現(xiàn)代超大型高層冷庫預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)*

徐佳能，陳躍熙，陳 勝，黃祿正

(1.中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司，四川 成都 610081； 2.四川華西集團(tuán)有限公司，四川 成都 610081)

0 引言

現(xiàn)代超大型高層冷庫引入預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了“有效提升倉(cāng)容、方便機(jī)械化作業(yè)、降低綜合成本”等多項(xiàng)目標(biāo)。

銀犁農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中心項(xiàng)目二期冷庫工程為國(guó)內(nèi)首座首次自主研發(fā)、獨(dú)立完成大跨度預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋及結(jié)構(gòu)外保溫隔汽技術(shù)的冷庫。冷庫預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋采用后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，單層平面結(jié)構(gòu)尺寸為98.2m×47.8m，軸網(wǎng)尺寸主要為10.08m×11.95m，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)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(xiàng)目

1 預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)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(gòu)件穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。在樓板中施加預(yù)壓應(yīng)力，可抵消部分混凝土收縮產(chǎn)生的次拉應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。冷庫由于存放凍品，有一定的堆放高度。隨著結(jié)構(gòu)均布荷載值增大，樓板厚度增加，后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)可有效降低樓板厚度、增加結(jié)構(gòu)凈空、減少混凝土用量。

1.1 傳統(tǒng)物流冷鏈庫房存在的劣勢(shì)

1)伸縮縫增加了施工成本、不利于后期使用，且維護(hù)成本較高。

2)樓面設(shè)計(jì)活荷載為20～30kN/m2，在實(shí)際使用中由于柱和抗震墻的影響，導(dǎo)致庫房有效儲(chǔ)存空間不高，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

3)柱距較小給機(jī)械化裝卸推廣應(yīng)用造成困難。

1.2 預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)

采用預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的現(xiàn)代超大型冷庫存在的優(yōu)勢(shì)為：①大幅度增大了冷庫的有效存儲(chǔ)空間，增加了庫容量；②由于采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可取消傳統(tǒng)冷庫的伸縮縫；③柱網(wǎng)較大，排布貨架更便捷高效，為機(jī)械化裝卸提供了可能(見圖2)。

圖2 銀犁二期項(xiàng)目庫內(nèi)效果

2 預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋關(guān)鍵技術(shù)

2.1 大跨度預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋深化設(shè)計(jì)

本工程為98.2m超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，取消伸縮縫設(shè)置，因此采用穩(wěn)妥和可靠的施工工藝，增設(shè)2道水平后澆帶。x軸方向通過后澆帶實(shí)現(xiàn)分段張拉，后澆帶處采用錨具連接器進(jìn)行連接。同時(shí)后澆帶利于降低混凝土收縮和溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響(見圖3)。

圖3 凍庫平面

對(duì)原設(shè)計(jì)采用3D有限元整體分析程序進(jìn)行內(nèi)力分析，正常使用下極限狀態(tài)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(cè)，增加豎向加強(qiáng)筋來抵消預(yù)應(yīng)力施加產(chǎn)生的附加彎矩(見圖4)。

圖4 預(yù)應(yīng)力分析模型

由于側(cè)向約束造成預(yù)應(yīng)力折減的情況，同時(shí)同等條件下，有粘結(jié)方案的極限抗彎承載力要高于無粘結(jié)方案，本項(xiàng)目選用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力。

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)三維建模，通過模型導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具的碰撞檢測(cè)，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化(見圖5)。

圖5 預(yù)應(yīng)力筋模型

2.2 設(shè)置剪力墻豎向后澆帶消除預(yù)應(yīng)力張拉約束影響

使用有限元分析軟件safe詳細(xì)分析建模，模擬周圈剪力墻對(duì)預(yù)壓應(yīng)力施加的影響。通過設(shè)置剪力墻豎向后澆帶，解決剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)樓板的約束影響。x向跨中板帶部分理論計(jì)算的平均壓應(yīng)力為2.51N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應(yīng)力為2.1N/mm2(見圖6)。y向跨中板帶部分理論計(jì)算的平均壓應(yīng)力為2.55N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應(yīng)力為2.3N/mm2(見圖7)。

圖6 x向剪力墻后邊板應(yīng)力

圖7 y向剪力墻后邊板應(yīng)力

在剪力墻上設(shè)置豎向后澆帶，使得在保證剪力墻結(jié)構(gòu)消除對(duì)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(jié)束后能快速實(shí)現(xiàn)澆筑，與設(shè)置剪力墻水平后澆帶相比，豎向后澆帶的施工難度相對(duì)較小，并且總體長(zhǎng)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(yù)應(yīng)力分步張拉法

銀犁二期冷庫由于樓面設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力筋張拉完畢拆除下部支撐后，可承受上層的整個(gè)施工荷載，但不足以承受2層的施工荷載。

同時(shí)，超長(zhǎng)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，樓板混凝土在澆筑完成后會(huì)因早期收縮等原因產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)表面美觀，對(duì)冷庫結(jié)構(gòu)使用產(chǎn)生不利影響。

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

圖8 預(yù)應(yīng)力筋分步張拉

2.4 低溫狀態(tài)預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算方法

項(xiàng)目實(shí)施過程中，共預(yù)埋270個(gè)點(diǎn)位，在施工和使用過程中對(duì)大柱距預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力變化、冷庫變形和沉降進(jìn)行檢測(cè)。

2.4.1扁形孔道摩擦阻力系數(shù)測(cè)試

現(xiàn)規(guī)范只有圓形孔道摩阻系數(shù)和孔道偏差系數(shù)，無扁形孔道相關(guān)參數(shù)。利用張拉兩端壓力傳感器數(shù)值、鋼絞線空間曲線長(zhǎng)度、空間曲線包角聯(lián)立求解摩擦系數(shù)μ和偏差系數(shù)K。方法為：每層選擇4孔y向雙端張拉預(yù)應(yīng)力筋束，每個(gè)張拉端布置1個(gè)穿心式壓力傳感器(見圖9)。

圖9 預(yù)應(yīng)力摩擦阻力測(cè)試

該技術(shù)修正了扁金屬波紋管的摩擦系數(shù)和孔道影響系數(shù)取值，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)規(guī)范空白。

2.4.2低溫狀態(tài)預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算方法

對(duì)于預(yù)應(yīng)力筋在低溫作用下的應(yīng)力損失研究(也是本技術(shù)中較重點(diǎn)的測(cè)試之一)，國(guó)外(如美、日)已進(jìn)行部分研究，且相對(duì)較早，但最近十幾年資料相對(duì)較少。通過傳感器的埋設(shè)，對(duì)建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)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(yù)應(yīng)力筋束，每個(gè)張拉端布置1個(gè)穿心式壓力傳感器。在4，8層，2棟樓共布置32個(gè)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(yù)應(yīng)力分布

獲得數(shù)據(jù)經(jīng)分析揭示了超低溫工況鋼絞線預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律，分析了降溫過程及低溫穩(wěn)態(tài)情況下預(yù)應(yīng)力損失及有效應(yīng)力指標(biāo)，摸清了相關(guān)階段預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失特征，解決了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系在低溫冷庫應(yīng)用的參數(shù)缺失問題。

3 結(jié)語

1)通過預(yù)應(yīng)力筋分步張拉，解決了施工時(shí)樓板荷載不足的問題，同時(shí)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(yù)應(yīng)力混凝土樓板在降溫過程中和降溫穩(wěn)定之后(模型計(jì)算時(shí)未考慮溫度因素)樓板混凝土應(yīng)力變化情況，解決了冷庫樓板的混凝土應(yīng)力和裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)問題。