施工方案 _预应力混凝土工程

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1、施施 工工 组组 织织 设设 计计 第 1 页 共 2 页 工程名称 第一卷 78m跨度预应力混凝土刚架结构设计与施工 第一卷 78m跨度预应力混凝土刚架结构设计与施工 玉溪体育馆是集练习、比赛、演出、集会等功能为一体的体育建筑。平面呈 八边形，对边最大距离72.6m，建筑总高度26.2m，总建筑面积9100m2。体育馆屋 盖结构采用跨度为78m的大型预应力混凝土刚架承重，以悬吊8片曲面钢网架组成 屋盖体系。钢网架外周边支承在看台框架上，内周边悬吊于预应力混凝土刚架下 翼缘上。屋面覆盖压型彩色钢板。 预应力混凝土刚架分为2榀，沿体育馆纵向布置，间距8m。两刚架之间用混 凝土横梁连接，其间布置天

2、窗，以增加场馆中心的天然采光。柱为等宽变高度斜 柱，从刚架横梁上翼缘(即标高+25.00m)向下向外倾斜，逐渐分开至12m。图4-6- 1、4-6-2为体育馆屋盖平面与结构方案简图。 第1章 刚架结构计算 第1章 刚架结构计算 该刚架为体育馆最主要的屋面承重结构，跨度78.392m，按8度抗震设防。 刚架横梁采用工字形截面，大梁高度5m，上下翼缘宽度为1.2m，腹板厚0.4m 。刚架柱为等宽度变高度斜柱，截面为矩形，柱脚截面1.2m3.5m，柱顶截面1. 2m4.5m。刚架柱向外倾斜组成空间刚架结构系统。 在结构计算时，综合比较多种计算模型并根据现场施工条件，选取2种结构 计算模型(空间刚架结

3、构计算模型、平面刚架结构计算模型)和2种支座约束情况( 刚接和铰接)进行详细计算。其中平面刚架结构计算分平面内和平面外分别进行 内力分析。 内力分析结果表明，结构内力很大。按平面刚架计算，横梁跨中最大弯矩50 115kNm，梁端最大负弯矩50485kNm，柱脚最大弯矩15280kNm，柱脚最大剪 力2750kN，最大轴力9875kN。 第2章 预应力设计 第2章 预应力设计 为解决大跨度预应力刚架柱的大偏心受压问题，使结构具备好的抗震性能， 该工程梁柱均采用了有粘结预应力技术。根据截面计算及当时的预应力钢材市场 供应情况，预应力筋采用1570级j 15钢绞线。刚架横梁预应力筋为l40j 15

4、钢绞线，分为20束，每束7j 15，分3组按二次抛物线和直线布置。刚架柱预应 力筋为l40j 15钢绞线，分为2组，各l0束以直线和曲线布置。锚具采用OVM体 系群错。预应力张拉控制应力con=0.7ptk。刚架混凝土设计强度C40。图4-6- 3为预应力混凝土刚架简图。 由于刚架结构自身刚度较大，若刚架柱与基础采用刚性连接，则预应力筋张 拉时因支座约束而产生的次应力将成为影响结构受力的重要因素，影响刚架工作 状态。为此在预应力刚架结构计算中对张拉次应力进行反复计算分析，比较不同 预应力筋布置曲线引起的次应力，力求将次应力的不利影响减少到最低限度。 为减少预应力筋张拉时刚架结构对预应力产生的不

5、利影响，设计时采用了分施施 工工 组组 织织 设设 计计 第 2 页 共 2 页 工程名称 阶段的支座约束方式。第一阶段刚架施工时在柱脚与基础间放置预埋钢板支座， 使之形成滑动面。由于施工时无水平力作用，故柱脚与基础间的连接相当于滑动 铰支座，刚架上部结构与基础间不再有多余约束，保证了预应力筋张拉时刚架的 自由变形。该连接处同时也就作为预应力刚架下端的张拉锚固位置，避免了预应 力筋张拉操作的困难。预应力筋张拉完成后的第二阶段，将上下两块钢板及柱筋 相互焊接，二次浇筑强度等级比刚架高一级的C45混凝土形成刚性连接。 第3章 预应力刚架结构施工 第3章 预应力刚架结构施工 由于该工程结构高度高、跨

