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1、大面積大柱網雙向無粘結預應力混凝土框架體系的設計與施工珠海市拱北口岸是我國大陸通往澳門的國家一級口岸，也是全國第二大口岸。新建口岸工程總平面布置見圖4-9-1。該工程核心建筑聯檢大樓是一座大型民族形式的多層建筑，面積約4萬平方米。底層專供進出關人員候檢、查驗、通關使用，其余各層供聯檢職能機構及與之配套服務的部門使用。由圖4-9-2可看出，該建筑平面很大，為186m100m， 軸為主體部分，長142m。柱網尺寸為18m18m。縱向7跨，橫向5跨。除軸間的軸及軸為一層外，其余均為3層。屋頂為民族形式的大屋蓋，其四周為水平投影寬26m的孤形，其中包括周邊懸挑4.8m。從建筑造型及使用功能考慮結構不設2、伸縮縫。該結構平面尺寸大大超過了規范允許的不設縫的最大限制長度，同時要求結構盡量壓縮梁高，降低層高，以達到減少空間體積，節省長期使用能耗的目的。根據上述要求，對多種方案比較后，選定無粘結預應力大面積大柱網連續多跨(718m)(518m)雙向框架承重結構體系，樓面為3m3m網格的井字梁樓蓋。這是目前國內運用該項新技術樓層面積最大、連續跨數最多的雙向無粘結預應力框架結構工程。雖然無粘結預應力框架已在國內成功應用，但象該工程這樣大面積大柱網的情況尚無先例。諸如計算理論的可靠性、摩擦損失的取值、特長預應力束施工、柱剛度對梁中預應力建立的影響等都是值得研究和探討的難題。為使該工程結構設計具有可靠的理論依3、據，也為今后推廣該項新技術積累經驗，決定結合該工程進行15實物結構模擬試驗和現場實際工程測試，并開展結構設計和施工工藝等系統研究。從目前取得的數據分析證明，該項新技術可靠、合理，并具有顯著的經濟效益和社會效益。第1章 結構設計該結構體系設計計算的前提條件是對框架施加預應力，在活荷載大的軸線，要求平衡靜載和80%的活載；對其余荷載較小的軸線，梁上施加的預應力僅平衡靜載產生的拉彎應力。經試算，柱截面選用800mm800mm。梁高在荷載特大的部分選用高跨比為1/12，一般荷載情況下選用1/15，即多數大梁截面尺寸為400mm1200mm，該工程既是雙向預應力混凝土框架結構，又是井式梁板結構，其中主框4、架內井式梁板為普通鋼筋混凝土結構，板厚l00mm，內部井式梁截面為300mm1000mm，混凝土C35。無粘結預應力筋選用低松弛鋼絞線Uj =l2.7，ptk=1770N/m m2，Ep=2l05N/m m2。考慮到連續多跨特長束的預應力損失大，采用超張拉回松技術，取con =0.75 ptk張拉端采用OVM12.71錨具，錨固時預應力筋內縮值取8mm。無粘結鋼絞線強度設計值取py=1206N/m m20.9=1085N/m m2。摩擦損失系數取=0.12，K=0.003。各跨按二次拋物線布放預應力筋，其反彎點取在距柱中心0.15l(l為梁跨長)處。將上述條件及各榀框架的荷載數據輸入計算機進行5、計算，根據計算結果及15實物結構模型的試驗數據進行分析后完成框架設計。其典型的兩榻框架梁預應力筋布置見圖4-9-3。設計要求在二層樓面施工時，必須進行每向不少于2榀框架的實際張拉測試，并根據實測數據，調整和修改預應力張拉力或配筋根數，方可進入下一步施工。預應力束的端部錨固節點大樣見圖4-9-4(a)，固定端內埋式錨頭擠壓錨具，布置見圖4-9-4(b)。大面積樓面結構不設伸縮縫，除在框架體系梁施加預應力外，還采取在適當位置增設抵抗溫度伸縮和混凝土收縮的預應力筋的辦法。如在軸間的井字次梁配置預應力筋，這是因為該部分樓面荷載大，并考慮到可彌補中間部分樓面大梁的預應力損失。在屋面上，增設封閉梁的預應力6、筋，以增強屋頂整體抵抗溫度伸縮的能力。另外，從圖4-9-2可看出，對四角和邊跨，設置混凝土筒或剪力墻以增強整體剛度和抵抗溫度應力的能力。從目前情況看，達到了預定的設計要求。對預應力筋除滿足規定的質量要求外，在布束上要求特長束無接頭，以免由于接頭的可靠性差，造成不可彌補的損失。第2章 分段流水施工在大面積大柱網雙向元粘結預應力框架和井式梁板結構施工中有不少難題，其一是大面積多層框架施工中如何分段流水的問題。由于工藝布置及建筑要求，該工程142m100m樓面內不設伸縮縫。為防止施加預應力前在混凝土澆筑硬化過程中出現收縮裂縫，主要采取劃分施工段的辦法。劃分施工段既要考慮混凝土的澆筑能力，又要考慮結構7、布筋的特點及樓面施工和上下層施工流水的要求。每層樓面沿縱向劃分3個施工區段，見圖4-9-5。施工區段的界線分別在軸線西與軸東各7.5m處，、軸線間各縱向梁的加強束即在該處張拉錨固。在混凝土配料中加入水泥用量l5%的U型膨脹劑，以抵抗混凝土收縮變形。