巖土工程師輔導：大跨度預應力梁的施工

　　一、工程概況：

　　由上海捷仁建設有限公司承建的金蘋果學校中學部位于上海浦東新區(qū)，由教學樓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、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應力梁，且該工程工期特別緊僅4個月。

　　二、施工方案的選定

　　根據(jù)綜合樓工程施工圖，籃球館區(qū)域底層結構采用大跨度預應力鋼筋混凝土梁，而圖書館區(qū)域采用多層大跨度預應力鋼筋混凝土梁。根據(jù)原設計要求，預應力梁需逐層張拉，張拉時其混凝土強度須達到設計值的80%.如滿足設計要求的話，施工支模、鋼筋綁扎、澆注混凝土，再養(yǎng)護20天左右，然后張拉。這樣施工1層結構達35天左右，3層結構就要105天，無法滿足業(yè)主的工期要求，也將嚴重影響業(yè)主的招生工作。

　　為此，對圖書館部分的預應力結構施工進行調整。經(jīng)與原設計商定，大跨度鋼筋混凝土預應力梁將由原來的逐層施工、逐層張拉改為逆向張拉法施工，即土建砼結構連續(xù)施工至3層結構完后，待3層結構達到強度后逐層向下張拉，達到壓縮工期的目的。

　　確定了預應力梁的張拉順序后，土建結構施工的支撐最為關鍵。在該工程上仍考慮了2套方案。

　　(1)對底層地坪夯實澆灌混凝土地坪，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層的結構荷載和施工荷載，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)生的沉降與兩端結構柱的沉降很難保持一致。沉降差量達到一定程度極易造成預應力梁截面先行產(chǎn)生裂縫，不利于結構質量，而且排架系統(tǒng)鋼管、模板投入量也較大，增加施工成本。

　　(2)采用臨時鋼支撐方案。一端預埋在大梁內(nèi)，另一端直接支撐在框架柱的獨立基礎上，這樣鋼立柱滿足強度及變形的情況下無需考慮沉降差對大梁的影響。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構形式為鋼結構，鋼柱采用[32b雙拼，底層槽鋼以膨脹螺栓固定在獨立承臺上，以此連接形成整體。

　　通過初步計算，在底層兩旁的每根型鋼支撐均要承載90t的結構自身荷載和施工荷載，利用斜支撐支撐點設置在原有的獨立基礎上。

　　1、在底層結構梁施工前，梁底增設–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)設計采用　　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承臺上，支撐上下采用4根L63×6、L=100焊接固定。

　　2、在二層結構上設置2根2[25b雙拼立柱，間距同底層。

　　四、鋼支撐方案強度計算

　　1、力學模式1]二層結構梁2]一層結構梁3]支撐受力F=NB/cosα 經(jīng)查手冊計算得F=950KN

　　2、強度驗算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不應大于40，也不應大于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]預應力梁設計配筋上下各9Ф25，滿足施工要求。

　　五、大跨度預應力梁的張拉

　　本工程圖書館部位預應力鋼筋砼梁，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)護至設計強度后，預應力張拉從上到下一次張拉完畢。由于連續(xù)張拉必須考慮預應力張拉對框架的綜合彎矩和次彎矩，從構造上加以加強防止張拉對框架柱及梁的次彎矩，由此造成柱、梁局部裂縫。

　　根據(jù)預應力引起的內(nèi)力分析，對框架配筋從構造采取措施。為防止逐層逆向張拉砼梁產(chǎn)生的壓縮變形的累積影響，預應力張拉采用從上到下同時張拉，而且對于預應力張拉加載分節(jié)控制。

　　六、效果

　　該方案經(jīng)金蘋果學校中學部綜合樓工程實施，使該部位的施工滿足了工程進度，同時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應力梁施工質量，同時對逆向連續(xù)張拉力采用分節(jié)加載，減少了因上、下層張拉產(chǎn)生的累積次彎矩對框架柱梁的影響。該工程張拉后，柱、梁節(jié)點未產(chǎn)生張拉裂縫，達到了預期目的。

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