6、度大、结构重，模板支架及支撑结构的设计、高 空模板定位、高空大体积混凝土的浇筑以及在20m高空进行60m以上长度预应力筋 的穿束和竖向预应力孔道埋设、灌浆等问题都成为施工难点。 经过方案比较，采用钢管脚手架，辅之以部分焊接型钢作垂直支撑结构系统 。 在施工中，由于刚架柱变截面和向外倾斜使得高空支模的空间定位成为施工 中十分复杂的难点。经过现场采用多种方法反复测定校核得以解决。 预应力大梁金属波纹管直径70mm，在绑扎钢筋骨架时就位，采用U形支架架 立。预应力刚架柱竖向预应力管道则采用分节布设的方法成型。 预应力筋穿束是该工程施工的一个难点。为确保工程质量并方便施工，采用 先穿束法。即在施工时先

7、将波纹管安装就位，然后将预应力筋穿人。先穿束法应 特别注意波纹管的固定、管口及外露钢绞线的防水、防锈保护，确保混凝土浇筑 过程中波纹管不破裂、不漏浆，钢绞线在管内能牵引移动。 预应力筋张拉在混凝土达到设计强度后进行。采用分批张拉方法，在梁柱上 以每4束为1批，按对称原则同时顺序张拉，以确保截面受力均匀。张拉时以控制 千斤顶油泵的油压表为主，同时测量钢绞线张拉伸长值，以综合评定张拉力、孔 道摩擦、预应力筋等有无异常现象。 刚架柱内竖向孔道灌浆时应确保波纹管孔道顶部密实。经取现场材料试验比 较，确定灌浆用525号水泥，加入30%的砂，水灰比0.45。采用分段灌浆工艺，由 下至上分段压浆，最后在顶部

8、补浆。大梁孔道从跨中向两端压浆，最后二次补浆 。 第4章 工程测试 第4章 工程测试 预应力张拉时，在刚架柱脚、大梁跨中等各部位选取了12个测点进行变形监 测，以测试预应力刚架的受力情况。实测结果表明，预应力筋张拉效果明显，满 足预期要求。特别是在预应力筋张拉完成前的第一阶段将刚架柱脚与基础之间作 为滑动铰接支座的处理，放松了刚架的多余约束，对刚架预应力的建立取得良好 效果。 施施 工工 组组 织织 设设 计计 第 1 页 共 4 页 工程名称 第一卷 大面积大柱网双向无粘结预应力混凝土框架体系的设计与 第一卷 大面积大柱网双向无粘结预应力混凝土框架体系的设计与 珠海市拱北口岸是我国大陆通往澳

9、门的国家一级口岸，也是全国第二大口岸 。新建口岸工程总平面布置见图4-9-1。该工程核心建筑联检大楼是一座大型 民族形式的多层建筑，面积约4万平方米。底层专供进出关人员候检、查验、通 关使用，其余各层供联检职能机构及与之配套服务的部门使用。由图4-9-2可看 出，该建筑平面很大，为186m100m， 5 14 轴为主体部分，长142m。柱网尺 寸为18m18m。纵向7跨，横向5跨。除 M W 轴间的 7 9 轴及1113轴为一层外 ，其余均为3层。屋顶为民族形式的大屋盖，其四周为水平投影宽26m的孤形，其 中包括周边悬挑4.8m。 从建筑造型及使用功能考虑结构不设伸缩缝。该结构平面尺寸大大超过

10、了规 范允许的不设缝的最大限制长度，同时要求结构尽量压缩梁高，降低层高，以达 到减少空间体积，节省长期使用能耗的目的。根据上述要求，对多种方案比较后 ，选定无粘结预应力大面积大柱网连续多跨(718m)(518m)双向框架承重结 构体系，楼面为3m3m网格的井字梁楼盖。这是目前国内运用该项新技术楼层面 积最大、连续跨数最多的双向无粘结预应力框架结构工程。 虽然无粘结预应力框架已在国内成功应用，但象该工程这样大面积大柱网的 情况尚无先例。诸如计算理论的可靠性、摩擦损失的取值、特长预应力束施工、 柱刚度对梁中预应力建立的影响等都是值得研究和探讨的难题。为使该工程结构 设计具有可靠的理论依据，也为今后

11、推广该项新技术积累经验，决定结合 该工程进行15实物结构模拟试验和现场实际工程测试，并开展结构设计和 施工工艺等系统研究。从目前取得的数据分析证明，该项新技术可靠、合理，并 具有显著的经济效益和社会效益。 第1章 结构设计 第1章 结构设计 该结构体系设计计算的前提条件是对框架施加预应力，在活荷载大的 9 10 轴线，要求平衡静载和80%的活载；对其余荷载较小的轴线，梁上施加的预应力 仅平衡静载产生的拉弯应力。经试算，柱截面选用800mm800mm。梁高在荷载特 大的部分选用高跨比为1/12，一般荷载情况下选用1/15，即多数大梁截面尺寸为 400mm1200mm，该工程既是双向预应力混凝土框

