多层大跨度预应力梁的施工

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一、工程概况：
  学校中学部位于上海浦东新区，由教学楼2.7万m2，综合楼1万m2以及3幢宿舍楼组成。该工程综合楼一层为食堂，二层为篮球馆、网球馆，局部为图书馆、小型影剧院及艺术、舞蹈房。该部位为3层框架，由于建筑功能的需要，大梁采用大跨度钢筋混凝土后张法预应力梁，且该工程工期特别紧仅4个月。
    二、施工方案的选定
    根据综合楼工程施工图，篮球馆区域底层结构采用大跨度预应力钢筋混凝土梁，而图书馆区域采用多层大跨度预应力钢筋混凝土梁。根据原设计要求，预应力梁需逐层张拉，张拉时其混凝土强度须达到设计值的80%。如满足设计要求的话，施工支模、钢筋绑扎、浇注混凝土，再养护20天左右，然后张拉。这样施工1层结构达35天左右，3层结构就要105天，无法满足业主的工期要求，也将严重影响业主的招生工作。
    为此，对图书馆部分的预应力结构施工进行调整。经与原设计商定，大跨度钢筋混凝土预应力梁将由原来的逐层施工、逐层张拉改为逆向张拉法施工，即土建砼结构连续施工至3层结构完后，待3层结构达到强度后逐层向下张拉，达到压缩工期的目的。
    确定了预应力梁的张拉顺序后，土建结构施工的支撑最为关键。在该工程上仍考虑了2套方案。
    （1）对底层地坪夯实浇灌混凝土地坪，采用加密钢管排架的支撑系统。该方案一则其钢管排架系统支撑上部3层的结构荷载和施工荷载，其荷载大投入钢管排架量大，而且由于荷载之大，排架系统下部地基产生的沉降与两端结构柱的沉降很难保持一致。沉降差量达到一定程度极易造成预应力梁截面先行产生裂缝，不利于结构质量，而且排架系统钢管、模板投入量也较大，增加施工成本。
    （2）采用临时钢支撑方案。一端预埋在大梁内，另一端直接支撑在框架柱的独立基础上，这样钢立柱满足强度及变形的情况下无需考虑沉降差对大梁的影响。该方案不仅可节约大量钢管、扣件的投入，而且可节约钢管排架需要的地基处理费用。经方案比较确定采用钢支撑方案。
    三、钢支撑布置
    本工程加固措施采用的结构形式为钢结构，钢柱采用[32b双拼，底层槽钢以膨胀螺栓固定在独立承台上，以此连接形成整体。
    通过初步计算，在底层两旁的每根型钢支撑均要承载90t的结构自身荷载和施工荷载，利用斜支撑支撑点设置在原有的独立基础上。
    1、在底层结构梁施工前，梁底增设–16×400×500埋铁，9Ф25螺纹钢，用于固定型钢斜支撑。型钢斜支撑经设计采用2[32b双拼，缀板为–12×150×280 @450，支撑下端固定采用–16×400×500埋铁，9Ф25膨胀螺栓固定在基础承台上，支撑上下采用4根L63×6、L=100焊接固定。
    2、在二层结构上设置2根2[25b双拼立柱，间距同底层。
    四、钢支撑方案强度计算
    1、力学模式
    1）二层结构梁
    2）一层结构梁
    3）支撑受力F=NB/cosα 经查手册计算得F=950KN
    2、强度验算
    1）32b双拼立柱
    ∵I1=336cm4； A=2×55.1=110.2cm 2； iy=12.1cm；
    N=950kN； L=7.5m； λy=750/12.1=62 ∴ψy=0.795
    δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.795×215=170N/mm2；
    ∴ok!
    2）算绕虚轴稳定：
    ∵λy=62，按规范规定λ1不应大于40，也不应大于0.5λy=31
    ∴取整为λ1=30
    ∵λx=(λy2-λ12)1/2=54； ix=L/λx=14cm
    ∴b= ix/0.44=32 ∴取32
    3）验算绕虚轴稳定：
    ∵Ix=2(I1+40×142)=16352cm4； ix=(Ix/A)1/2=12.2cm；
    ∴λx=L/ ix=62 λox=(λx2+λ12)1/2=69 ∴ψy=0.755
    δ=N/A=950×103/11020=86.2N/mm2<ψyf=0.755×215=162N/mm2；
    ∴ok!
    4）膨胀螺栓抗剪能力：
    ∵τ=800kN×tg34=540<το=9×65kN=585kN
    ∴ok!
    5）预应力梁设计配筋上下各9Ф25，满足施工要求。
    五、大跨度预应力梁的张拉
    本工程图书馆部位预应力钢筋砼梁，3层框架连续施工、逆向张拉，即1-3层框架按通常普通框架施工，待第3层砼浇完养护至设计强度后，预应力张拉从上到下一次张拉完毕。由于连续张拉必须考虑预应力张拉对框架的综合弯矩和次弯矩，从构造上加以加强防止张拉对框架柱及梁的次弯矩，由此造成柱、梁局部裂缝。
    根据预应力引起的内力分析，对框架配筋从构造采取措施。为防止逐层逆向张拉砼梁产生的压缩变形的累积影响，预应力张拉采用从上到下同时张拉，而且对于预应力张拉加载分节控制。预应力张拉过程分节加载如下：
    六、效果
    该方案经金苹果学校中学部综合楼工程实施，使该部位的施工满足了工程进度，同时减少了采用钢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响大跨度预应力梁施工质量，同时对逆向连续张拉力采用分节加载，减少了因上、下层张拉产生的累积次弯矩对框架柱梁的影响。该工程张拉后，柱、梁节点未产生张拉裂缝，达到了预期目的。