浅析预应力无梁楼盖安全管控要点

侯建斌

（海南天力建筑工程有限公司，海南 海口 570100）

0 引言

预应力无梁楼盖传力体系简单直接、可压缩层高保证净高、节省地库建造成本、在施工时可以节约模板，由于优势明显，在目前阶段还有大量使用。加强预应力无梁楼盖的施工安全管控的研究是十分必要的。

预应力无梁楼盖施工涉及的内容专业性强，对现场管理、操作人员素质要求高。虽然有专项的规范、施工验收标准，但时常因对规范、标准不理解，导致对板柱节点、楼板开洞、预应力布设这几个关键部位或工作管理不到位，对预应力无梁楼盖造成安全隐患。因此需要对相关部位及工作展开深入探讨。

1 预应力无梁楼盖特点

预应力无梁楼盖结构体系是目前运用较多的结构形式，规范规定计算预应力无梁楼盖承载能力极限状态和正常使用极限状态的荷载组合时，预应力应参与计算。无梁楼盖在外荷载作用前，在结构或构件受拉区，通过对预应力筋进行张拉、锚固，在楼盖结构产生内应力。内应力的大小与分布能抵消或减小外荷载所产生的压力。较之传统的无梁楼盖体系，预应力无梁楼盖可以实现更小的板厚和良好的受力性能，集整体性较好、挠度小、空间较大、经济性较好的优点。采用预应力无梁楼盖具有比较明显的优势。

目前预应力无梁楼盖按预应力的的粘结方式分为无粘结预应力式和有粘结预应力式。在防空地下室范围，无梁楼盖不得采用无粘接预应力混凝土结构。实际工程中在满足人防面积要求的条件下，为降低工程成本，面积较大的地下室经常出现两种预应力形式的无梁楼盖。

2 板柱节点安全管控

预应力无梁楼盖柱子与楼板连接处，在地下室覆土后及日常使用中，由于应力集中会有板顶裂缝。只要无梁楼盖上部荷载不超过设计值，经过大量工程实践，受力是安全的。但在超载、地震等荷载作用下，柱子顶端会产生水平裂缝，形成塑性铰，导致内力重分布，影响结构安全。根据 JGJ 369－2016《预应力混凝土结构设计规范》，在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切承载力应符合下列规定［1］，如式（1）所示。

式中：βh为截面高度影响系数；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值，N；σpc，m为计算截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值，MPa；η为影响系数；um为计算截面的周长，mm；h0为截面有效高度，mm。

通过计算理论可见，预应力无梁楼盖相对于一般钢筋混凝土无梁楼盖，可以大幅度提高板柱节点的抗冲切能力。即便如此，楼板与柱连接部位（柱帽）冗余度仍然比较小。

由于无梁楼盖因结构中不设置明梁，导致楼板直接支撑在柱上，在板柱连接部位的截面产生较大的剪应力，容易发生冲切或者冲剪破坏。根据板底环形裂缝离冲切荷载的距离推算，板柱节点冲切破坏锥截面的倾角一般在20°～45°之间，第一处冲切面在柱头两侧，第二处冲切面在托板折角两侧，具体位置如图 1 所示。

图1 冲切破坏示意图

针对这两个冲切面的安全问题，设计主要通过设置柱帽、在柱帽冲切破坏锥体面相交的范围内设置暗梁及配置加强箍筋来确保节点安全。以下是有托板加腋、带暗梁的预应力无梁楼盖板柱节点设计图（见图 2）。

施工时须重点关注两处冲切面涉及的工序质量。

图2 板柱节点设计图（单位：mm）

首先，保证对两个冲切部位混凝土进行约束的箍筋质量，施工时对箍筋设置错误，会对板柱节点的安全设计造成较大的削弱。现场该部位箍筋一般采用活口封闭式箍筋，箍筋的开口处，因钢筋不连续，在受力后有张开趋势。为避免顶板裂缝导致箍筋耐久性受影响及箍筋开口端锚固强度损失，箍筋活口应避开上部拉应力较大、裂缝较多部位。这就要求施工中确保托板内暗梁、柱边0.2lo及托板外设计范围箍筋弯钩应朝下放置。同时柱帽内配置箍筋间距及加密长度严格执行设计及规范要求。规范 18 G901－1《混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图》（现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板）对支座处暗梁箍筋加密区长度及箍筋间距有明确规定，箍筋排布范围如图 3 所示。

