體外預應力樓蓋體系施工工法

多轉向體外預應力樓蓋體系在大跨結構中的施工工法1、前言隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及業(yè)主對民用建筑功能的要求越來越高，傳統(tǒng)意義的梁、柱結構體系受到越來越大的挑戰(zhàn)，同時也給結構設計和施工人員提出了一個又一個難題，需要設計及施工人員從另外的思路對結構形式進行創(chuàng)新和改善。本施工工藝主要根據(jù)溫州火車站項目中，設計所遇見的實際問題而來，本項目中二層候車大廳跨度30米。而根據(jù)建筑凈高要求，此處結構構件與設備管道總體高度要求控制在2.7米以內(nèi)，而設備管道高度就已經(jīng)占有1.5m的高度。常規(guī)的混凝土梁、預應力梁、鋼梁等做法均無法滿足要求。因此，設計中在此處采用體外預應力的形式，以樓蓋體系作為結構所謂的上弦，以吊柱作為轉向塊，以高強預應力鋼絞線作為下弦，通過樓蓋、吊柱、邊梁、預應力筋作為受力體系，承受結構的荷載。同時在混凝土梁與體外預應力筋中形成中空部分，用以設備管道布置，期望以此保證建筑凈高要求。體外預應力梁布置方案定位通過5根混凝土轉向塊將預應力筋布置為5折線形式。2、工法特點2.0.1本工法存在結構跨度大、轉向多、每轉向塊的預應力筋孔數(shù)多的特點。2.0.2由于以混凝土吊柱作為轉向塊的受力構件，吊柱在樓蓋以下，因此施工階段吊柱的受力作為設計最不利的階段，為了保證混凝土的密實度，因此吊柱和樓蓋分開進行澆筑。2.0.3由于吊柱和樓蓋分開進行澆筑，因此需要預先把轉向塊固定在吊柱上，這意味著在后期穿筋過程中轉向塊不能夠挪動，因此需要預先對轉向塊進行嚴格定位。2.0.4由于轉向塊的數(shù)量多，并且每一轉向塊的孔數(shù)較多，因此需要在穿筋過程中采用合理的編號并安排合理的勞動力進行穿筋，防止鋼絞線相互扭結在一起。2.0.5通過對現(xiàn)場進行實際測試以及通過計算手段方能夠確定分級或分批張拉的方案。2.0.6施工工藝先進、可操作性強、工序銜接緊密，工效高。2.0.7技術含量高、質量容易保證，并能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。3、適用范圍本施工工法適用于跨度大、對結構層高要求嚴格、管道多且管道的尺寸龐大、輕巧型樓面等類似工程。4、工藝原理該工法以理論為基礎，通過嚴謹?shù)脑O計計算、合理的檢測方法，首先確定結構體系，利用高強低松弛鋼絞線的優(yōu)點，采用高強鋼絞線作為受拉材料，利用樓蓋作為上部受力構件，通過施加預應力的方案使得樓蓋與預應力筋形成一個受力體系，同時根據(jù)結構跨度采用合理的分段方法，將樓蓋中的肋梁分成5跨，采用六個轉向系統(tǒng)，形成合理的五段直線。整個結構的受力除了驗算承載力以外，特別需要進行施工中樓蓋撓度的驗算、受拉驗算、吊柱的承載力驗算、摩阻力測試、張拉伸長值計算及測試等手段，確定最后的設計參數(shù)及施工方法，以達到最合理的施工工序和最佳的預應力的效果。5、施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程搭設平臺模板→支座梁、支撐牛腿（吊柱）綁扎→體外組件放線、安裝→平臺梁板鋼筋綁扎→體外組件位置矯正、固定→封?！[蔽工程驗收→澆筑吊柱混凝土→澆筑平板混凝土→體外預應力筋穿束→體外錨具安裝→體外預應力筋張拉→錨固情況復查→切除多余預應力筋→防腐、封錨→模板拆除5.2操作要點5.2.1材料的選用：由于維修不方便等原因，為了保證鋼絞線的長期使用，所采用的預應力筋為環(huán)氧涂層高強無粘結鋼絞線。而傳統(tǒng)意義的張弦梁結構采用的是具有噴涂的低強度鋼絲束。5.2.2轉向塊的制作及技術要求：轉向塊采用定制的轉向塊，為Q235的有弧度的鋼板焊接的外殼，中間聚乙烯管作為分絲用，為了保證張拉時塑料管不至于變形，在管與管以及管與外殼中間灌注高強灌漿料。