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1、大跨度无粘结预应力转换桁架的施工翟彩云 汤新泉（江苏南通六建建设集团有限公司， 如皋226500）摘要：介绍长春市客车厂技术中心大楼转换层钢混柱子和21.23M的预应力桁架的施工技术。关键词：预应力桁架 支撑 张拉顺序一、工程概况客车厂技术中心大楼是客车厂的标志性建筑，该工程建筑设计新颖独特，气势雄伟，屋面造型象一只展翅翱翔的雄雁，生动表达了客车厂的勃勃生机。该工程为六层框架结构，但由于地形条件限制及厂内通讯中心的无法中断，该工程必须跨越客车厂的原有20米宽的一层建筑物电话站。为了解决这个问题，在轴间E轴和H轴上设计了两榀跨度为21.33米、宽1米、高5.23米的预应力桁架，桁架支承于两端直径
2、1200我钢混柱子上，设计桁架上弦和腹杆截面为1000mmx1000mm，下弦杆为1000mmx1350mm，设计砼强度等级为C40砼。其中的两根受拉腹杆和下弦杆为无粘结预应力杆件，桁架示意及部分截面配筋见图1。二、施工条件设计两榀桁架底标高为2.8米，顶标高8.05米，一榀桁架的侧边与原有山墙的外侧对齐，一榀桁架位于电话站屋面上，原有电话站的屋面为现浇砼结构，板面标高为2.5米，电话站室内净高为3.3米，且室内有吊顶，地面铺有木地板，室内通讯设备必须确保正常工作，室内办公必须正常进行，因此施工难度较大。 图1 预应力架及配筋示意图 三、整体施工部署由于桁架的设计方案迟迟未定，西侧紧邻结构无法
3、继续施工，业主也要求工程早点投入使用，另外施工中电话站内必须正常工作，工期相对较紧，因此必须合理安排，克服施工难度，施工时遵照从下往上施工顺序。先施工钢混柱子浇筑至桁架下弦下口，再施工下弦、再腹杆、最后上弦。四、钢混柱子施工简述 1.柱子概况：设计钢混柱子截面为1200mmx1200mm，柱芯钢结构是由20厚的钢板焊成的两块“工”字型钢连接而成的骨架，柱芯骨架与钢结构柱脚焊接连接；柱脚通过30厚和60厚的两块承压板由12根螺栓锚固在直径为2500的人工挖孔桩上。钢骨柱平面示意见图2。 图2 钢骨结构平面图2.施工要点：、根据设计图纸对钢板进行下料，现场焊接制成半成品。、提供钻孔定位及螺栓尺寸图
4、，由专业加工厂加工M25螺栓，在承压钢板上钻孔。、先施工柱脚0.00以下：在人工挖孔桩上弹出柱脚边线，固定承压板，定位、矫正加劲板及0.00以下柱骨架，焊接柱骨架及加劲板，检查无误后浇筑砼。、将预制的一层以下骨架吊装就位，矫正焊接固定，绑扎柱子钢筋，支设固定柱子模板，浇筑柱子砼。当下弦施工后重复以施工二层柱子。五、桁架施工（一）、下弦杆1.设计改进设计桁架梁的节点成锐角，为了方便模板支设同时还有利于结构受力，经与设计人员协商，将锐角处做成砼短柱，见图3 图3 模板及支撑示意图2.模板及支撑a、基本思路：经初步计算，下弦杆重33.75KN/m。每榀桁架重2100KN，单位延长米重量为93.3KN
5、/m。由于自重荷载较大，为了使桁架及施工阶段的支撑系统承受合理荷载，当桁架施工遵照先下弦、再腹杆、再上弦的施工顺序时，支撑系统只考虑支撑系统承受下弦的重力荷载，腹杆及上弦的重量及施工荷载由下弦承受。b、材料选择及基本搭设方案： 由于电话站内绝不能中断办公，原有电话站的顶结构必须保留，经于业主多次协商，决定支撑系统设于电话站室内，采用干燥的松木杆做支撑材料。桁架下弦下面、电话站顶结构板（原设计为C20现浇板）面间有400高的间距，决定采用红砖、M5水泥砂浆砌筑成下弦底模。侧模采用竹胶板面模，6090木枋做纵横楞，采用对拉螺栓固定，根据以往施工类似大梁的经验确定纵横间距均为500。模板及支撑系统示
