現代超大型高層冷庫預應力無梁樓蓋結構施工關鍵技術*

徐佳能，陳躍熙，陳 勝，黃祿正

(1.中國華西企業股份有限公司，四川 成都 610081； 2.四川華西集團有限公司，四川 成都 610081)

0 引言

現代超大型高層冷庫引入預應力無梁樓蓋結構技術，成功實現了“有效提升倉容、方便機械化作業、降低綜合成本”等多項目標。

銀犁農產品冷鏈物流中心項目二期冷庫工程為國內首座首次自主研發、獨立完成大跨度預應力無梁樓蓋及結構外保溫隔汽技術的冷庫。冷庫預應力無梁樓蓋采用后張法有粘結預應力，單層平面結構尺寸為98.2m×47.8m，軸網尺寸主要為10.08m×11.95m，活荷載標準值達25kN/m2，冷庫樓板厚300～340mm，其建成效果如圖1所示。

圖1 銀犁二期冷庫項目

1 預應力無梁樓蓋結構

采用預應力技術的樓板具有抗裂性好、剛度大、耐久性好、自重小及抗剪能力、抗疲勞能力、構件穩定性好的優點。在樓板中施加預壓應力，可抵消部分混凝土收縮產生的次拉應力，防止結構出現裂縫。冷庫由于存放凍品，有一定的堆放高度。隨著結構均布荷載值增大，樓板厚度增加，后張預應力技術可有效降低樓板厚度、增加結構凈空、減少混凝土用量。

1.1 傳統物流冷鏈庫房存在的劣勢

1)伸縮縫增加了施工成本、不利于后期使用，且維護成本較高。

2)樓面設計活荷載為20～30kN/m2，在實際使用中由于柱和抗震墻的影響，導致庫房有效儲存空間不高，降低了經濟效益。

3)柱距較小給機械化裝卸推廣應用造成困難。

1.2 預應力無梁樓蓋結構體系的優勢

采用預應力無梁樓蓋結構體系的現代超大型冷庫存在的優勢為：①大幅度增大了冷庫的有效存儲空間，增加了庫容量；②由于采用了預應力技術，可取消傳統冷庫的伸縮縫；③柱網較大，排布貨架更便捷高效，為機械化裝卸提供了可能(見圖2)。

圖2 銀犁二期項目庫內效果

2 預應力無梁樓蓋關鍵技術

2.1 大跨度預應力無梁樓蓋深化設計

本工程為98.2m超長結構，取消伸縮縫設置，因此采用穩妥和可靠的施工工藝，增設2道水平后澆帶。x軸方向通過后澆帶實現分段張拉，后澆帶處采用錨具連接器進行連接。同時后澆帶利于降低混凝土收縮和溫度應力對結構產生的不利影響(見圖3)。

圖3 凍庫平面

對原設計采用3D有限元整體分析程序進行內力分析，正常使用下極限狀態最大彈性變形為7mm，塑性變形為21mm，撓度比值為1/480。邊跨支座位置為彎矩和裂縫最大位置，最大裂縫寬度約為0.2mm。剪力墻與樓板交界處外側，增加豎向加強筋來抵消預應力施加產生的附加彎矩(見圖4)。

圖4 預應力分析模型

由于側向約束造成預應力折減的情況，同時同等條件下，有粘結方案的極限抗彎承載力要高于無粘結方案，本項目選用有粘結預應力。

運用BIM技術進行結構三維建模，通過模型導入Navisworks進行普通鋼筋和預應力鋼筋、錨具的碰撞檢測，對預應力筋及節點進行優化(見圖5)。

圖5 預應力筋模型

2.2 設置剪力墻豎向后澆帶消除預應力張拉約束影響

使用有限元分析軟件safe詳細分析建模，模擬周圈剪力墻對預壓應力施加的影響。通過設置剪力墻豎向后澆帶，解決剪力墻結構對樓板的約束影響。x向跨中板帶部分理論計算的平均壓應力為2.51N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應力為2.1N/mm2(見圖6)。y向跨中板帶部分理論計算的平均壓應力為2.55N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應力為2.3N/mm2(見圖7)。

圖6 x向剪力墻后邊板應力

圖7 y向剪力墻后邊板應力

在剪力墻上設置豎向后澆帶，使得在保證剪力墻結構消除對樓板約束影響的前提下，位于大跨度樓板下方的豎向后澆帶在張拉結束后能快速實現澆筑，與設置剪力墻水平后澆帶相比，豎向后澆帶的施工難度相對較小，并且總體長度與樓板的跨度相比要短，使得后期澆筑的工期大大縮短。

2.3 預應力分步張拉法

銀犁二期冷庫由于樓面設計活載為25kN/m2，樓板自重約9kN/m2，施工腳手架與模板及施工荷載約6kN/m2；故如果本樓層預應力筋張拉完畢拆除下部支撐后，可承受上層的整個施工荷載，但不足以承受2層的施工荷載。

同時，超長大跨度預應力混凝土結構，樓板混凝土在澆筑完成后會因早期收縮等原因產生裂縫，影響結構表面美觀，對冷庫結構使用產生不利影響。

因此，在施工到本層時，下層混凝土強度不低于75%時將預應力筋總數量張拉50%孔道，下下層張拉剩余的50%后即可拆除支撐同時可承受本層施工荷載及上層施工荷載。同時，有效防止混凝土早期收縮裂縫(見圖8)。

圖8 預應力筋分步張拉

2.4 低溫狀態預應力損失的計算方法

項目實施過程中，共預埋270個點位，在施工和使用過程中對大柱距預應力鋼絞線應力變化、冷庫變形和沉降進行檢測。

2.4.1扁形孔道摩擦阻力系數測試

現規范只有圓形孔道摩阻系數和孔道偏差系數，無扁形孔道相關參數。利用張拉兩端壓力傳感器數值、鋼絞線空間曲線長度、空間曲線包角聯立求解摩擦系數μ和偏差系數K。方法為：每層選擇4孔y向雙端張拉預應力筋束，每個張拉端布置1個穿心式壓力傳感器(見圖9)。

圖9 預應力摩擦阻力測試

該技術修正了扁金屬波紋管的摩擦系數和孔道影響系數取值，填補了國內規范空白。

2.4.2低溫狀態預應力損失的計算方法

對于預應力筋在低溫作用下的應力損失研究(也是本技術中較重點的測試之一)，國外(如美、日)已進行部分研究，且相對較早，但最近十幾年資料相對較少。通過傳感器的埋設，對建筑進行數據分析和施工過程、降溫過程、降溫后使用過程分析。方法：每層選擇4孔y向雙端張拉預應力筋束，每個張拉端布置1個穿心式壓力傳感器。在4，8層，2棟樓共布置32個壓力傳感器(見圖10，11)。

圖10 穿心式壓力傳感器平面布置

圖11 降溫前后y向預應力分布

獲得數據經分析揭示了超低溫工況鋼絞線預應力變化規律，分析了降溫過程及低溫穩態情況下預應力損失及有效應力指標，摸清了相關階段預應力筋的應力損失特征，解決了預應力結構體系在低溫冷庫應用的參數缺失問題。

3 結語

1)通過預應力筋分步張拉，解決了施工時樓板荷載不足的問題，同時控制了混凝土早期收縮裂縫，縮短了工期。

2)研究冷庫庫房預應力混凝土樓板在降溫過程中和降溫穩定之后(模型計算時未考慮溫度因素)樓板混凝土應力變化情況，解決了冷庫樓板的混凝土應力和裂縫控制標準問題。