5.2.3施工階段張拉方案及有效測試方法、測試參數(shù)、需要得到的相關有效數(shù)據(jù)來指導設計：由于實際工程匱乏，為了驗證設計的準確性同時為了保證施工階段安全以及后期結構安全使用，必須進行現(xiàn)場實際檢測并反饋給設計院相關具體數(shù)據(jù)，用以修改相關設計參數(shù)并重新進行結構驗算。5.2.4穿預應力筋的方法：由于轉向塊的數(shù)量多，并且每一轉向塊的孔數(shù)較多，因此需要在穿筋過程中采用合理的編號并安排合理的勞動力進行穿筋，防止鋼絞線相互扭結在一起。5.2.5帶有吊柱、轉向塊的混凝土澆筑方法：吊柱和樓蓋宜分開進行澆筑，一般需要預先把轉向塊固定在吊柱上，這意味著在后期穿筋過程中轉向塊不能夠挪動，因此需要預先對轉向塊進行嚴格定位，定位包括沿樓蓋受力方向轉向塊必須保證一條線，平面中轉向塊的角度保證鋼絞線整體穿束后與孔道平滑接觸。吊柱及轉向塊的埋設依據(jù)模板定位，經(jīng)過放線、初定、校核、矯正、固定工序，確保預埋組件的位置、角度符合設計要求。5.2.6由于在施工階段活荷載還沒有上去，因此需要利用計算手段控制張拉力，采用分級或分批張拉控制樓面的撓度或拉應力，保證在張拉鋼絞線時樓蓋的上部不會出現(xiàn)影響安全的拉應力同時不至于出現(xiàn)大的反拱。由于采用單根張拉鋼絞線的施工工藝，而且未張拉鋼絞線比較松弛，空拉長度會比較大，張拉到0.2σcon時的油缸移動量已達180mm左右，因此將測試方案改為直接裝夾片正式張拉測試。分為6個測試工況：0.2σcon、0.5σcon、0.65σcon、0.80σcon、1.0σcon以及錨固后，測試內(nèi)容包括：張拉控制力、鋼絞線有效預應力、伸長值和錨固回縮量等。根據(jù)設計圖紙可知，。根據(jù)千斤頂標定的結果，張拉力x（kN）和千斤頂油壓值y（MPa）的關系為：。由此可以得到上述5個張拉工況對應的油壓分別為：6.5MPa、15.7MPa、20.3MPa、24.8MPa和31.0MPa。5.2.7張拉后預應力筋的留置長度以及若干年以后需要換索的端部構造措施（最安全簡單的方案）：由于張拉端處在結構兩端，因此為了保證建筑立面的要求，鋼絞線留置長度不能過長，但是為了保證后期換束的要求還必須留置出一定的長度，因此張拉的位置需要向前移動，保證留置的鋼絞線的長度不影響建筑立面，但是由于截面削弱而需要設計院抗剪驗算?；炷翝仓瓿梢恢芎螅◤姸冗_到設計強度50%以上）拆除吊柱及張拉端部模板，搭設穿筋平臺，拆除、清理體外束穿筋障礙，預應力筋穿束?；炷翉姸冗_到張拉設計要求時方可張拉，張拉前模板嚴禁拆除。5.3勞動組織人員配備一覽表人員組成人數(shù)職責項目經(jīng)理l負責施工組織、協(xié)協(xié)調現(xiàn)場技術負責人1負責各項施工技術術工作及技術術攻關技術員2負責施工技術的交交底及驗收、施施工資料的收收集與整理質量員2負責施工質量安全員2負責施工安全材料員1負責組織材料進場場及管理班組長1負責安排具體施工工人員工作下料工3負責鋼絞線下料穿筋工14負責鋼絞線穿筋焊工4負責支架鋼筋、端端部焊接張拉工6負責預應力張拉雜工根據(jù)實際需要負責材料的運輸工工作及現(xiàn)場清清理6、材料與設備體外預應力采用φs15.2環(huán)氧噴涂無粘結鋼絞線束,強度等級1860MPa。錨具全部選用Ⅰ類夾片錨具主要施工機械表序號名稱數(shù)量備注1油泵ZB4---5002臺2YCW250B千千斤頂4臺4電焊機1臺5切割機1臺6角磨機2臺7擠壓機1臺7、質量控制7.1鋼絞線7.1.1本工程選用采用φs15.2環(huán)氧噴涂無粘結鋼絞線束,強度等級1860MPa。鋼絞線的材料性能見下表：種類符號d（mm）fptk（N/mmm2）fpy（N/mm22）f`py（N/mmm2）Es（N/mm2）鋼絞線φs15.218601320390195000d—鋼絞線的外接圓直徑；fptk—鋼絞線的強度標準值；fpy—鋼絞線的抗拉強度設計值；f`py—鋼絞線的抗壓強度設計值。7.1.2進入施工現(xiàn)場的鋼絞線應提供出廠質量證明書或試驗報告單，鋼絞線每盤上都應掛有標牌，標牌上寫明鋼材品種，直徑，強度級別，重量，出廠日期等。