上跨既有建筑大跨預應力混凝土樓蓋施工技術研究

斯曉文 （浙江江南工程管理股份有限公司,浙江 杭州 310007）

建筑物的樓蓋承載著樓層的垂直荷載，同時也是豎向承重結構的橫向支承。建筑樓蓋的體積較大，在整體結構中所占的比重較大，因此，在滿足結構設計要求的情況下，適當減少樓蓋的自重并規范樓蓋工程的施工，既能提高建筑的觀賞性，又能減少施工費用，從而減少建筑物設防區地震所造成的負面影響[1]。為發揮建筑樓蓋更高的作用，提高其荷載能力，下述將對建筑樓蓋施工技術展開研究。

1 建筑實例

1.1 概況

此次研究的建筑項目為某地區大跨度預應力結構建筑，此次施工的主要對象為混凝土樓蓋，此建筑與既有建筑的平面分布如圖1所示。

圖1 施工項目與既有建筑的平面分布

該建筑中的既有建筑為風洞結構，該建筑的基本概況見表1。

表1 既有建筑概況

在此基礎上，分析新建結構的基本概況，見表2。

表2 新建結構概況

1.2 樓蓋施工重難點

既有建筑內部設有可連續施工工作的大型通風管道，在新建結構進行支撐設計時，按照規定不得對原有結構的頂板、梁、柱、基礎等進行破壞。

本工程的難點是新建成的主梁梁底距離既有結構屋頂0.92m，施工時可供使用的空間非常有限，一般的扣件式鋼管腳手架模板支承體系無法正常使用，因此，如何實現新建結構的模板支承體系設計與支撐，是工程順利進行的技術保證[2]。在樓蓋施工中，如何在不破壞原有結構、不影響既有建筑結構安全性的條件下，實現對新建建筑結構澆筑施工成為工程方案的施工重點與難點。

2 上跨既有建筑大跨預應力混凝土樓蓋施工技術

2.1 樓蓋模板支撐體系選型與選材

針對上述大跨既有建筑項目，針對其大跨預應力混凝土樓蓋施工，首先需要對樓蓋模板支撐體系進行選型。選用木模板，下部支撐結構選用鋼結構支撐[3]。采用貝雷梁和圓鋼管桁架組合結構，其設計目的是在混凝土梁澆筑時，將部分桿與普通混凝土梁澆筑成一體，方便模板的安裝和拆卸[4]。在桁架結構下弦桿上搭設規格為Φ48.3×3.2mm 的鋼管支撐結構，并要求鋼管的表面貼近木模板底部。貝雷梁結構采用321 型貝雷片，其長寬均為3m×1.5m，寬0.45m，各連接部分均用銷釘緊固。該鋼管桁架的長度為3m×1.5m，材料為Q345鋼，上下弦桿、水平縱桿都是圓筒，斜腹桿為Φ50×4mm的圓管，并通過焊接將其連接在一起。圖2為鋼管桁架立面圖。

圖2 鋼管桁架立面圖

結合現場的支承和可利用的空間，確定了三種不同的組合桁架結構，并將其分成四個不同的區域，針對四個區域分別編號為I、II、III 和IV。其中，I、II 區采用不同支撐方案單獨施工，III和IV利用新建預應力混凝土梁作為支撐。為防止在施工和使用期間預留的施工縫對整個樓蓋的力學性能和安全產生不利的影響，故按《施工質量驗收規范》中關于施工縫的留置原則，在本項目中，應按規范要求預留兩種不同的施工縫，分別為垂直施工縫和水平施工縫[5]。其中，垂直施工縫的設置針對有主、副梁的施工縫，間距應保證在次梁跨度的三分之一以內。該項目采用分段澆筑方式，對水平施工縫的設置，要求與地面連接的大截面梁，其施工縫應位于板底20mm～30mm。在此基礎上，考慮現有結構和桁架支座的承載能力和變形，在板下20mm處預留出水平施工縫。

2.2 大跨預應力混凝土樓蓋模板計算

在完成對樓蓋模板支撐體系選型與選材后，對樓蓋模板相關參數進行計算。模板材料的選擇和間隔距離的設置按照表3內容設置。

表3 大跨預應力混凝土樓蓋模板設置參數記錄表

在確定上述相關參數后，按照下述公式完成對新澆筑混凝土作用于模板上的最大側壓力進行計算：

式中F代表模板上最大側壓力數值；T0代表新澆筑混凝土初次凝結時間；β1代表外加劑影響的修正系數；β2代表坍落度的修正系數；V1代表混凝土的澆筑速率。

在施工過程中，混凝土受壓區高度應當滿足下述條件：

式中2a's代表受壓區縱向鋼筋合力點到截面受壓邊緣的距離；x代表混凝土受壓區域的高度；ξb代表相對界限受壓區高度；h0代表截面有效高度。

2.3 樓蓋結構混凝土澆筑

在實際施工中，采用樓蓋梁板結構進行整體澆筑，能更好地實現樓蓋結構的受力均衡，從而確保樓蓋的安全。然而，由于該項目施工模板體系的特殊性，采用梁板同時澆筑，會導致I區現有建筑物的承載力不能滿足要求，而且在澆筑過程中，會引起橋面上的彎矩、撓曲，增加鋼筋的受力，從而對支承結構造成不利的影響[6]。因此，在樓頂澆筑混凝土時，應在板底處設置橫向施工縫，然后在梁板上澆筑，從而極大地減少了混凝土對模板支承構件的承載，保證模板支承方案的安全性和可行性[7]。混凝土樓板的澆筑必須在梁澆筑完畢14d 后進行，這時，已經澆筑的樓板混凝土梁的模板支撐體系不會被拆除，因此，混凝土板的自重、模板荷載和施工荷載均由混凝土梁承擔[8]。

3 實證分析

為保證工程的順利實施，設計預應力施加后柱頂位移為評價指標，對工程施工質量進行校驗。校驗中，隨機在樓蓋上選擇測點，在其上部施加預應力，對施加預應力后的標號點位移進行統計，見表4。

表4 測點在施加預應力后的位移

根據模板工程澆筑施工要求，設計現澆混凝土樓蓋的安裝允許偏差，設計內容見表5。

表5 現澆混凝土樓蓋的安裝允許偏差（1～6為項目編碼）

對工程整體進行質量校驗，其結果見表6。

表6 現澆混凝土樓蓋的安裝質量驗收

4 結語

通過上述研究得到以下結論：

（1）根據表4 測點在施加預應力后的位移結果，樓蓋施工后在測點施加預應力，預應力并未造成測點較高的位移，所有測點的橫向與縱向位移均再在1mm 范圍內，說明該方法在工程中應用，可以起到提高結構荷載能力的效果。

（2）根據表6 現澆混凝土樓蓋的安裝質量驗收結果，多個安裝項目在完成施工后，其安裝后的實測偏差均在允許偏差范圍內，說明施工行為規范，施工結果符合或滿足工程質量驗收需求。

綜合上述兩個方面的結果，綜合推斷證明本文設計的施工技術可以滿足工程實際需要。