6、意图如图3。由于竖向支撑的特殊性，只对支撑系统进行计算。c、模板支撑计算：计算条件：由于下弦自重、砖底模及施工期荷载先传递至原现浇砼板，再传递到支撑杆件，再传到原砼地面，通过加木楔等方法保证原现浇板与支撑接触良好，原现浇砼板在重新回弹实测后达到设计C20等级，有足够的强度均匀传递荷载，砖砌底模也有足够的强度能顺利传递荷载，地面在有木支撑后满足受力要求。根据以上条件计算如下：荷载计算：下弦的截面为：10001350；跨度为21300，以单位延长米计算：下弦的自重：11.35125=33.75KN/m施工荷载：2KN/m模板自重：1.5KN/m下弦底砖模：0.4121=8.4KN/m荷载设计值为：
7、43.651.2+21.4=55.18KN/m 受力验算：选用尾径不小于60的松木杆做支撑，An=2826mm2，松木杆属TC17强度等级，轴压设计值为fc=15N/mm2，电话站内净高为3.3米，中间设拉杆一道，计算长度取2米，=200承载力验算：N/Annfc: nN/Anfc : n1.3根稳定性验算：长细比=1o/i i为截面回转半径i=0.25d=13375 稳定系数=3000/2=0.169根据公式：n/A=fc nN/Anfc=7.68根 取8根d、施工要要点：、提前向客车厂基建处及监理报送施工方案，在业主审批后，请业主协调并取得通讯中心对施工中给他们造成的不便给予理解与支持。、
8、轻轻拆除电话站内桁架位置的吊顶及地面木地板，发理原砼地面较平整。清除拆除的垃圾。用新买干净的彩条布对靠近设备进行遮盖，以防灰尘进入设备。撑杆、系杆及工具用具进入室内不得将灰尘带入，保持办公室内清洁。、将桁架位置线引向电话站，通过窗户再将位置线引到室内地面及顶棚，经复核后弹出位置线。、先量出电话站内净高尺寸h，先用3040厚2米长的木板做垫板（b1、b2）,根据以上数据确定支撑的长度ho，ho=h-（b1+b2）-20，（留空隙20），下料后的杆件尾径不得小于60mm，对支撑及系杆去皮干燥处理，系杆做成6040小方，刨光，长1.2m；、选用认真负责的工人将材料搬入室内，细心操作，按设计方案每米八
9、根，分两排支设，用对称楔子钉紧顶牢，将系杆用双钉固定。、浇筑砼之前技术人员组织对所有支撑杆及系杆进行严格的检查，浇筑砼过程中派专人观察支撑的受力情况。、下弦杆张拉后立即拆除下弦下面砖砌底模，防止建筑物沉降后对原结构施加荷载。3.钢筋工程施工要点对于预应力筋应保证平行、走向准确，不得纽绞在一起，同时要避免钢绞线外包塑料皮破裂和磨损，腹杆的所有钢筋应预留准确、固定牢靠，在节点处与非预应力钢筋位置发生冲突时，优先保证钢绞线的位置和张拉需要。桁架下弦配有46根通长25的非预应力筋和421u15直线布置预应力筋，箍筋也较密；特别是节点处，腹杆的4-4剖面配有35根25的非预应力筋和251u15直线布置预
10、应力筋，5-5剖面配有35根25的非预应力筋和491u15直线布置预应力筋，钢筋非常密集，操作较困难，施工非预应力筋和预应力筋穿插、平行施工。另外，为了不削弱两端钢混柱子的强度，设计考虑将预应力筋从“工”字型钢结构柱芯两侧拐弯穿束，因此施工时严格按设计水平位置及矢高位置固定钢绞线，以减少张拉预应力损失。4、砼工程施工要点位于H轴的桁架部分支承在原在电话站的山墙上，支撑有保证，施工时先浇筑该桁架，后浇筑E轴桁架。为了更有效地管理，充分发挥工人的劳动效力，同时为了能更好观察支撑系统的情况，施工时间安排从早上开始浇筑砼，分两个班组连续施工，计划12小时内完成一榀桁架的浇筑任务。为了加快施工进度，让桁
