大跨度預應力空心樓蓋的施工抗浮

羅四初

摘 要:對大跨度預應力空心樓蓋的施工抗浮問題,從施工過程的發生、發展以及抗浮的受力分析、搞浮的處理方法等作了深入的研究,對該類問題的施工解決提出了新的可行的辦法。減少了施工的盲目性,減少了大跨度預應力空心樓蓋抗浮施工時各種質量問題的發生,填補了“空心管+預應力”技術在施工應用方面的一項空白。

關鍵詞:“空心管+預應力”;技術;施工抗浮;抗浮分析與處理辦法

中圖分類號: TU37

文獻標識碼: A

文章編號:1005-569X(2009)07-0099-02

1 施工實例情況價紹

廣東省省委辦公樓的會議廳,建設單位要求做成無柱的大跨度空間。其樓蓋跨度為33×32m,設計單位采用了最新技術,將預應力與空心管有機地結合起來,創造性地產生了一種“空心管+預應力”技術,該技術在其后的幾年里已由研究人員相繼申請了專利,目前較為成熟的研究單位有華南理工大學、中南鐵道學院等。

“空心管+預應力”技術的優點主要是:通過空心管減少了樓蓋的自重,然后通過后張預應力鋼筋混凝土結構將平面荷載傳遞到四周的墻柱上,增加了樓層凈空高度,充分利用了鋼筋的高性能,節約了造價。是建筑結構技術在實際生活中的一次綜合性的體現。“空心管+預應力”技術的平面布置是這樣的:整個樓蓋縱橫布置鋼筋混凝土暗梁,暗梁間距為2.3m,暗梁截面為700×900mm,樓面下底板和上面板厚度均為70mm,暗梁箱體內的空心管管徑為φ760mm,長度為800mm,每個箱格內放置4個空心管。澆筑砼成型后達到強度要求后通過預應力後拉完成樓蓋的施工工作。

2施工過程與上浮控制辦法

在第一次進行樓蓋混凝土澆筑時,施工人員都沒有考慮到浮力的存在,也沒有在采取針對浮力的措施。泵送混凝土開始后,混凝土從一端往另一端澆筑,最先澆筑時由于混凝土具有液體的流動性,混凝土擴散開一個區域,慢慢地混凝土厚度高過空心管的一半,這時施工人員發現樓蓋下澆筑砼的部位出現鋼筋向上拱起,上拱高度約150mm,這是施工人員立即停止混凝土的澆筑并商量一個臨時處理辦法:第一,將梁板縱向鋼筋與墻柱鋼筋焊接加強內骨架的約束;第二,停止一段時間讓混凝土失去液體性能并對空心管產生握裹力;第三,在停止的時間內將暗梁節點處用φ10鋼筋將暗梁縱筋焊到模板下面的支架鋼管上。通過以上三項措施,最先上拱的鋼筋因為已有混凝土凝結沒有更進一步上找,得到了有效控制,未澆筑的砼在后面澆筑混凝土時也沒有最先上拱那么嚴重。樓面砼澆筑完時因為有上拱存在只好整體增加一個砼厚度,并盡量將砼趕平。第二次大跨度預應力空心管樓蓋施工時,因為有了第一次的經驗,施工人員首先就采取措施,將底板與面板以及梁縱筋用φ10鋼筋焊接然后焊在滿堂腳手架的鋼管上,間距按1m。另外在空心管上用2φ25的鋼筋按間距800mm壓住空心管并焊在暗梁鋼筋上。澆筑砼時密切觀察上拱情況,沒有發現樓蓋鋼筋因浮力產生上拱,但發現空心管有少數被壓破,砼流人空心管腔內。空心管是采用12mm石棉水泥制作成型的,當空心管受壓時,實際壓力高于承載力空心管發生破壞。第二次施工前,將空心管制作成型,因為玻璃纖維強度大抗裂性好,使用后經過第三次澆筑混凝土檢驗,空心管沒有發現破損,鋼筋上拱也沒有發生,至此,大跨度預應力空心管樓蓋的澆筑施工順利完成。

3 抗浮受力分析

虎克定律說明,液體內物體的浮力等于物體排開液體的重量。所以澆筑混凝土時,上拱的力來自于空心管的浮力,現在來分析一下大跨度預應力空心管樓蓋的抗浮受力。

3.1發生上拱的平衡條件

假設通過構造傳力措施能夠使混凝土重量抵消一啊分浮力。

F浮>W砼時,發生上拱;

F浮≤W砼時,澆筑到一半時不會發生上拱;

上拱的高度由(F浮-W砼)控制,可以通過結構計算確定。

3.2抗浮動態過程

浮力的增加是一個由小到大的過程,混凝土重力增加量是一個由大到小的過程。

作受力分析時因為比重相同,取1m的縱向單位相同,可以化作按面積計算,如圖1所示:

矩形截面區域內的空心管浮力分析(假設砼重力通過構造措施作用于空心管上)

(1)砼澆筑高度0-R半徑高度時,如圖:

最大上拱力=(F浮-W砼)=S浮-S砼×γ

=[πR2/2-(2R2-πR2/2)]×γ=1.14R2×γ

(2)砼澆筑高度R-2R高度時,如圖

最大上拱力=(F浮-W砼)=S浮-S砼×γ=[1.14R2+1.48R2-0.252R2]×γ=2.368R2×γ

結論:空心管的上拱力在砼液面一半以下時,越來越大;當截面砼液面達到管內管外水平尺寸一樣進,上拱力為最大值,等于2.368γR2,之后,上拱力減少。

4 抗浮可行辦法

按照上述抗浮的受力分析可知,矩形區域內的最大上拱力等于2.368γR2,實際情況基本上樓蓋的厚度等于空心管的直徑。當設計樓蓋時空心管外的砼體積必須大于空心管的體積,否則整體樓蓋上拱時需要采用外部附加的重量是以砼為參考的,數量很大。

怎樣判斷空心管浮力產生上拱時采取的辦法呢?

(1)首先必須做好將空心管外砼重量作用于空心管上的措施,具體可采用的措施有:用鋼筋壓住空心管,鋼筋與底模進行固定;另外可用鋼箍將空心管抱住,鋼箍與底模固定。傳遞砼重力的鋼筋要大致計算一下看是否滿足抗拉強度,傳遞砼重力時盡量做到整個樓面受力均勻。

(2)當樓蓋空心管的砼重量大于等于空心管體積砼重量時,可以放心地澆筑一半高度的砼不會出現上拱情況。

(3)簡單可行的辦法就是,按照每一根空心管分配2.368R寬度的暗梁,則整個澆筑過程不會出現上拱。對于具有3個重要物點——大跨度、空心管、預應力——的施工抗浮問題,國內文獻較少,施工過程中因經驗不足、分析不清、處理不當時會造成較為嚴重的質量問題和較大的經濟損失。