在3個施工區段內，先施工第區段，伸入、區段的縱向通長無粘結筋應事先伸出，盤放在腳手架上盧在區段內，先張拉縱向短束，再張拉橫向通長束與短束，縱向通長束需待、區段混凝土澆筑后方可張拉。在第施工區段內，僅張拉橫向通長束與短束。在第施工區段內，宜先張拉縱向通長束，再張拉橫向通長束與短束。為取消施工中的二次支撐，在第三層樓面的混凝土施工中，除第區段內因設計活載8、取值較大滿足施工荷載要求外，對、區段，采取梁板分開澆筑的辦法：先澆筑框架梁及各井字梁，待梁混凝土強度達到50%再澆筑板。為減少預應力張拉時受周圍結構的約束，采取了以下措施：凡沿預應力筋張拉方向的剪力墻，在預應力筋張拉后再澆筑；樓梯間筒體剛度大，也在預應力筋張拉后再澆筑；對多跨連續梁由預應力梁及非預應力梁組成的情況，則在預應力梁澆筑并張拉后，再澆筑非預應力梁。此時，普通鋼筋應事先伸出梁端。第3章 特長預應力束施工第1節 特長束的下料工藝特長束的下料長度可按常規方法進行計算。如果嚴格控制下料尺寸，則不需額外加長下料。對于90130m長的無粘結筋，在現場選擇70m長的平整場地，采用彎曲定長下料，見圖9、4-9-6。一定要在預應力筋的正中間做好標記，因為本工程縱向束是由中間第區段向兩邊、區段延伸，若中點不準，則定長預應力筋會在、區段內出現一端過長另端過短的情況而無法張拉。下料后每根筋卷成直徑1.5m的盤，并在其兩端作出同顏色標記，以便在張拉時識別。第2節 特長束的鋪設固定雙向特長束的鋪設是影響預應力施工質量、人力與速度的關鍵之一，因此必須作好以下準備：1.首先繪制出各節點無粘結筋穿插詳圖，定出各種梁無粘結筋的實際坐標及配套的固定支架尺寸。2.無粘結筋應逐根檢查、編號。內埋式固定端處，應事先在現場采用擠壓機將鋼套簡擠壓在鋼絞線筋上，以形成擠壓頭。4.無粘結筋固定支架的典型作法見圖4-9-7。按元10、粘結筋曲線坐標焊在箍筋上，間距0.61m。具體鋪設時，應遵循以下原則：1.大梁底模鋪好后先放置縱橫向梁底非預應力鋼筋，扎好柱頭箍筋，然后放入預應力筋。預應力筋放入后再設架立筋、負彎矩鋼筋和箍筋，預應力筋固定后放置拉結筋。2.無粘結縱向通長束在下，橫向通長束在上。低位的無粘結筋先鋪設。3.無粘結筋在梁內按6根成柬捆扎在一起，在梁端分散布置，單根張拉錨固。4.在第區段內嚴格按中點標志放置預應力筋，伸入、區段的預應力筋先成卷放在腳手架上。5.為便于鋼筋與無粘結筋鋪設，梁的兩側模板均暫不安裝，無粘結筋的標高劃在箍筋上。無粘結筋控制點的安裝誤差2矢高方向5mm，水平方向10mm。第3節 特長束的張拉管理11、特長束采取單根兩端同步張拉，每根伊12.7張拉力為13.3kN。預應力筋張拉前，應重新確認各筋在兩端的正確位置。如有異議，可用萬用表對無粘結筋進行辨別。為防止在張拉時出現錯位而影響張拉伸長值的統計計算，可先在兩端均安裝好夾片錨具，在一端先張拉，另一端拉動后裝上千斤頂再補拉。具體操作如下：A端由00.2con (注意固定端B是否拉動，如被拉動，記錄下A端的油壓表讀數，量測初始伸長值)0.6con (量測伸長)1.0con (量伸長，A端錨固)，再在B端補拉至張拉力后錨固?？椎滥Σ翐p失值測定特長多波曲線束孔道摩擦損失的測定，對調整張拉力并準確建立預應力及進行伸長值校核都至關重要。本工程在二層樓面縱12、橫向大梁進行了全長二分之一同條件埋設的預應力束摩擦損失試驗共4束，同時，對實際結構進行22根特長束的摩擦損失試驗。試驗時，先在兩端裝好鋪具，在一端先張拉，當固定端拉動后暫停張拉，在固定端裝上千斤頂，稍稍張拉以保證工作錨夾片不受力，并關死油門，然后在張拉端張拉到控制應力，觀察固定端油壓表讀數，即可求出該特長束的摩擦損失值。該工程二層樓面22根特長縱向束的實測K=0.003，=0.02790.0794，三層樓面6根特長橫向束的實測K=0.003，=0.1l0.193。2.張拉伸長值管理該工程二層樓面大梁幾百根特長束的張拉伸長值的統計表明，若按常規計算，均超過規范規定的理論伸長值+l0%的上限，其實13、這是錯誤地將0.2con以下的推算伸長值全部考慮進去的緣故。事實上，在特長束的情況下，規范建議的常規推算值已不再適用。以二層樓面X軸為例，該梁18根通長束共進行13根孔道摩擦損失試驗，實測K=0.003，=0.0545，一端張拉時固定端應力為0.457con固定端拉動時張拉端的平均拉力為0.32con。由于張拉力不同，摩擦系數也會變化。為更好地反映0.2con以下的真實應力變化，取固定端拉動時的應力線作為0.2con的平行線，則0.2con以下的推算伸長值L2僅為圖4-9-8中陰影部分的伸長。由圖4-9-8可知：2conx=0.32conL x=0.625LL2= =0.625由上述計算可知，在一端張拉時0.2con以下的推算值僅為全部伸長值的6.25%，而非通常的20%。若將6.25%作為實測的推算值，則所有實測伸長值均滿足規范要求。