大跨度無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換桁架的施工

大跨度無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換桁架的施工[摘要]：介紹長(zhǎng)春市客車廠技術(shù)中心大樓轉(zhuǎn)換層鋼混柱子和21。23M的預(yù)應(yīng)力桁架的施工枝術(shù)[關(guān)鍵詞]：預(yù)應(yīng)力桁架支撐張拉順序一、工程概況客車廠技術(shù)中心大樓是客車廠的標(biāo)志性建筑，該工程建筑設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，氣勢(shì)雄偉，屋面造型象一只展翅翱翔的雄雁，生動(dòng)表達(dá)了客車廠的勃勃生機(jī)。該工程為六層框架結(jié)構(gòu)，但由于地形條件限制及廠內(nèi)通訊中心的無法中斷，該工程必須跨越客車廠的原有20米寬的一層建筑物——電話站。為了解決這個(gè)問題，在②——⑤軸間E軸和H軸上設(shè)計(jì)了兩榀跨度為21.33米、寬1米、高5.25米的預(yù)應(yīng)力桁架，桁架支承于兩端直徑1200的鋼混柱子上，設(shè)計(jì)桁架上弦和腹桿截面為1000mmx1000mm，下弦桿為1000mmx1350mm，設(shè)計(jì)砼強(qiáng)度等級(jí)為C40砼。其中的兩根受拉腹桿和下弦桿為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力桿件，桁架示意及部分截面配筋見圖1。二、施工條件設(shè)計(jì)兩榀桁架底標(biāo)高均為2.8米，頂標(biāo)高8.05米，一榀桁架的側(cè)邊與原有山墻的外側(cè)對(duì)齊，一榀桁架位于電話站屋面上，原有電話站的屋面為現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，板面標(biāo)高為2.5米，電話站室內(nèi)凈高為3.3米，且室內(nèi)有吊頂，地面鋪有木地板，室內(nèi)通訊設(shè)備必須確保正常工作，室內(nèi)辦公必須正常進(jìn)行，因此施工難度較大。三、整體施工部署由于桁架的設(shè)計(jì)方案遲遲未定，西側(cè)緊鄰結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)施工，業(yè)主也要求工程早點(diǎn)投入使用，另外施工中電話站內(nèi)必須正常工作，工期相對(duì)較緊，因此必須合理安排，克服施工難度，施工時(shí)遵照從下往上施工順序。先施工鋼混柱子澆筑至桁架下弦下口，再施工下弦、再腹桿、最后上弦。四、鋼混柱子施工簡(jiǎn)述1、柱子概況：設(shè)計(jì)鋼混柱子截面為1200mmx1200mm，柱芯鋼結(jié)構(gòu)是由20厚的鋼板焊成的兩塊“工”字型鋼連接而成的骨架，柱芯骨架與鋼結(jié)構(gòu)柱腳焊接連接；柱腳通過30厚和60厚的兩塊承壓板由12根M25螺栓錨固在直徑為2500的人工挖孔樁上。鋼骨柱平面示意見圖2。圖2鋼骨結(jié)構(gòu)平面圖2、施工要點(diǎn)：①、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)鋼板進(jìn)行下料，現(xiàn)場(chǎng)焊接制成半成品。②、提供鉆孔定位及螺栓尺寸圖，由專業(yè)加工廠加工M25螺栓，在承壓鋼板上鉆孔。③、先施工柱腳±0.00以下：在人工挖孔樁上彈出柱腳邊線，固定承壓板，定位、矯正加勁板及±0.00以下柱骨架，焊接柱骨架及加勁板，檢查無誤后澆筑砼。④、將預(yù)制的一層以下骨架吊裝就位，矯正焊接固定，綁扎柱子鋼筋，支設(shè)固定柱子模板，澆筑柱子砼。當(dāng)下弦施工后重復(fù)以上步驟施工二層柱子。五、桁架施工（一）、下弦桿1、設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)桁架梁的節(jié)點(diǎn)成銳角，為了方便模板支設(shè)同時(shí)還有利于結(jié)構(gòu)受力，經(jīng)與設(shè)計(jì)人員協(xié)商，將銳角處做成砼短柱，見圖3。