图3 箍筋排布范围（单位：mm）

其次，暗梁及板纵向钢筋在节点位置遵守“能通则通”的设计原则。上部纵向钢筋应贯穿节点或支座，不能保证全数贯通的，最低限度保证暗梁支座处的 1/2 上部纵向钢筋应连续通长布置。梁的下部纵向钢筋宜贯穿节点或支座，在设计搭接区域错开布置。板底连续非预应力钢筋应布置在板柱节点下部及预应力筋的下方，板底连续纵向普通钢筋的连接位置，宜在距柱面 1.15 倍受拉钢筋锚固长度la与 2 倍板厚的较大值以外，且宜避开板底受拉区范围。受拉钢筋锚固长度la应按现行国家标准 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》的规定取用［2］。

施工现场暗梁下部纵向钢筋经常出现在柱节点统一断开锚固的情况，该做法难以满足钢筋净距要求。同时钢筋密集，混凝土浇捣易出现缺陷，对在此断开锚固的钢筋锚固受力影响极大，对板柱节点造成削弱。虽然规范不强制要求全数在节点外连接，但项目的钢筋精细化管理，这里就能体现出来。

最后，保证板柱节点内的预应力筋布置。板柱结构体系布筋时，要求柱上板带任何一向穿过柱子的无粘结预应力筋不得少于 2 根（见图 4），预应力筋应布置在节点上部，从节点两侧按设计线型下弯。此种布置方式沿柱轴线对暗梁施加了预应力，有利于对暗梁内平板形成支撑，同时也保证板柱节点的受冲切承载力，施工中需注意这一做法。

图4 柱内预应力筋布置

3 楼板开洞安全管控

无梁楼板施工阶段，由于主体施工垂直运输需求，不可避免需设置塔吊或吊料口。大面积地下室不可避免塔吊要穿越地下室无梁楼板结构。针对该情况要提前做好塔吊选型及施工策划，在考虑塔吊覆盖范围、上部结构附墙位置、塔吊基础空间及地质条件的前提下，还要综合考虑开洞对地下室顶板的不利影响。对于吊料口宜通过优化施工组织及施工顺序、提前施工车道口、优化出料线路，达到不设置或减少设置数量的目的。

施工策划时，对于穿无梁楼板洞口应避开以下位置：受冲切的柱帽范围，对周边板起支撑作用的暗梁范围，钢筋及预应力相交较密的柱上板带相交区域、柱上板带与跨中板带相交区域；择优选择位置。对开洞的位置应及时提供给设计单位及预应力深化单位，做好对无梁楼板洞口的加固措施，涉及人防的还应经人防设计单位进行确认，不得擅自留设洞口。

郭达文等［3］以地下室无梁楼板靠侧壁位置开洞情况为研究对象，考虑了 4 种洞口尺寸影响，计算和分析了洞口对无梁楼板的影响，及给出具体的补强措施，分析结果表明：洞口对无梁楼板受力影响较为明显，在工程中应予以重视，开洞后垂直洞口方向弯矩增幅较大；沿传力方向洞边，暗梁宽可取 0.5 倍洞长，暗梁长可由侧壁至跨中，补强筋可取支座计算配筋的 0.3～0.5 倍，暗梁箍筋可按 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》11.9.5 条构造；垂直传力方向洞边，暗梁宽可由洞边至 3/4L处（即到柱上板带边，L为跨度），暗梁长可取洞宽，从洞边到跨中区域补强筋可取 3/4L处计算配筋。暗梁箍筋可按 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》11.9.5 条构造。从跨中至 3/4L补强筋可取 0.25 倍 3/4L处计算配筋，箍筋可不用配置。

