大跨度预应力空心楼盖的施工抗浮

罗四初

摘 要:对大跨度预应力空心楼盖的施工抗浮问题,从施工过程的发生、发展以及抗浮的受力分析、搞浮的处理方法等作了深入的研究,对该类问题的施工解决提出了新的可行的办法。减少了施工的盲目性,减少了大跨度预应力空心楼盖抗浮施工时各种质量问题的发生,填补了“空心管+预应力”技术在施工应用方面的一项空白。

关键词:“空心管+预应力”;技术;施工抗浮;抗浮分析与处理办法

中图分类号: TU37

文献标识码: A

文章编号:1005-569X(2009)07-0099-02

1 施工实例情况价绍

广东省省委办公楼的会议厅,建设单位要求做成无柱的大跨度空间。其楼盖跨度为33×32m,设计单位采用了最新技术,将预应力与空心管有机地结合起来,创造性地产生了一种“空心管+预应力”技术,该技术在其后的几年里已由研究人员相继申请了专利,目前较为成熟的研究单位有华南理工大学、中南铁道学院等。

“空心管+预应力”技术的优点主要是:通过空心管减少了楼盖的自重,然后通过后张预应力钢筋混凝土结构将平面荷载传递到四周的墙柱上,增加了楼层净空高度,充分利用了钢筋的高性能,节约了造价。是建筑结构技术在实际生活中的一次综合性的体现。“空心管+预应力”技术的平面布置是这样的:整个楼盖纵横布置钢筋混凝土暗梁,暗梁间距为2.3m,暗梁截面为700×900mm,楼面下底板和上面板厚度均为70mm,暗梁箱体内的空心管管径为φ760mm,长度为800mm,每个箱格内放置4个空心管。浇筑砼成型后达到强度要求后通过预应力後拉完成楼盖的施工工作。

2施工过程与上浮控制办法

在第一次进行楼盖混凝土浇筑时,施工人员都没有考虑到浮力的存在,也没有在采取针对浮力的措施。泵送混凝土开始后,混凝土从一端往另一端浇筑,最先浇筑时由于混凝土具有液体的流动性,混凝土扩散开一个区域,慢慢地混凝土厚度高过空心管的一半,这时施工人员发现楼盖下浇筑砼的部位出现钢筋向上拱起,上拱高度约150mm,这是施工人员立即停止混凝土的浇筑并商量一个临时处理办法:第一,将梁板纵向钢筋与墙柱钢筋焊接加强内骨架的约束;第二,停止一段时间让混凝土失去液体性能并对空心管产生握裹力;第三,在停止的时间内将暗梁节点处用φ10钢筋将暗梁纵筋焊到模板下面的支架钢管上。通过以上三项措施,最先上拱的钢筋因为已有混凝土凝结没有更进一步上找,得到了有效控制,未浇筑的砼在后面浇筑混凝土时也没有最先上拱那么严重。楼面砼浇筑完时因为有上拱存在只好整体增加一个砼厚度,并尽量将砼赶平。第二次大跨度预应力空心管楼盖施工时,因为有了第一次的经验,施工人员首先就采取措施,将底板与面板以及梁纵筋用φ10钢筋焊接然后焊在满堂脚手架的钢管上,间距按1m。另外在空心管上用2φ25的钢筋按间距800mm压住空心管并焊在暗梁钢筋上。浇筑砼时密切观察上拱情况,没有发现楼盖钢筋因浮力产生上拱,但发现空心管有少数被压破,砼流人空心管腔内。空心管是采用12mm石棉水泥制作成型的,当空心管受压时,实际压力高于承载力空心管发生破坏。第二次施工前,将空心管制作成型,因为玻璃纤维强度大抗裂性好,使用后经过第三次浇筑混凝土检验,空心管没有发现破损,钢筋上拱也没有发生,至此,大跨度预应力空心管楼盖的浇筑施工顺利完成。

3 抗浮受力分析

虎克定律说明,液体内物体的浮力等于物体排开液体的重量。所以浇筑混凝土时,上拱的力来自于空心管的浮力,现在来分析一下大跨度预应力空心管楼盖的抗浮受力。

3.1发生上拱的平衡条件

假设通过构造传力措施能够使混凝土重量抵消一啊分浮力。

F浮>W砼时,发生上拱;

F浮≤W砼时,浇筑到一半时不会发生上拱;

上拱的高度由(F浮-W砼)控制,可以通过结构计算确定。

3.2抗浮动态过程

浮力的增加是一个由小到大的过程,混凝土重力增加量是一个由大到小的过程。

作受力分析时因为比重相同,取1m的纵向单位相同,可以化作按面积计算,如图1所示:

矩形截面区域内的空心管浮力分析(假设砼重力通过构造措施作用于空心管上)

(1)砼浇筑高度0-R半径高度时,如图:

最大上拱力=(F浮-W砼)=S浮-S砼×γ

=[πR2/2-(2R2-πR2/2)]×γ=1.14R2×γ

(2)砼浇筑高度R-2R高度时,如图

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

结论:空心管的上拱力在砼液面一半以下时,越来越大;当截面砼液面达到管内管外水平尺寸一样进,上拱力为最大值,等于2.368γR2,之后,上拱力减少。

4 抗浮可行办法

按照上述抗浮的受力分析可知,矩形区域内的最大上拱力等于2.368γR2,实际情况基本上楼盖的厚度等于空心管的直径。当设计楼盖时空心管外的砼体积必须大于空心管的体积,否则整体楼盖上拱时需要采用外部附加的重量是以砼为参考的,数量很大。

怎样判断空心管浮力产生上拱时采取的办法呢?

(1)首先必须做好将空心管外砼重量作用于空心管上的措施,具体可采用的措施有:用钢筋压住空心管,钢筋与底模进行固定;另外可用钢箍将空心管抱住,钢箍与底模固定。传递砼重力的钢筋要大致计算一下看是否满足抗拉强度,传递砼重力时尽量做到整个楼面受力均匀。

(2)当楼盖空心管的砼重量大于等于空心管体积砼重量时,可以放心地浇筑一半高度的砼不会出现上拱情况。

(3)简单可行的办法就是,按照每一根空心管分配2.368R宽度的暗梁,则整个浇筑过程不会出现上拱。对于具有3个重要物点——大跨度、空心管、预应力——的施工抗浮问题,国内文献较少,施工过程中因经验不足、分析不清、处理不当时会造成较为严重的质量问题和较大的经济损失。