2、模板及支撐基本思路：經(jīng)初步計(jì)算，下弦桿重33.75KN/m，每榀桁架重2100KN，單位延長(zhǎng)米重量為93.3KN/m。由于自重荷載較大，為了使桁架及施工階段的支撐系統(tǒng)承受合理荷載，當(dāng)桁架施工遵照先下弦、再腹桿、再上弦的施工順序時(shí)，支撐系統(tǒng)只考慮支撐系統(tǒng)承受下弦的重力荷載，腹圖3模板及支撐示意圖桿及上弦的重量及施工荷載由下弦承受。b、材料選擇及基本搭設(shè)方案：由于電話站內(nèi)絕不能中斷辦公，原有電話站的頂結(jié)構(gòu)必須保留，經(jīng)于業(yè)主多次協(xié)商，決定支撐系統(tǒng)設(shè)于電話站室內(nèi)，采用干燥的松木桿做支撐材料。桁架下弦下面、電話站頂結(jié)構(gòu)板（原設(shè)計(jì)為C20現(xiàn)澆板）面間有400高的間距，決定采用紅磚、M5水泥砂漿砌筑成下弦底模。側(cè)模采用竹膠板面模，60×90木枋做縱橫楞，采用對(duì)拉螺栓固定，根據(jù)以往施工類似大梁的經(jīng)驗(yàn)確定縱橫間距均為500。模板及支撐系統(tǒng)示意圖如圖3。由于豎向支撐的特殊性，只對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。c、模板支撐計(jì)算：①、計(jì)算條件:由于下弦自重、磚底模及施工期荷載先傳遞至原現(xiàn)澆砼板，再傳遞到支撐桿件，再傳到原砼地面，通過加木楔等方法保證原現(xiàn)澆板與支撐接觸良好，原現(xiàn)澆砼板在重新回彈實(shí)測(cè)后達(dá)到設(shè)計(jì)C20等級(jí)，有足夠的強(qiáng)度均勻傳遞荷載，磚砌底模也有足夠的強(qiáng)度能順利傳遞荷載，地面在有木板支撐后滿足受力要求。根據(jù)以上條件計(jì)算如下：②、荷載計(jì)算：下弦的截面為：1000ⅹ1350；跨度為21300，以單位延長(zhǎng)米計(jì)算：下弦的自重：1×1.35×1×25=33.75KN/m施工荷載：2KN/m模板自重：1.5KN/m下弦底磚模：0.4×1×21=8.4KN/m荷載設(shè)計(jì)值為：43.65×1.2+2×1.4=55.18KN/m③、受力驗(yàn)算：選用尾徑不小于60的松木桿做支撐，An=2826mm2，松木桿屬TC17強(qiáng)度等級(jí)，軸壓設(shè)計(jì)值為fc=15N/mm2，電話站內(nèi)凈高為3.3米,中間設(shè)拉桿一道,計(jì)算長(zhǎng)度取2米，[λ]=200承載力驗(yàn)算：N/An×n≤fc；n≥N/An×fc；n≥1.3根穩(wěn)定性驗(yàn)算：長(zhǎng)細(xì)比λ=lo/ii為截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.25d=133>75穩(wěn)定系數(shù)φ=3000/λ2=0.169根據(jù)公式：N/ΦA(chǔ)=fcn≥N/φ×An×fc=7.68根取8根d、施工要點(diǎn)：①、提前向客車廠基建處及監(jiān)理報(bào)送施工方案，在業(yè)主審批后，請(qǐng)業(yè)主協(xié)調(diào)并能取得通訊中心對(duì)施工中給他們?cè)斐傻牟槐憬o予理解與支持。②、輕輕拆除電話站內(nèi)桁架位置的吊頂及地面木地板，發(fā)理原砼地面較平整。清除拆除的垃圾。用新買干凈的彩條布對(duì)靠近設(shè)備進(jìn)行遮蓋，以防灰塵進(jìn)入設(shè)備。撐桿、系桿及工具用具進(jìn)入室內(nèi)不得將灰塵帶入，保持辦公室內(nèi)清潔。③、將桁架位置線引向電話站，通過窗戶再將位置線引到室內(nèi)地面及頂棚，經(jīng)復(fù)核后彈出位置線。