大跨度預(yù)應(yīng)力空心樓蓋的施工抗浮

羅四初

摘 要:對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力空心樓蓋的施工抗浮問(wèn)題,從施工過(guò)程的發(fā)生、發(fā)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(duì)該類(lèi)問(wèn)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(yù)應(yīng)力空心樓蓋抗浮施工時(shí)各種質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生,填補(bǔ)了“空心管+預(yù)應(yīng)力”技術(shù)在施工應(yīng)用方面的一項(xiàng)空白。

關(guān)鍵詞:“空心管+預(yù)應(yīng)力”;技術(shù);施工抗浮;抗浮分析與處理辦法

中圖分類(lèi)號(hào): TU37

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

文章編號(hào):1005-569X(2009)07-0099-02

1 施工實(shí)例情況價(jià)紹

廣東省省委辦公樓的會(huì)議廳,建設(shè)單位要求做成無(wú)柱的大跨度空間。其樓蓋跨度為33×32m,設(shè)計(jì)單位采用了最新技術(shù),將預(yù)應(yīng)力與空心管有機(jī)地結(jié)合起來(lái),創(chuàng)造性地產(chǎn)生了一種“空心管+預(yù)應(yīng)力”技術(shù),該技術(shù)在其后的幾年里已由研究人員相繼申請(qǐng)了專(zhuān)利,目前較為成熟的研究單位有華南理工大學(xué)、中南鐵道學(xué)院等。

“空心管+預(yù)應(yīng)力”技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要是:通過(guò)空心管減少了樓蓋的自重,然后通過(guò)后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)約了造價(jià)。是建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)在實(shí)際生活中的一次綜合性的體現(xiàn)。“空心管+預(yù)應(yīng)力”技術(shù)的平面布置是這樣的:整個(gè)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(nèi)的空心管管徑為φ760mm,長(zhǎng)度為800mm,每個(gè)箱格內(nèi)放置4個(gè)空心管。澆筑砼成型后達(dá)到強(qiáng)度要求后通過(guò)預(yù)應(yīng)力後拉完成樓蓋的施工工作。

2施工過(guò)程與上浮控制辦法

在第一次進(jìn)行樓蓋混凝土澆筑時(shí),施工人員都沒(méi)有考慮到浮力的存在,也沒(méi)有在采取針對(duì)浮力的措施。泵送混凝土開(kāi)始后,混凝土從一端往另一端澆筑,最先澆筑時(shí)由于混凝土具有液體的流動(dòng)性,混凝土擴(kuò)散開(kāi)一個(gè)區(qū)域,慢慢地混凝土厚度高過(guò)空心管的一半,這時(shí)施工人員發(fā)現(xiàn)樓蓋下澆筑砼的部位出現(xiàn)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(gè)臨時(shí)處理辦法:第一,將梁板縱向鋼筋與墻柱鋼筋焊接加強(qiáng)內(nèi)骨架的約束;第二,停止一段時(shí)間讓混凝土失去液體性能并對(duì)空心管產(chǎn)生握裹力;第三,在停止的時(shí)間內(nèi)將暗梁節(jié)點(diǎn)處用φ10鋼筋將暗梁縱筋焊到模板下面的支架鋼管上。通過(guò)以上三項(xiàng)措施,最先上拱的鋼筋因?yàn)橐延谢炷聊Y(jié)沒(méi)有更進(jìn)一步上找,得到了有效控制,未澆筑的砼在后面澆筑混凝土?xí)r也沒(méi)有最先上拱那么嚴(yán)重。樓面砼澆筑完時(shí)因?yàn)橛猩瞎按嬖谥缓谜w增加一個(gè)砼厚度,并盡量將砼趕平。第二次大跨度預(yù)應(yīng)力空心管樓蓋施工時(shí),因?yàn)橛辛说谝淮蔚慕?jīng)驗(yàn),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(shí)密切觀察上拱情況,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)樓蓋鋼筋因浮力產(chǎn)生上拱,但發(fā)現(xiàn)空心管有少數(shù)被壓破,砼流人空心管腔內(nèi)。空心管是采用12mm石棉水泥制作成型的,當(dāng)空心管受壓時(shí),實(shí)際壓力高于承載力空心管發(fā)生破壞。第二次施工前,將空心管制作成型,因?yàn)椴ＡЮw維強(qiáng)度大抗裂性好,使用后經(jīng)過(guò)第三次澆筑混凝土檢驗(yàn),空心管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)破損,鋼筋上拱也沒(méi)有發(fā)生,至此,大跨度預(yù)應(yīng)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(shuō)明,液體內(nèi)物體的浮力等于物體排開(kāi)液體的重量。所以澆筑混凝土?xí)r,上拱的力來(lái)自于空心管的浮力,現(xiàn)在來(lái)分析一下大跨度預(yù)應(yīng)力空心管樓蓋的抗浮受力。

3.1發(fā)生上拱的平衡條件

假設(shè)通過(guò)構(gòu)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(shí),發(fā)生上拱;

F浮≤W砼時(shí),澆筑到一半時(shí)不會(huì)發(fā)生上拱;

上拱的高度由(F浮-W砼)控制,可以通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。

3.2抗浮動(dòng)態(tài)過(guò)程

浮力的增加是一個(gè)由小到大的過(guò)程,混凝土重力增加量是一個(gè)由大到小的過(guò)程。

作受力分析時(shí)因?yàn)楸戎叵嗤?取1m的縱向單位相同,可以化作按面積計(jì)算,如圖1所示:

矩形截面區(qū)域內(nèi)的空心管浮力分析(假設(shè)砼重力通過(guò)構(gòu)造措施作用于空心管上)

(1)砼澆筑高度0-R半徑高度時(shí),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(shí),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(jié)論:空心管的上拱力在砼液面一半以下時(shí),越來(lái)越大;當(dāng)截面砼液面達(dá)到管內(nèi)管外水平尺寸一樣進(jìn),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(qū)域內(nèi)的最大上拱力等于2.368γR2,實(shí)際情況基本上樓蓋的厚度等于空心管的直徑。當(dāng)設(shè)計(jì)樓蓋時(shí)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(shí)需要采用外部附加的重量是以砼為參考的,數(shù)量很大。

怎樣判斷空心管浮力產(chǎn)生上拱時(shí)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(jìn)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(jì)算一下看是否滿足抗拉強(qiáng)度,傳遞砼重力時(shí)盡量做到整個(gè)樓面受力均勻。

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

(3)簡(jiǎn)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(gè)澆筑過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)上拱。對(duì)于具有3個(gè)重要物點(diǎn)——大跨度、空心管、預(yù)應(yīng)力——的施工抗浮問(wèn)題,國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)較少,施工過(guò)程中因經(jīng)驗(yàn)不足、分析不清、處理不當(dāng)時(shí)會(huì)造成較為嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題和較大的經(jīng)濟(jì)損失。