巖土工程師輔導(dǎo)：大跨度預(yù)應(yīng)力梁的施工

　　一、工程概況：

　　由上海捷仁建設(shè)有限公司承建的金蘋果學(xué)校中學(xué)部位于上海浦東新區(qū)，由教學(xué)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，大梁采用大跨度鋼筋混凝土后張法預(yù)應(yīng)力梁，且該工程工期特別緊僅4個(gè)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)采用大跨度預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，而圖書館區(qū)域采用多層大跨度預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。根據(jù)原設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力梁需逐層張拉，張拉時(shí)其混凝土強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%.如滿足設(shè)計(jì)要求的話，施工支模、鋼筋綁扎、澆注混凝土，再養(yǎng)護(hù)20天左右，然后張拉。這樣施工1層結(jié)構(gòu)達(dá)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(yán)重影響業(yè)主的招生工作。

　　為此，對(duì)圖書館部分的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)與原設(shè)計(jì)商定，大跨度鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)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(dá)到強(qiáng)度后逐層向下張拉，達(dá)到壓縮工期的目的。

　　確定了預(yù)應(yīng)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(duì)底層地坪夯實(shí)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，其荷載大投入鋼管排架量大，而且由于荷載之大，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(dá)到一定程度極易造成預(yù)應(yīng)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、模板投入量也較大，增加施工成本。

　　(2)采用臨時(shí)鋼支撐方案。一端預(yù)埋在大梁內(nèi)，另一端直接支撐在框架柱的獨(dú)立基礎(chǔ)上，這樣鋼立柱滿足強(qiáng)度及變形的情況下無需考慮沉降差對(duì)大梁的影響。該方案不僅可節(jié)約大量鋼管、扣件的投入，而且可節(jié)約鋼管排架需要的地基處理費(fèi)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(dú)立承臺(tái)上，以此連接形成整體。

　　通過初步計(jì)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(diǎn)設(shè)置在原有的獨(dú)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(jì)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(tái)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(qiáng)度計(jì)算

　　1、力學(xué)模式1]二層結(jié)構(gòu)梁2]一層結(jié)構(gòu)梁3]支撐受力F=NB/cosα 經(jīng)查手冊(cè)計(jì)算得F=950KN

　　2、強(qiáng)度驗(yàn)算1]32b雙拼立柱

　　∵I1=336cm4; A=2×55.1=110.2cm2; iy=12.1cm;N=950kN; L=7.5m; λy=750/12.1=62

　　∴ψy=0.795δ=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(yīng)大于40，也不應(yīng)大于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(yàn)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=0.755δ=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(yù)應(yīng)力梁設(shè)計(jì)配筋上下各9Ф25，滿足施工要求。

　　五、大跨度預(yù)應(yīng)力梁的張拉

　　本工程圖書館部位預(yù)應(yīng)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(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力張拉對(duì)框架的綜合彎矩和次彎矩，從構(gòu)造上加以加強(qiáng)防止張拉對(duì)框架柱及梁的次彎矩，由此造成柱、梁局部裂縫。

　　根據(jù)預(yù)應(yīng)力引起的內(nèi)力分析，對(duì)框架配筋從構(gòu)造采取措施。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(yù)應(yīng)力張拉采用從上到下同時(shí)張拉，而且對(duì)于預(yù)應(yīng)力張拉加載分節(jié)控制。

　　六、效果

　　該方案經(jīng)金蘋果學(xué)校中學(xué)部綜合樓工程實(shí)施，使該部位的施工滿足了工程進(jìn)度，同時(shí)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大跨度預(yù)應(yīng)力梁施工質(zhì)量，同時(shí)對(duì)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(duì)框架柱梁的影響。該工程張拉后，柱、梁節(jié)點(diǎn)未產(chǎn)生張拉裂縫，達(dá)到了預(yù)期目的。

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