高层无粘结后张预应力混凝土连续板全剪力墙结构工程实例

高层无粘结后张预应力混凝土连续板全剪力墙结构工程实例武汉市工商银行单洞路高层住宅工程是由营业性用房和商住楼组成的综合性大楼，总建筑面积26638m2，平面尺寸45.0m×36.9m，共计25层，含地下室l层。该工程主体结构为全现浇框架剪力墙结构，五层以下为营业性用房，框架结构，五层以上为商住楼，全剪力墙结构，设计层高2.8m。为使标准层商住楼层高降低，从而降低整个建筑物的总高度，增加实际有效使用面积，使建筑平面布置灵活，6~23层楼板设计为无粘结后张预应力混凝土双向平板。第1章结构设计第1节设计参数该工程标准层以上为商品住宅，但考虑到大空间需进行隔断。根据估算，设计标准活荷载为l.5kN/m2+3.0kN/m2=4.5kN/m2。另考虑施工阶段及张拉阶段的荷载为:二层楼板结构自重及一层脚手架、模板自重之和再加施工活荷载2.0kN/m2。楼板混凝土采用C30，板厚选用150mm，剪力墙厚200mm。无粘结束选用7φs5钢丝束，ƒptk=l500MPa。第2节连续板的划分为尽量减少对剪力墙造成的削弱，提高结构抗震能力，便于对无粘结束张拉与锚具封堵，将原结构标准层楼板划分为6大块计3种形式的无粘结预应力平板，见图4-2-1。第3节连续板控制内力为确定各连续板块内各个断面的内力和无粘结预应力平板的设计弯矩，首先对平板在全部使用荷载作用下以及施工、张拉阶段的全部使用荷载作用下的内力进行电算分析。电算程序采用PMCAD，并利用双向平板在荷载作用下的各种简化计算方法(如等代框架法等)，用手算进行对比分析，最后确定出各连续板块内的控制截面内力。第4节无粘结预应力配筋根据初步确定的板厚150mm，设计取无粘结束的张拉控制应力σm=0.7ƒptk=0.7×1500MPa=1050MPa。选择连续板块内各个不同方向的绝对值最大弯矩处作为该方向的控制内力，按照等效平衡荷载法，考虑适当的预应力度，按一般无裂缝构件的要求，即:短期荷载作用下:σsc一σpc≤σctγƒtk（4-2-1）长期荷载作用下:σlc－σpc≤0(4-2-2)其中:σsc、σlc、σpc—分别为荷载短期、长期效应组合下及扣除全部预应力损失后，抗裂验算边缘混凝土法向应力或预压应力;αct—为混凝土拉应力限制系数，本工程取0.5;γ—受拉区混凝土塑性影响系数;ƒtk—混凝土的抗拉强度标准值。求出双向板工x、y方向的等效平衡荷载qex、qey，进而配出预应力筋量。验算全截面混凝土的平均预压应力σpcx、σpcy，保证混凝土的平均预压应力不小于1.0MPa，也不大于3.5MPa，最后确定各连续板块内各个方向无粘结筋的配筋量。采用此法设计该工程预应力度λ一般在0.70~0.80之间，是较适中的预应力度。4-2-1-5确定无粘结筋形状为发挥预应力筋抵抗外荷载的最大作用，必须确定一个合理的预应力筋形状。综合本工程平板在外荷载作用下的弯矩分布以及无粘结筋垂度等因素，该工程采用带反弯点的曲线配筋，其基本形状如图4-2-2所示。第5节非预应力筋量无粘结预应力平板非预应力钢筋的配筋量根据力的平衡原理经下式计算:As=ssypypZfZfAM8.0(4-2-3)板中最小非预应力钢筋量:Asmin=0.15%bh(4-2-4)比较式(4-2-3)、(4-2-4)，所求得的As值，取其中较大者作为平板非预应力钢筋的配筋量。该工程一般非预应力钢筋配筋为Φ8@200，置于支座及跨中处。第6节其他校核及验算锚固区域局部承压的验算是无粘结预应力混凝土平板设计中的一个主要环节。该工程经计算在铺固区内设有100mm×100mm×20mm承压板，及Φ6钢筋形成的钢筋网片，以传递张拉对混凝土产生的预压应力，并确保混凝土局部强度满足规范要求。局部承压计算公式及设计方法采用《混凝土结构设计规范》(GBJ10一89)中相关公式及构造规定。