11、架下弦在张拉后能及时承受腹杆上弦荷载，同时防止因钢筋密集影响砼的密实度，砼施工时掺加了早强减水剂，根据试配，砼的水灰比为0.4，塌落度为140。由于截面尺寸较大（10001350），试配采用525#普通水泥，浇筑日期为2002年5月27日，日平均气温约为15，为了预防水化热对构件的不利影响，并尽量让荷载逐步传递到楼板及支撑，浇筑时从轴向轴分三层逐步推进，由一台40TM的塔吊和可控制性料斗（容积为0.3m3）运输砼，控制砼的浇筑速度在3m3/小时以内，覆盖新浇砼的时间间隙控制在60分钟左右，不得留设施工冷缝。浇筑顺序示意见附图。（二）腹杆及上弦杆施工下弦施工完12小时后开始支设腹杆模板，将事先预
12、制好的腹杆底模现场拼装，绑扎非预应力钢筋，搭设脚手架，将腹杆预应力筋位置按设计位置固定好，按照下弦模板的螺杆间距设置螺杆固定侧模板，待下弦的第一批张拉结束后开始浇筑砼。腹杆施工完12小时后开始支设上弦底模板，绑扎钢筋，浇筑砼。浇筑砼时控制砼的施工速度，避免集中下料和下料过快，确保砼施工质量和施工期荷载的顺利传递。（三）预应力张拉施工1、张拉时间和顺序：设计要求当砼强度达到设计强度的75%时可以张拉预应力筋，综合对砼表面进行回弹实测数据和对同条件养护试块的试验结果，确定下弦开始张拉时间为6月8日。腹杆的张拉应在上弦砼强度达到设计强度的75%后进行。另外桁架本身的身重荷载为93.3%KN/m，桁架
13、上弦轴和轴位置两节点各承受上面三层框架传送给节点柱的集中力（设计为4000KN），考虑桁架的整体荷载较大，而在桁架的整个施工期间，桁架只要承受自重荷载，为了使桁架从施工期间到使用期间能受力合理，避免一次张拉带来的负面影响，经与设计人员及专家论证，确定分批对称张拉的施工方案。桁架的具体施工顺序为：下弦模板、钢筋、砼下弦第一批张拉腹杆模板、钢筋、砼上弦模板、钢筋、砼腹杆第一批张拉下弦第二批张拉腹杆第二批张拉。实际砼浇筑时间及预应力筋分批张拉的时间见下表：预应力桁架预应力筋张拉时间及程序表构件施工程序下弦杆腹 杆上弦杆44剖面55剖面浇筑砼时间2001/5/272001/6/82001/6/8200
14、1/6/28第一批张 拉时 间2001/6/82001/7/112001/7/11预应力筋编号118号19号19号第二批张 拉时 间2001/7/172001/7/292001/7/29预应力筋编号1942号1025号1049号说 明剖面位置及预应力筋的编号见附图2、下弦杆分批张拉荷载与张拉根数计算第一批张拉计算的基本假设：a、在上弦杆施工阶段，下弦杆、腹杆和上弦杆的自重及施工荷载均匀作用于下弦杆上。b、此时下弦杆的砼强度等级为达到设计强度的75%即达到C30。c、下弦杆发生的竖向位移控制在5以内。d、下弦非预应力筋承受部分荷载，其余荷载由预应力筋承受。预应力筋的张拉根数计算：当下弦杆挠度f=
15、5时，通过计算下弦杆承受的荷载为：q1=10KN/m则预应力承爱的荷载；q2=qq1=（93.3KN/m10KN/m）1.2=99.96KN/m预应力筋承受的弯矩：M=1/24q21o2=1895KNmho=135060=1290mmhp=1350320=1030mmX=ho（ho22M/fcmb）-1/2=56.9mmNp=M/（hpX/2）=1895KN所需张拉根数n=Np/1800.7=15根考虑对称张拉程序和实际情况决定下弦杆先张拉18根。3、腹杆分批张拉依据根据下弦杆的第一批张拉后所承受的荷载，经设计计算在节点处腹杆所受的内力，考虑在施工阶段当没有上弦上的集中力传递各杆件的对称受力等因素后设计计算结果为：
