三层连体后张法预应力钢筋混凝土桁架高空原位现浇施工技术
摘 要 信阳百花之声（Flower Music of Xinyang）工程连廊采用了三层连体后张法预应力钢筋混凝土现浇桁架，该工程的实践使钢筋混凝土预应力现浇桁架结构从2层连体推广到了3层连体，本文旨在为多层连体预应力现浇桁架提供施工经验，推进预应力技术的发展。 关键词 预应力；桁架；GBF空心模壳；模板支撑 中图分类号TU528 文献标识码A 文章编号1674-6708（2013）100-0178-02 1 工程概况 信阳百花之声工程4个连廊中部跨度22.5m，宽度21m， 1、2层为2层通高，底部架空高度13m，上部结构采用三层连体的预应力桁架结构，3、4层的层高均为4.8m，其中12.95m层楼盖为预应力钢筋混凝土梁板结构，有300mm×1200mm预应力主梁5道，500mm×800mm非预应力次梁3道，预应力主梁和桁架相平行，现浇板厚100mm。17.65m层楼盖结构为现浇无粘结预应力空心楼板，板厚500，内置390个薄壁空心圆管，每个空心管的长度1m，直径380mm。22.4m层楼盖为预应力主次梁结构，有300mm×1000mm预应力主梁4道，300mm×500mm非预应力次梁5道，预应力主梁布置和桁架相垂直，现浇板板厚120mm。 2 工程难点与风险分析 本工程的三层连体后张预应力桁架和三层楼板紧密联系在一起，只能采取高空原位现浇的施工方法。该类工程尚不多见，可借鉴的施工技术资料也很少，通过分析，其难点和施工的风险主要有以下几个方面： 1）高大模板支架的风险：本工程图纸设计底部架空高度为13m，施工时室外场地原始地面低于设计标高，从施工当时的室外地面计算架空14.2m，属于高支模工程，最大梁截面300mm×1200mm，施工荷载很大。另外，三层连体的预应力桁架在施工过程中，桁架受力体系尚未形成，底层的高大模板支撑不仅仅要承受本层的混凝土浇筑施工荷载，甚至还要承担3层和4层的部分施工荷载。底层模板支架需要抵抗多大的垂直荷载才能够保证安全，必须搞清楚。并且为保证其他施工区域的正常进展，高大模板支撑的底部还需设置人员车辆能够通行的安全通道； 2）预应力张拉的风险：在桁架下玄、两根直腹杆上面均设置有预应力钢绞线，底部预应力钢筋在上部结构施工加载过程中，必须分步骤进行张拉，起到平衡荷载调节变形的作用，如何分级张拉，如何确定张拉顺序，是施工面临的又一难题，不仅仅计算困难，而且不平衡张拉可能给整个结构带来不可预想的后果。 3 初步受力分析 施工前根据图纸设计建立有限元模型，利用PKPM软件进行力学仿真分析，模拟实际施工现场的各种工况，分别对12.95m层、17.65m层、22.4m层混凝土浇筑时的工况进行初步模拟仿真分析。根据力学仿真分析结果，得出以下结论： 1）22.4m层混凝土浇筑时，是结构构件最危险的阶段，此时，桁架尚未形成整体，如果底部支撑承载能力不足，中间3#、4#节点易失效而形成几何可变体系（图1）。 2）预应力张拉顺序不同，产生的结构抗力将有10%左右的差异，而且后期张拉的预应力对前期张拉构件引起新的变形，两者需达到协调一致，方可共同受力。 4 架空连廊底部高大模板支撑方案设计 依据有限元模型初步分析结果，脚手架底部支撑方案设计步骤如下： 首先按12.95m层桁架混凝土浇筑时的工况进行高大模板支架的设计，通过计算，底部支撑立杆间距900mm×900mm，在300mm×1200mm梁底部增加一排立杆即可满足要求（其它参数从略），考虑到上部结构施工时，仍有部分荷载传递到模板支架上，立杆间距取800mm×800mm。 然后对17.65m层混凝土浇筑时的工况进行验算，由于此时的受力不容易分析，将底部脚手架的反力折合成20KN/m的向上线荷载，对桁架下玄进行验算，此时下玄预应力尚未张拉，只考虑非预应力钢筋受力，通过验算，桁架下玄可以满足受力要求。 第3步是对22.4m层混凝土浇筑工况进行验算，仍将底部脚手架的反力折合成20KN/m的向上线荷载（图2），验算结果不能满足计算要求。因施工期间正值2009年夏天，考虑到22.4m层混凝土浇筑时17.65m层混凝土强度能够达到设计强度的80%，可以进行预应力空心楼板的张拉，张拉后可先将17.65m层底模拆除，以减轻荷载。