以上研究可为洞口加固提供相关思路，针对无梁楼盖开洞事项应会同设计单位、人防单位、预应力深化单位联合策划，以确保结构加固措施策划到位，确保安全。以下是无梁楼盖预留 3 m×3 m 塔吊洞口的加固大样（见图 5）。需要注意的是洞口在采用此类加固方案后，施工方仍需设置相应的顶板支撑，同时靠洞口侧边应预留一段距离以便设置止水钢板，避免对加固钢筋、加固暗梁、地下顶板防水造成影响。对于经过洞口预应力也应进行深化（见图 6）。由于洞口周边板块预应力筋在洞口处均截断，应在洞口四周设置张拉端，采取一端张拉的方式处理，洞口对边对于甩出预应力筋在洞口中采取搭接构造。采用洞口内搭接的方式能提前对周边板块张拉，较好地保证周边板块的回填进度及回填安全，但洞口封闭前应控制洞口附近材料堆载，若提前回填，应采用小型挖机或轮式挖机将土运至回填部位，配合人工铺摊，夯实。

图5 无梁楼盖洞口加固大样（单位：mm）

图6 洞口预应力深化

4 预应力筋布设安全管控

预应力无梁楼板施工阶段面临非预应力筋，双向预应力筋、水电管线铺设等的布设，难免施工时会有交叉影响。交叉布置原则是应优先满足预应力筋布设要求，有冲突时，应在规范及设计允许的条件下调整非预应力钢筋或线管的位置。

预应力时应设计图纸曲线形式布置，严格控制预应力筋关键位置垂直高度，如反弯点的高度、最低点的高度、张拉端高度等。双向配置时，还应注意预应力筋的铺放顺序。对于连续多跨板，因板跨不一、长短向尺寸不一、厚度变化等因素对双向预应力筋曲线标高控制及交错布置提出较高要求。

施工前进行人工或电算编序，以确定预应力筋的铺放顺序及高低（见图 7）。通过标高数据对比纵横向预应力筋交叉点高低，先铺设较低的预应力筋，后铺设高的预应力筋，避免调整新型时互相干扰，无法调整到位。

图7 预应力筋电算编序

为确保预应力筋水平方向保持在一条直线上，施工中应在板面进行定距画线标识，确保超长预应力布设顺直。预应力线形垂直方向位置允许偏差根据构件截面高（厚）度在±5～±15 mm，相应控制要求高度。现场施工队经常采用铁丝悬挑预应力筋固定在梁板面筋的方式来控制预应力反弯点高度及线型。采用此种方式，容易受钢筋偏位影响，浇筑时容易导致预应力筋脱落及偏移，对预应力施工质量造成影响。施工时应避免采用该种固定方式。

预应力筋的固定应首选钢筋马凳控制。当无粘结预应力筋并束多于 4 根或采用无粘结预应力筋时，应采用φ12 钢筋焊成不同高度的马凳控制预应力筋矢高，马凳与预应力筋宜采用 18 号扎丝缠扣绑扎，防止滑动，相应做法如图 8 所示。同时每束预应力筋至少设置 3 个预应力标高控制点，相应位置设置马凳，涂刷油漆进行标识，以方便检查。

图8 马凳控制预应力筋矢高

预应力筋布设完毕，必须让相关部门共同进行检验。用水准仪进行监控、测量，确保预应力筋设计高度。验收合格后，方能对混凝土进行浇捣。

5 预应力锚固端安全管控

5.1 压花锚具

锚具是将预应力钢筋永久性地锚固在构件上，并使构件产生预压应力的关键部件。对于无粘结预应力筋锚固端一般采用挤压锚具，有粘粘预应力筋锚固端多采用压花锚具。主要原因是压花锚具是最经济的钢绞线锚具，与其它锚具相比，工艺简单，造价低。