④、先量出電話站內(nèi)凈高尺寸h，選用30~40厚2米長(zhǎng)的木板做墊板（b1、b2），根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定支撐桿的長(zhǎng)度h0，h0=h-(b1+b2)-20，（留空隙20），下料后的桿件尾徑不得小于60mm，對(duì)支撐及系桿去皮干燥處理，系桿做成60×40小方，刨光，長(zhǎng)1.2m；⑤、選用認(rèn)真負(fù)責(zé)的工人將材料搬入室內(nèi)，細(xì)心操作，按設(shè)計(jì)方案每米八根，分兩排支設(shè)，用對(duì)稱楔子釘緊頂牢，將系桿用雙釘固定。⑥、澆筑砼之前技術(shù)人員組織對(duì)所有支撐桿及系桿進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，澆筑砼過程中派專人觀察支撐的受力情況。⑦、下弦桿張拉后立即拆除下弦下面磚砌底模，防止建筑物沉降后對(duì)原結(jié)構(gòu)施加荷載。3、鋼筋工程施工要點(diǎn)對(duì)于預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)保證平行、走向準(zhǔn)確，不得紐絞在一起，同時(shí)要避免鋼絞線外包塑料皮破裂和磨損，腹桿的所有鋼筋應(yīng)預(yù)留準(zhǔn)確、固定牢靠，在節(jié)點(diǎn)處與非預(yù)應(yīng)力鋼筋位置發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先保證鋼絞線的位置和張拉需要。桁架下弦配有46根通長(zhǎng)Φ25的非預(yù)應(yīng)力筋和42×1U15直線布置預(yù)應(yīng)力筋，箍筋也較密；特別是節(jié)點(diǎn)處，腹桿的4-4剖面配有35根Φ25的非預(yù)應(yīng)力筋和25×1U15直線布置預(yù)應(yīng)力筋，5-5剖面配有35根Φ25的非預(yù)應(yīng)力筋和49×1U15直線布置預(yù)應(yīng)力筋，鋼筋非常密集，操作較困難，施工非預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)應(yīng)力筋穿插、平行施工。另外，為了不削弱兩端鋼混柱子的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)考慮將預(yù)應(yīng)力筋從“工”字型鋼結(jié)構(gòu)柱芯兩側(cè)拐彎穿束，因此施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)水平位置及矢高位置固定鋼絞線，以減少?gòu)埨A(yù)應(yīng)力損失。4、砼工程施工要點(diǎn)位于H軸的桁架部分支承在原在電話站的山墻上，支撐有保證，施工時(shí)先澆筑該桁架，后澆筑E軸桁架。為了更有效地管理，充分發(fā)揮工人的勞動(dòng)效力，同時(shí)為了能更好地觀察支撐系統(tǒng)的情況，施工時(shí)間安排從早上開始澆筑砼，分兩個(gè)班組連續(xù)施工，計(jì)劃12小時(shí)內(nèi)完成一榀桁架的澆筑任務(wù)。為了加快施工進(jìn)度，讓桁架下弦在張拉后能及時(shí)承受腹桿及上弦荷載，同時(shí)防止因鋼筋密集影響砼的密實(shí)度，砼施工時(shí)摻加了早強(qiáng)減水劑，根據(jù)試配，砼的水灰比為0.4，塌落度為140。由于截面尺寸較大（1000ⅹ1350），試配采用525#普通水泥，澆筑日期為2002年5月工27日，日平均氣溫約為150C，為了預(yù)防水化熱對(duì)構(gòu)件的不利影響，并盡量讓荷載逐步傳遞到樓板及支撐，澆筑時(shí)從①軸向⑤軸分三層逐步推進(jìn)，由一臺(tái)40TM的塔吊和可控制性料斗（容積為0.3m3）運(yùn)輸砼，控制砼的澆筑速度在3m3/小時(shí)以內(nèi)，覆蓋新澆砼的時(shí)間間隙控制在60分鐘左右，不得留設(shè)施工冷縫。澆筑順序示意見附圖。（二）、腹桿及上弦桿施工下弦施工完12小時(shí)后開始支設(shè)腹桿模板，將事先預(yù)制好的腹桿底模現(xiàn)場(chǎng)拼裝，綁扎非預(yù)應(yīng)力鋼筋，搭設(shè)腳手架，將腹桿預(yù)應(yīng)力筋位置按設(shè)計(jì)位置固定好，按照下弦模板的螺桿間距設(shè)置螺桿固定側(cè)模板，待下弦的第一批張拉結(jié)束后開始澆筑砼。腹桿施工完12小時(shí)后開始支設(shè)上弦底模板，綁扎鋼筋，澆筑砼。澆筑砼時(shí)控制砼的施工速度，避免集中下料和下料過快，確保砼施工質(zhì)量和施工期間荷載的順利傳遞。