7.1.3鋼絞線進場時應按型號、種類分批檢驗。檢驗內(nèi)容包括查對標牌，外觀檢查，抽取試樣作力學性能試驗，檢驗合格后方能使用。7.1.4鋼絞線的外觀檢查應逐盤進行。鋼絞線的捻距應均勻，切斷后不松散，其表面不得帶有油污，銹斑或機械損傷。允許有輕微的浮銹。7.1.5每批鋼絞線經(jīng)外觀檢查合格后，從中任取3盤，在每盤鋼絞線端部各截取1根試樣組成一組，進行抽樣試驗。試驗項目包括直徑檢驗，屈服強度、抗拉強度和伸長率，以上力學性能必須符合《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T5224---95標準，當有一項試驗結果不符合標準的要求，取樣盤為不合格品。再從未取過樣的鋼絞線中取雙倍試樣進行檢驗，如仍有一項試驗結果不合格，則該批鋼絞線為不合格品。7.1.6鋼絞線拉力試驗每一驗收批重量以60噸為一批，取5%/盤（不少于3盤），各截取一個試樣進行拉力試驗。同一單位工程中每種型號的鋼絞線每一驗收項目取樣不得少于一次。7.2預應力鋼絞線用錨具7.2.1選用錨具，符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規(guī)程》GB/T14370---2000的規(guī)定。7.2.2錨具進入施工現(xiàn)場，必須提供質保書復印件。7.2.3收料進庫時須進行外觀檢驗，從每批中抽取10%且不少于10套錨具，檢查錨環(huán)、夾片外形尺寸及表面質量，當有一套外形尺寸偏差超過產(chǎn)品標準或表面有裂紋時，則不得使用。錨墊板外形尺寸應符合產(chǎn)品標準。7.2.4硬度檢查：應從每批中抽取2%，但不少于5件錨具，對其中有硬度要求的錨環(huán)和夾片等硬度試驗，多孔夾片式錨具，每套至少抽取5片夾片。每個錨環(huán)和夾片測試三點，其硬度偏差不應大于設計要求。7.2.5靜載錨固性能試驗：錨具一般應由生產(chǎn)廠提供靜載錨固性能試驗報告，當設計有專門規(guī)定時，按設計規(guī)定數(shù)量試驗。7.2.6預應力張拉中反復使用的工具錨應具備以下性能：7.2.6.1當預應力工具錨組裝件靜載試驗達到極限拉力時，錨具的全部零件不應出現(xiàn)肉眼可見的裂縫和破壞；7.2.6.2有良好的自錨性能和松錨性能，松錨時不需要敲擊；7.2.6.3能多次重復使用；7.3預應力張拉設備的準備張拉設備的標定張拉設標定：一表（油壓表精度為0.4）一頂（千斤頂），備須配套標定、配套使用。標定有效期限為半年一次，超出半年有效期限或壓力表損壞及不回零、千斤頂故障修復之后，均須重新進行標定才能使用。7.3.2張拉設備檢查預應力工程張拉之前，張拉設備應事先檢查：運轉是否正常，清洗工具錨夾具，檢查齒形有無損傷，確保張拉時有足夠的夾持力。；油料是否足夠潔凈及符合氣溫要求。8、安全措施8.0.1在本工程施工中我們嚴格執(zhí)行政府及上級有關部門頒布的各項安全生產(chǎn)規(guī)章制度及文件并在具體現(xiàn)場管理中嚴格依照1999年3月30日建設部頒布標準JGJ59—99《建筑施工安全檢查標準》對現(xiàn)場施工安全嚴格管理，健全和落實工程安全責任制，切實做好安全生產(chǎn)和文明施工。8.0.2所參加施工的作業(yè)人員必須經(jīng)安全技術操作培訓合格后方可進入現(xiàn)場進行施工。特殊工種（電焊工、張拉工等）必須持有操作證上崗作業(yè)，嚴禁無證操作。各分包工程、工序施工前均應由施工負責人進行書面交底。8.0.3參加現(xiàn)場施工的所有人員必須熟悉本工種的安全技術操作規(guī)程，在操作中必須服從統(tǒng)一指揮，堅守崗位。8.0.4進入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽；高空作業(yè)必須正確使用安全帶。8.0.5所有勞保安全設施，用具要經(jīng)常檢查，不合要求不得使用。8.0.6現(xiàn)場使用的臨時電接線不得隨意拉扯，電器設施和線路應絕緣良好。