压花锚具梨花头根部必须有一段裸露、干净无油的钢筋线，才能保证与混凝土相互作用，达到设计的锚固强度，单靠梨形压花头无法产生足够的锚固力。这是规范对裸露钢绞线长度有构造要求及无粘结预应力不应采用压花锚具的原因。

规范要求梨形头尺寸和直线锚固段长度不应小于设计值。梨形头尺寸应符合：对φs15.2 钢绞线不应小于φ95×150；对φs12.7 钢绞线不应小于φ80×130；直线段长度，对φs15.2 钢绞线不应小于 900 mm，对φs12.7 钢绞线不应小于 700 mm［4］。

考虑在实际工程中锚固端基本设置在梁端或板端的负弯矩区域，由于锚具的握裹长度较长，无法通长建立有效应力值，而影响最大负弯矩截面的极限承载力值，可建议设计优化为双压花锚具。双压花锚具的特点是 2 个压花协同工作，小荷载时，基本上由前端压花受力。即使在荷载水平很高的情况下，也是以前端压花受力为主，尾端压花分担的力较小。但尾端压花的存在，使前端压花的变形和滑移受到约束，其花型保持了稳定的构造形状。双压花锚具承载能力比单压花锚具明显提高［5］。

对成束布置的多根钢绞线压花锚，应分排埋置在混凝土内，施工中对于多根预应力筋并束的锚固端应采用定制钢筋网架控制梨形头发散尺寸（见图 9）。扁形固定端压花式锚具应采用配套定位架或直条钢筋控制梨形头间距（见图 10）。特别对梁端，墙端节点处由于钢筋密集，需严格调整到位，避免振捣时端头偏位，定位架应采取点焊及其它措施固定牢固。经现场检查，该项措施经常有执行不到位的情况，对锚固效率造成较大的削弱。

图9 钢筋网架控制梨形头

图10 扁形压花式锚具固定

对于钢绞线压花锚具施工单位应根据施工进度加工，避免裸露预应力筋锈蚀，穿束前应将表面的污物擦拭干净。对于采用压花锚构件的混凝土建议提前与混凝土搅拌站协商，采用粒径≤20 mm 的石子拌制，施工过程加强振捣，以为提高压花锚周边混凝土密实度，避免钢绞线出现在远未达到张拉控制应力时即发生明显滑移的现象。

5.2 挤压锚具

挤压锚具是将套入挤压簧的钢绞线，通过挤压套，利用挤压机压缩挤压套，使之与钢绞线套牢，预应力筋的拉力通过挤压套传递至垫板再发散至结构。它由挤压套、挤压簧、垫板、约束圈、螺旋筋、钢绞线、配套用电动油泵、专用挤压机组成。

对于挤压锚具，施工时应重点控制异形钢丝衬圈的嵌入。现有 OVM 锚的 P 锚中在挤压套与钢绞线之间在挤压前套放的挤压簧是用直径为 1 mm、材质为 65 Mn 的钢丝，按所需直径卷绕成形，按规定长度裁成一节一节，后经淬火使其硬度达到所需值，变成易脆性的挤压载体。该挤压簧在挤压力作用下，镶嵌在挤压套内壁与钢铰线之间作为夹在挤压套与钢绞线之间的楔子，形成强大的摩阻力。

施工中应重点防控由于挤压锚具制作质量不达标导致的锚固失效问题。由于构成挤压簧的钢丝其断面是圆形的，锚固效率会降低，同时高碳钢丝淬成高硬度后，脆性大、韧性差、易断裂，套入前需严格检查。否则其锚固效率系数难以达到≥95 %。对于挤压锚具制作现场基本是采用人工套入，人工加工，对工人的操作水平及人员素质要求较高。施工前需对操作人员应严格考核。穿套前必须严格检查挤压簧是否完整，钢绞线挤压端的毛刺是否打磨干净。