12、架结构，又是井式梁板结构， 其中主框架内井式梁板为普通钢筋混凝土结构，板厚l00mm，内部井式梁截面为3 00mm1000mm，混凝土C35。无粘结预应力筋选用低松弛钢绞线Uj =l2.7，pt k=1770N/m m2，Ep=2l05N/m m2。考虑到连续多跨特长束的预应力损失大，采 用超张拉回松技术，取con =0.75 ptk张拉端采用OVM12.71锚具，锚固时预 应力筋内缩值取8mm。无粘结钢绞线强度设计值取py=1206N/m m20.9=1085N/mm2。摩擦损失系数取=0.12，K=0.003。各跨按二次抛物线布放预应力筋，其 反弯点取在距柱中心0.15l(l为梁跨长)处。

13、 将上述条件及各榀框架的荷载数据输入计算机进行计算，根据计算结果及 15实物结构模型的试验数据进行分析后完成框架设计。其典型的两榻框架 梁预应力筋布置见图4-9-3。 施施 工工 组组 织织 设设 计计 第 2 页 共 4 页 工程名称 设计要求在二层楼面施工时，必须进行每向不少于2榀框架的实际张拉测试 ，并根据实测数据，调整和修改预应力张拉力或配筋根数，方可进入下一步施工 。 预应力束的端部锚固节点大样见图4-9-4(a)，固定端内埋式锚头挤压锚具 ，布置见图4-9-4(b)。 大面积楼面结构不设伸缩缝，除在框架体系梁施加预应力外，还采取在适当 位置增设抵抗温度伸缩和混凝土收缩的预应力筋的办

14、法。如在轴间的井字 次梁配置预应力筋，这是因为该部分楼面荷载大，并考虑到可弥补中间部分楼面 大梁的预应力损失。在屋面上，增设封闭梁的预应力筋，以增强屋顶整体抵抗温 度伸缩的能力。另外，从图4-9-2可看出，对四角和边跨，设置混凝土筒或剪力 墙以增强整体刚度和抵抗温度应力的能力。从目前情况看，达到了预定的设计要 求。 对预应力筋除满足规定的质量要求外，在布束上要求特长束无接头，以免由 于接头的可靠性差，造成不可弥补的损失。 第2章 分段流水施工 第2章 分段流水施工 在大面积大柱网双向元粘结预应力框架和井式梁板结构施工中有不少难题， 其一是大面积多层框架施工中如何分段流水的问题。 由于工艺布置及

15、建筑要求，该工程142m100m楼面内不设伸缩缝。为防止施 加预应力前在混凝土浇筑硬化过程中出现收缩裂缝，主要采取划分施工段的办法 。划分施工段既要考虑混凝土的浇筑能力，又要考虑结构布筋的特点及楼面施工 和上下层施工流水的要求。每层楼面沿纵向划分3个施工区段，见图4-9-5。施工 区段的界线分别在轴线西与轴东各7.5m处，、轴线间各纵向梁的加强束 即在该处张拉锚固。 在混凝土配料中加入水泥用量l5%的U型膨胀剂，以抵抗混凝土收缩变形。 在3个施工区段内，先施工第区段，伸入、区段的纵向通长无粘结筋 应事先伸出，盘放在脚手架上卢在区段内，先张拉纵向短束，再张拉横向通长 束与短束，纵向通长束需待、区

16、段混凝土浇筑后方可张拉。在第施工区段 内，仅张拉横向通长束与短束。在第施工区段内，宜先张拉纵向通长束，再张 拉横向通长束与短束。 为取消施工中的二次支撑，在第三层楼面的混凝土施工中，除第区段内因 设计活载取值较大满足施工荷载要求外，对、区段，采取梁板分开浇筑的办 法：先浇筑框架梁及各井字梁，待梁混凝土强度达到50%再浇筑板。 为减少预应力张拉时受周围结构的约束，采取了以下措施： 凡沿预应力筋张拉方向的剪力墙，在预应力筋张拉后再浇筑； 楼梯间筒体刚度大，也在预应力筋张拉后再浇筑； 对多跨连续梁由预应力梁及非预应力梁组成的情况，则在预应力梁浇筑并张 拉后，再浇筑非预应力梁。此时，普通钢筋应事先伸出梁端。 第3章 特长预应力束施工 第3章 特长预应力束施工 施施 工工 组组 织织 设设 计计 第 3 页 共 4 页 工程名称 第1节 特长束的下料工艺 第1节 特长束的下料工艺 特长束的下