平台预应力结构设计[3]
2.1预应力计算标准：
材料强度等级：混凝土C50；有粘结预应力筋和无粘结预应力筋均为1860MPa高强低松弛钢绞线，规格为φs15.2。预应力张拉控制应力均为0.72fptk= 1339.2MPa。
本工程建筑抗震设防类别为丙类，设计基本地震加速度0.10g，抗震设防烈度为七度，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类，基本风压0.75kN/m2，地面粗糙度为C类。
采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。
2.2 裂缝控制标准
根据《混凝土结构设计规范》，结构设计应满足正常使用极限状态、承载力极限状态以及耐久性的要求，对于预应力结构设计往往是抗裂控制。根据规范规定，对处于一类环境（处于正常室内环境）的预应力混凝土结构，裂缝控制等级可定为三级，即最大裂缝宽度控制0.2mm[4]。
2.3 转换梁计算分析结果
2.3.1配筋及裂缝计算
由于本工程该平台区域屋面为物业用绿化层平台，考虑0.9～1.1m 高覆土和消防车道，故平台区域恒载达到22.0 kN/ m2（不含楼板自重），活载达到10.0 kN/ m2。
经结构验算，转换平台预应力部分主体结构采用沿纵向单向平行梁体系，横向采用小次梁联系，整个转换平台共同整体受力、变形。标准跨纵向转换梁为1100×2800mm、1000×2500mm、1300×2500mm、600×1600mm，预应力筋根数分别为72根、36根和24根φs15.2。标准跨横向转换梁为1500×2800mm，预应力筋根数分别为36根。本工程所有预应力梁受压区高度均小于0.35h0，支座截面纵向受拉钢筋折算配筋率不大于2.5%，符合规范要求。
2.3.2超长结构温度应力分析
该结构属于大跨超长无缝结构，单体结构最大长度115m左右，需对其在后续正常使用过程中由于温差产生的温度应力采取措施进行控制，否则很容易出现裂缝。从预应力等效轴力结果分析可知，在构件中施加如上数量的预应力筋，将在结构中产生约2.0～2.5MPa左右的预压应力，将能有效抵抗由于温差产生的温度应力。
3 其余裂缝控制措施
针对该工程转换梁面积以及构件截面尺寸较大等特点，采用如下几项措施：
3.1设置后浇带：为减小结构施工阶段时混凝土收缩的不利影响，常设置后浇带。该工程在整个转换平台内设置多道施工后浇带，后浇带宽度为1800mm，将结构分成50m左右长度的多个施工区段。后浇带同时起到预应力筋分段施工的作用，减小预应力筋超长布置带来的应力损失效应。后浇带混凝土封闭浇筑的时间间隔为两个月，这主要考虑到混凝土在硬化前期温度变化较大、收缩发生的速率较快，同时在此阶段产生的收缩量也最多。同时后浇带混凝土比原构件混凝土强度等级提高一级的微膨胀混凝土。
3.2转换梁二次浇注
由于转换梁截面尺寸非常大，为控制转换梁施工过程大体积混凝土的开裂等问题，将转换大梁分为两次独立浇筑。根据现场主次梁相对高度等实际情况，在转换梁1/2梁高度位置设置水平施工缝，在施工缝位置设置构造筋，数量为相应梁面筋根数的1/3，直径相同，同时：（1）为保证二次浇捣叠合面的抗剪强度，应将施工缝做成齿槽形，并将面层粗骨料石头冲刷呈毛面裸露；（2）为防止转换梁大体积砼形成的水化热等引起收缩开裂，应在转换梁内渗入添加剂或渗入碳纤维，确保构件不会产生有害裂缝。 3.3.此外，还通过严格控制混凝土水泥的用量，加强混凝土浇筑后的养护等措施来减少结构裂缝的产生。
4 预应力施工
4.1预应力筋铺放
由于荷载非常大，梁、柱配筋数量非常多，双方向波纹管在梁柱节点内的穿行以及位置摆放非常困难，因此如何保证波纹管顺利穿过梁柱节点并保证预应力筋的设计矢高成为本工程施工难点也是施工重点。
通过预应力钢筋施工前就与总包密切配合，在本层梁柱普通钢筋绑扎开始期间就调整梁柱主筋与箍筋位置，预留100mm预应力波纹管穿行间隙，这样既保证了预应力筋的设计矢高，同时避免了单独预应力施工对原普通钢筋的破坏。典型梁柱节点波纹管与普通钢筋穿行示意图见图2。