用手套入挤压簧时应使之旋紧在钢绞线上，通过挤压模孔后将有挤压簧的部位穿入挤压套，将其抵在顶杆凹槽内。挤压前需清除挤压机顶杆凹槽内残渣。

挤压时，应确保钢绞线、挤压模、活塞杆三轴同心，挤压过程不得中间停顿，应一次完成。挤压通过挤压模时，压力表读数应符合操作说明书的规定，最高油压值不应超出电动油泵的额定压力。挤压后应测量锚头外径，对于 15 型锚具挤压后外径应≤30.65 mm，预应力筋应露出挤压套端面 1～5 mm。如不符合要求应切掉重新挤压，以确保挤压套握裹牢固，防止张拉时脱筋。

安装压板时，应使挤压套和 P 型锚板垂直密贴无缝隙，并束的预应力筋承压钢垫板不得重叠，螺旋筋不应重合。施工中经常会出现该类锚具处理不当的现象，如图 11 所示。严重时会导致在预应力张拉过程中，承压板下的混凝土局部下陷，沿承压板周边混凝土受剪切作用，出现局部承压破坏，如图 12 所示。因此张拉端承压板必须顶紧张，要有可靠固定，并保持张拉作用线与承压板面垂直。施工前需复核承压钢垫板材质、尺寸、厚度以及螺旋筋直径、螺径、螺距等参数满足配套产品说明书及设计要求。

图11 锚具处理不当

图12 局部承压破坏

6 预应力筋张拉端安全管控

对于采用凹入式张拉端做法的板端，墙和梁侧张拉节点，由于锚具不外露出结构面，同时为了保证预应力筋保护层厚度，会对结构留置较大的穴模，对结构有削弱影响，应注意防控施工阶段施工荷载的不利影响。

在张拉端的布置时，应考虑构件尺寸、局部承压、锚固体系合理布置等，同时满足张拉施工设备空间要求。对于后浇带的张拉端，由于后浇带宽度小，钢筋阻碍，工作面宽度达不到要求。施工现场经常未按设计要求将张拉端设置在后浇带内侧端面，而是将张拉端弯折至顶板面上设置。该处理方法对于预应力线型，预应力筋质量及安全造成影响。施工时对于该部位可采取变角张拉工艺，以确保预应力施工质量及安全。

7 锚具防腐安全管控

研究发现在有粘结预应力混凝土结构中，预应力筋和混凝土之间可以靠水泥的粘结而传递剪力。通常，锚具处的应力变化幅度不大。而在无粘结预应力混凝土结构中，任何外荷载的去留都会在锚具处产生明显的应力变化。如果组件有一处断裂，则整根预应力筋失效，后果严重［6］。因此，对组装件的反腐措施，应严格要求。

封锚前，应用砂轮切割机切断切除多余钢绞线，但钢绞线外露长度不得小于 30 mm，并清理张拉槽孔和锚具上粘的杂物。张拉后，锚具及锚垫板表面涂刷环氧树脂等防水防腐保护层，涂刷应均匀饱满，不得漏涂和少涂。为了更好地达到防腐效果，应罩上封锚端塑料盖帽，护套长度与钢绞线外露长度应配套，确保端头全部封盖。

封闭张锚端，板应采用膨胀细石混凝土（同等级或高一级）对凹入锚头进行封闭，墙、柱侧壁可用水泥砂浆封锚。封锚时应保证细石混凝土的密实性和钢绞线端部混凝土保护层厚度不小于 50 mm。

8 结语

通过上述的分析与实践可知，对于预应力无梁楼盖的板柱节点，应对两个冲切面箍筋、节点内预应力筋、通过节点的普通钢筋进行重点控制。对于节点处普通钢筋的贯通与连接做法的选择，反映施工管理的精细化水平。精细施工方式可避免衍生相关质量隐患，保证节点质量。对于楼板开洞问题，重点是要提前策划，联合会审、过程回顶。对于预应力张拉端、锚固端等部位，重点是控制制作质量、规范布设及严格防腐。目前工程中尚有许多影响预应力无梁楼板的因素及问题，需要进一步分析及严格控制，特别是对于先穿束有粘结预应力筋的张拉过程的锈蚀防治值得进一步研究。Q