（三）、預(yù)應(yīng)力張拉施工1、張拉時(shí)間和順序：設(shè)計(jì)要求當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)可以張拉預(yù)應(yīng)力筋，綜合對(duì)砼表面進(jìn)行回彈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和對(duì)同條件養(yǎng)護(hù)試塊的試驗(yàn)結(jié)果，確定下弦開始張拉時(shí)間為6月8日。腹桿的張拉應(yīng)在上弦砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后進(jìn)行。另外桁架本身的自重荷載為93.3KN/m，桁架上弦③軸和④軸位置兩節(jié)點(diǎn)各承受上面三層框架傳送給節(jié)點(diǎn)柱的集中力（設(shè)計(jì)為4000KN），考慮桁架的整體荷載較大，而在桁架的整個(gè)施工期間，桁架只要承受自重荷載，為了使桁架從施工期間到使用期間能受力合理，避免一次張拉帶來的負(fù)面影響，經(jīng)與設(shè)計(jì)人員及專家論證，確定分批對(duì)稱張拉的施工方案。桁架的具體施工順序?yàn)椋合孪夷０?、鋼筋、砼——下弦第一批張拉——腹桿模板、鋼筋、砼——上弦模板、鋼筋、砼——腹桿第一批張拉——下弦第二批張拉——腹桿第二批張拉。實(shí)際砼澆筑時(shí)間及預(yù)應(yīng)力筋分批張拉的時(shí)間見下表：預(yù)應(yīng)力桁加預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)間及張拉程序表構(gòu)件施工程序下弦桿腹桿上弦桿4-4剖面5-5剖面澆筑砼時(shí)間2001/5/272001/6/82001/6/82001/6/28第一批張拉時(shí)間2001/6/82001/7/112001/7/11預(yù)應(yīng)力筋編號(hào)1—18號(hào)1—9號(hào)1—9號(hào)第二批張拉時(shí)間2001/7/172001/7/292001/7/29預(yù)應(yīng)力筋編號(hào)19—42號(hào)10—25號(hào)10—49號(hào)說明剖面位置及預(yù)應(yīng)力筋的編號(hào)見附圖2、下弦桿分批張拉荷載與張拉根數(shù)計(jì)算①、第一批張拉計(jì)算的基本假設(shè)：a、在上弦桿施工階段，下弦桿、腹桿和上弦桿的自重及施工荷載均勻作用于下弦桿上。b、此時(shí)下弦桿的砼強(qiáng)度等級(jí)為達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%即達(dá)到C30。c、下弦桿發(fā)生的豎向位移控制在5mm以內(nèi)。d、下弦非預(yù)應(yīng)力筋承受部分荷載，其余荷載由預(yù)應(yīng)力筋承受。②、預(yù)應(yīng)力筋的張拉根數(shù)計(jì)算：當(dāng)下弦桿撓度f(wàn)=5mm時(shí)，通過計(jì)算下弦桿承受的荷載為：q1=10KN/m則預(yù)應(yīng)力筋承受的荷載：q2=q－q1=（93.3KN/m－10KN/m）×1.2=99.96KN/m預(yù)應(yīng)力筋承受的彎矩：M=1/24q2lo2=1895KNmh0=1350-60=1290mmhp=1350-320=1030mmX=h0-（h02-2M/fcmb）-1/2=56.9mmNp=M/(hp-X/2)=1895