4.2预应力筋张拉顺序
根据本工程的结构设计特点及现场施工条件和施工进度安排，并考虑结构主、次梁和纵、横方向梁的相关性，采用先张拉21m跨主次梁（纵向），后张拉9m跨主梁（横向）的方式对预应力梁进行张拉。另由于梁内预应力束根数较多，为避免梁内预应力张拉过程中对梁产生不平衡扭矩，同时还考虑到尽量减少张拉设备的移动次数理顺张拉端预应力筋次序，减小施工难度，应对所有预应力梁保证基本对称张拉。
本工程中的转换梁除了承担本层荷载外，还要承担上面13层的荷载，设计荷载与梁混凝土达到设计强度时的实际荷载相差悬殊。如果预应力张拉一次完成，需要等比较长的时间，这样对梁下支撑的强度和刚度要求比较高，占用时间较长，也不经济，造成施工成本增加，如果在混凝土强度达到要求后完全建立预应力会造成大梁反拱较大，甚至于梁的上表面开裂，给结构施工带来新问题甚至威胁到整个结构的安全性。
为解决以上预应力建立过程中出现的问题，在施工过程中采用分批张拉，分2次完成整个张拉工作。第一次张拉在混凝土达到设计强度后进行，第二次张拉在上部4层框架施工结束后进行。
4.3 预应力张拉控制力与伸长值
1）对混凝土强度的要求
本工程要求本层混凝土强度达到设计强度的100%才能张拉，只有混凝土强度试验报告表明混凝土强度达到要求后，才能开始张拉。
2）张拉控制力
预应力筋的张拉控制，以控制张拉力为主，同时用张拉伸长值作为校核依据。本工程梁张拉控制应力取为0.72倍钢绞线强度标准值，即1860×0.72=1339 MPa。张拉时，通过张拉伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩擦损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常。张拉时要求实测伸长值与理论计算伸长值的偏差应在（-6～+6）%范围之内，超出时应立即停止张拉，查明原因并采取相应的措施之后再继续作业。
4.4 后浇带预应力筋施工
为保证张拉千斤顶能够在后浇带内进行张拉操作，该工程后浇带预留宽度为1800mm，后浇带处预应力筋采用图3所示的张拉方式进行张拉，同时梁腰筋、内部箍筋非常多，导致千斤顶无法进入梁内后浇带，因此需切除梁一侧部分腰筋，待预应力筋张拉完毕后将梁腰筋焊接回补，并将梁内部箍筋后装，。
4.5孔道灌浆及张拉端封堵
预应力张拉完成后，灌浆是保证有粘结预应力实现及结构耐久性的关键，而张拉端锚具封堵是保证结构耐久性的关键工序。在预应力筋张拉结束后孔道应及时灌浆，本工程孔道灌浆采用标号为P42.5的普通硅酸盐水泥配制的水泥浆，水灰比控制在0.4～0.45左右。灌浆顺序宜先灌浆下层孔道，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺。最后用C50细石混凝土封堵张拉端。
5 结语
合理全面的设计以及现场紧密配合使得本工程施工进展顺利，工程质量良好，没有出现受力裂缝，本工程的设计和施工是成功的，工程实践表明：
1）通过合理设置施工后浇带和对主次梁施加预应力的方法，可以有效解决超长混凝土结构因温度和收缩应力导致裂缝的难题，保证结构在施工和使用阶段具有更好的工作性能和耐久性能。
2）对于大跨、重载转换层预应力结构设计，由于各工况下荷载区别较大，需对结构进行多工况下的模拟计算，设计好预应力的张拉顺序以及分批张拉数量，以确保结构在施工阶段以及正常使用阶段下的工作性能。
3）预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。
参考文献：
[1]张玉明；吴京；孟少平. 超长预应力混凝土结构裂缝控制研究. 工业建筑，2006（5）
[2]翟传明；李东彬；代伟明. 大柱网、重荷载、超长框架结构预应力楼盖的设计与施工. 建筑科学，2004（2）
[3]陶学康. 后张预应力混凝土设计手册 中国建筑工业出版社 1996
[4]国家标准. 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）中国建筑工业出版社 2002