8.0.7電動工具必須按規(guī)定接地接零，并設單一開關；手持電動工具必須裝有漏電保護器。8.0.8張拉人員要嚴守張拉操作規(guī)程，張拉時千斤頂后嚴禁站人或穿越，操作人員應位于千斤頂側面，油泵和灌漿泵在工作的過程中操作人員不得離崗。8.0.9氧氣瓶、乙炔瓶要保持要求的間隔距離，乙炔瓶要遠離火種。8.0.10腳手架、跳板和平臺等的搭設要合乎要求、安全、牢固，并保持清潔；使用梯子時上端要扎牢，下端放穩(wěn)固并有專人扶持。在懸挑部位進行作業(yè)的人員應佩戴安全帶。8.0.11鋼絞線垂直運輸應服從總包單位的統(tǒng)一管理。8.0.12用倒鏈吊起的千斤頂作較長時間的空中停留或在千斤頂檢修時必須將手鏈打結扎牢。8.0.13所有起重工機具如鋼絲繩、卡環(huán)、繩卡、倒鏈等使用前必須嚴格檢查，有缺陷或狀態(tài)不明者禁止使用。8.0.14專職安全員根據(jù)工藝特點，結合安全生產(chǎn)制度和有關規(guī)定，經(jīng)常進行現(xiàn)場檢查督促整改，如發(fā)現(xiàn)嚴重的不安全情況時，有權指令停止施工，并立即報告項目經(jīng)理，經(jīng)處理后方可繼續(xù)施工。8.0.15張拉施工的腳手架搭設必須服從總包單位，作好搭設前有詳細的技術交底。8.0.26除以上特殊要求外，還要遵守現(xiàn)場常規(guī)的各項安全措施。9、環(huán)保措施9.0.1成立對應的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關環(huán)境保護的法律、法規(guī)，加強對工程材料、設備、生產(chǎn)垃圾的控制和治理，9.0.2嚴格原材料的采購，選擇環(huán)保材料。首先選擇無毒、無害、無污染的材料，施工中原材料的采購必須嚴格按照ISO9001和ISO14001的相關執(zhí)行文件進行，控制材料的有害物質在規(guī)定范圍內(nèi)。9.0.3嚴格控制施工過程中的環(huán)境污染。在施工工程中，嚴格按照工地環(huán)境管理方案，控制粉塵污染、噪聲污染、燈光污染。9.0.4施工完成后，評估施工對環(huán)境的影響，制定糾正和預防措施，促進環(huán)保體系的健全和提高。10、效益分析10.0.1該工法施工簡單科學，施工速度快，可以滿足工期緊張的需要。10.0.2充分利用鋼絞線受拉強度高的特點，有別于梁內(nèi)的鋼絞線受力，減小構件尺寸和結構自重，比普通預應力結構可節(jié)約造價20%。10.0.3該工法工藝簡單、施工便捷，節(jié)約了模板周轉，工期節(jié)省20%。10.0.4公共建筑一般跨度較大，設備需要留置的空間大，并且結構凈空有要求時，采用本工法具有獨特的優(yōu)越性。11、應用實例11.1甬臺溫鐵路溫州站站房甬臺溫鐵路溫州站站房位于溫州市郊區(qū)，東臨站東河、南臨葉焦路、北靠甌海大道，站房工程建筑面積79259平方米，建筑總高度39.674米，結構形式為框架結構+大跨度鋼屋架結構。站房二層候車大廳跨度30米，由浙江省建工集團有限責任公司承建。在設計中突破傳統(tǒng)，采用了體外預應力樓蓋結構，使得在混凝土梁與體外預應力筋中形成中空部分，方便設備管道布置，以此保證建筑凈高要求，其中30米跨的體外預應力索采用6個轉向塊的5折線形，而傳統(tǒng)的體外預應力筋線形以2個轉向塊3折線為主，所采用的預應力筋為環(huán)氧涂層無粘結鋼絞線，并采用單根一端張拉一端補拉的工藝，經(jīng)現(xiàn)場實際檢測，張拉后的有效應力、張拉伸長值、錨具回縮值、樓蓋變形均在設計控制范圍內(nèi)，并且施工中通過與土建單位交叉流水施工，大大節(jié)省施工周期，并大量節(jié)省模板。該工程作為新型的結構體系，屬國內(nèi)首例，該工程以新穎的結構形態(tài)、獨創(chuàng)的的設計理論、科學的施工工法得到了社會好評。11.2大光明電影院影院大光明電影院影院主體建筑建于1932年，主入口門廳西側店鋪房屋主要結構建于1922年，為現(xiàn)澆框架結構，工程總建筑面積500