此外，还对张拉阶段平板的反拱值及全部使用荷载作用下短期和长期效应组合下平板的挠度值、最大裂缝宽度进行了全面验算。经对极限状态下的验算，在扣除全部预应力损失后，该工程楼板支座最大裂缝宽度Wmax=0.05mm，远小于规范限定值;反拱最大值ƒ反≈4nm；长期荷载作用下最大挠度值ƒmax=8mm，均满足现行规范要求。第2章施工中若干问题的处理第1节无粘结筋端部锚具区的处理该工程最长的无粘结束束长为19.1m，根据规范规定可采用一端张拉。为此，该工程选择外墙边作为张拉端，并在距离楼板下约80cm处用竹挑板通过外脚手架形成逐层封闭，以便张拉时操作。该工程外墙剪力墙即为大楼的外墙面，锚具必须埋入该钢筋混凝土墙内，以免影响外观，见图4-2-3。浇捣混凝土前，先在剪力墙上每根无粘结筋处预留大小为100mm×100mm×85mm的洞口，并将钢承压板预先定位于钢筋混凝土剪力墙楼板暗梁主筋之上。浇捣完混凝土拆除侧模，张拉无粘结筋到位后，切除多余的外露部分，仅留200mm长，散弯打拆后，用环氧树脂砂浆封闭在预留的洞内。第2节无粘结筋的铺放及定位该工程楼板内无粘结筋为双向曲线配置。铺放前，先编出铺放程序，对每个纵横无粘结筋交叉点相应的两个标高进行比较，若一个方向的某根筋各点标高都分别低于相交的各筋相应点标高时，则此筋就先铺放，标高较高者次之，以避免两个方向的无粘结筋相互穿插铺放。无粘结筋的定位则是采用预设铁马凳，一般每隔2m设1马凳。跨中或中间剪力墙处可不设马凳，而是直接绑扎在底筋或面筋上。无粘结筋反弯点处必须设马凳，以控制其在板内的高度。无粘结筋的垂直偏差在板内为士5mm，水平偏差为±30mm，目测横平竖直。第3节无粘结筋的张拉张拉前应对机具、设备和仪表进行校核。张拉设备也应配套校核，将无粘结筋的张拉吨位标定为油泵油压表的油压读数，并应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204—92)的有关规定。张拉设备采用QYC—230前卡式千斤顶、ZB4/49型油泵，锚具为3片斜夹式和两片直夹式。张拉前先清除干净承压板外露面，剥去外露部分无粘结筋的包裹层，并用汽油清洗掉钢绞线上的防腐油脂，然后安装锚环和夹片，用套筒仔细、平整地固定好锚环和夹片。当楼板混凝土抗压强度达到设计值的75%后，即可开始张拉。该工程采用2台张拉设备从楼板中部向两端对称张拉。每根无粘结筋张拉控制力为144kN。以控制力为主，控制伸长率为辅。张拉伸长值的校核为计算伸长值的+10%~－5%范围内。该工程最大张拉力为控制力的l03%。最长无粘结筋束为19.1m，最短束长则仅为15.0m，为使楼板内能均匀地建立预应力值，对较长的无粘结筋采用超张拉，以减少预应力值的损失，保证预应力值的传递。第3章技术经济效果高层无粘结后张部分预应力混凝土连续平板全剪力墙结构系武汉地区首次应用。其设计计算分析概念明确，计算简单，结构构造合理，施工简便。可总结出以下优点。第1节增加建筑使用功能增加了室内净高，层高2.8m，而净高达2.65m，室内的视觉效果有所改善。各种管线也可畅通无阻，并节约了管线。轻质隔墙可灵活设置，以满足不同用户的要求;大空间增加了室内有效使用面积。楼板抗裂性高、刚度大、变形小，增强了建筑物的横向刚度，有利于抵抗地震作用的影响。降低了建筑物的总高度，在限定的高度下，相当于增加了层数和建筑面积。与普通钢筋混凝土结构相比，相当于多盖了两层楼，增加建筑面积2400m2，仅此一项经济效益可达百万元。由于楼板下全部为平板，使模板的安装和拆除大为简便，不仅节约用工，还可减少模板损耗。施加预应力后模板即可拆除，缩短了施工周期。该工程标准层平面每层建筑面积约1200m2，施工时平均6d完成1层，大大加快了施工进度。与普通钢筋混凝土结构相比，可节约钢材用量。据初步估算，该工程节约钢材达305t，直接经济效益仅此一项可达127万元以上。结构自重可减少约6%，同等条件下，可减轻地震作用，增强基础及底部框架结构的安全储备。