去掉17.65m层架体荷载再次验算，底部桁架仍不能满足计算要求（图3）。 如图4所示，其中上玄受压2544kN，结构可承受的压力2881kN，下玄受拉2544kN，杆件中非预应力可承受2001kN，而此时下玄预应力混凝土强度可以达到80%，因此决定在混凝土浇筑前将预应力钢筋先张拉500kN（占总预应力张拉值的32.4%）。将预应力张拉条件代入计算模型再次验算，结果通过。 验算后，再次将此方案设计结果建立有限元模型，利用PKPM软件进行有限元分析，通过分析，可以满足计算要求。 5 底部安全通道的设置 为确保施工顺利进展，考虑到内部天井需要有车辆和人员出入，根据现场实际情况，需在底部模板支架内留置安全通道，安全通道处的架体搭设亦经过详细的荷载计算，并按规范搭设。 东、西连廊需留设5m的安全通道，以便车辆通行，脚手架的搭设采取了下部加压杆的方法，由于300mm×1200mm的梁荷载较大，采用4根φ114钢管作为底部支撑，拆除后作为消防管道的.水管使用，水平承力结构为一个焊接平行桁架，采用8#槽钢做为上下玄、φ48钢管作为直腹杆、φ14钢筋作为斜腹杆（图4）。 南北连廊需留设3m的安全通道，主要用于人员通行，采用了上部加拉杆的搭设方式，安全通道两侧的立杆采用了双立杆。 6钢筋混凝土结构现浇 桁架竖杆预应力钢筋长度为10.8m，施工过程中无法竖直固定，采取了分层穿波纹管，在外墙脚手架上面搭放固定的方法（图5）。 由于施工方案中要求在22.4m层混凝土强度等级达到80%时就要将预应力空心楼板底部的模板支撑拆除进行卸荷，与原设计不符，通过设计单位再次认真核算，此空心楼盖在达到设计强度的90%时再行拆除方可保证安全。实施过程中，在17.65m层浇筑后的第10天达到了张拉条件，第14天张拉完成后对混凝土强度进行回弹检测，其强度已达到95%，随后拆除此结构层的模板。 底层模板支架的拆除需要在三层连体桁架形成受力整体，预应力张拉完成后进行。拆除底层模板时，遵循“从中间向两边，依次推进，对称拆除”的原则，以保证荷载由脚手架向结构本身逐步传递，避免荷载不均匀传递带来的负面影响。 7 预应力张拉 在确定桁架底部模板支架方案时，提出22.4m层混凝土浇筑前需将桁架下玄预应力钢筋先张拉32.4%，随后我们在预应力钢筋张拉有限元分析过程中，将这一限定条件加入到分析程序中，分析结果其受力可以达到结构安全性要求，但理论计算变形过大（达到了18mm），随后进行了方案调整，将桁架下玄首次张拉值提高到50%，最终确定的张拉顺序为： 下玄混凝土强度达到80%→下玄张拉50%→浇筑22.4m层混凝土→桁架混凝土强度总体达到80%→下玄张拉103%（超张拉3%）→2根竖杆张拉。 在与预应力桁架相连的三层楼板内均存在预应力，其中22.4m层预应力梁与桁架相垂直，其张拉在桁架预应力张拉后进行，其余两层预应力梁或预应力空心楼盖预应力钢筋与桁架相平行，可以先于预应力桁架张拉。 为使桁架预应力进一步起到调节结构变形的作用，在施工过程中，对桁架下玄进行了变形观测（图6），通过观测，最大下挠变形量为3mm，没有出现较大变形，预应力钢筋张拉按预定方案进行。 8 结论 本工程实践过程中，通过计算机辅助高大模板支架设计，分工况多次复核验算，解决了底层模板支架搭设高度高、施工荷载大、多层荷载共同向下传递的难题，但采用传统的钢管脚手架和传统木模板的施工方法，费工耗时、周转材料投入较大，传统的支模方法急需改进，市场呼唤一种新型模架支撑体系的出现。 本工程通过预应力结构有限元分析、分批次、分级、分阶段张拉、变形监控等措施，整个施工过程构件变形受控，达到了预期的效果，对其他类似工程具有广泛的借鉴意义。 本工程的实践使三层连体钢筋混凝土预应力现浇桁架结构成为一种现实，从单层预应力梁到2层连体桁架再到3层连体桁架，以后的发展，可能会出现多层连体的桁架，其跨度可以和钢结构相比美，能够把预应力技术的特长发挥到极致，这种结构形式还适合在高层建筑转换层结构中推广应用。 参考文献 [1]成联广.BDF椭圆形薄壁水泥空心管定位与抗浮施工技术[J].建筑技术，2011，2：150-151.
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