上跨既有建筑大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋施工技術(shù)研究

斯曉文 （浙江江南工程管理股份有限公司,浙江 杭州 310007）

建筑物的樓蓋承載著樓層的垂直荷載，同時(shí)也是豎向承重結(jié)構(gòu)的橫向支承。建筑樓蓋的體積較大，在整體結(jié)構(gòu)中所占的比重較大，因此，在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的情況下，適當(dāng)減少樓蓋的自重并規(guī)范樓蓋工程的施工，既能提高建筑的觀賞性，又能減少施工費(fèi)用，從而減少建筑物設(shè)防區(qū)地震所造成的負(fù)面影響[1]。為發(fā)揮建筑樓蓋更高的作用，提高其荷載能力，下述將對(duì)建筑樓蓋施工技術(shù)展開研究。

1 建筑實(shí)例

1.1 概況

此次研究的建筑項(xiàng)目為某地區(qū)大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)建筑，此次施工的主要對(duì)象為混凝土樓蓋，此建筑與既有建筑的平面分布如圖1所示。

圖1 施工項(xiàng)目與既有建筑的平面分布

該建筑中的既有建筑為風(fēng)洞結(jié)構(gòu)，該建筑的基本概況見表1。

表1 既有建筑概況

在此基礎(chǔ)上，分析新建結(jié)構(gòu)的基本概況，見表2。

表2 新建結(jié)構(gòu)概況

1.2 樓蓋施工重難點(diǎn)

既有建筑內(nèi)部設(shè)有可連續(xù)施工工作的大型通風(fēng)管道，在新建結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐設(shè)計(jì)時(shí)，按照規(guī)定不得對(duì)原有結(jié)構(gòu)的頂板、梁、柱、基礎(chǔ)等進(jìn)行破壞。

本工程的難點(diǎn)是新建成的主梁梁底距離既有結(jié)構(gòu)屋頂0.92m，施工時(shí)可供使用的空間非常有限，一般的扣件式鋼管腳手架模板支承體系無法正常使用，因此，如何實(shí)現(xiàn)新建結(jié)構(gòu)的模板支承體系設(shè)計(jì)與支撐，是工程順利進(jìn)行的技術(shù)保證[2]。在樓蓋施工中，如何在不破壞原有結(jié)構(gòu)、不影響既有建筑結(jié)構(gòu)安全性的條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)新建建筑結(jié)構(gòu)澆筑施工成為工程方案的施工重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2 上跨既有建筑大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋施工技術(shù)

2.1 樓蓋模板支撐體系選型與選材

針對(duì)上述大跨既有建筑項(xiàng)目，針對(duì)其大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋施工，首先需要對(duì)樓蓋模板支撐體系進(jìn)行選型。選用木模板，下部支撐結(jié)構(gòu)選用鋼結(jié)構(gòu)支撐[3]。采用貝雷梁和圓鋼管桁架組合結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)目的是在混凝土梁澆筑時(shí)，將部分桿與普通混凝土梁澆筑成一體，方便模板的安裝和拆卸[4]。在桁架結(jié)構(gòu)下弦桿上搭設(shè)規(guī)格為Φ48.3×3.2mm 的鋼管支撐結(jié)構(gòu)，并要求鋼管的表面貼近木模板底部。貝雷梁結(jié)構(gòu)采用321 型貝雷片，其長(zhǎng)寬均為3m×1.5m，寬0.45m，各連接部分均用銷釘緊固。該鋼管桁架的長(zhǎng)度為3m×1.5m，材料為Q345鋼，上下弦桿、水平縱桿都是圓筒，斜腹桿為Φ50×4mm的圓管，并通過焊接將其連接在一起。圖2為鋼管桁架立面圖。

圖2 鋼管桁架立面圖

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的支承和可利用的空間，確定了三種不同的組合桁架結(jié)構(gòu)，并將其分成四個(gè)不同的區(qū)域，針對(duì)四個(gè)區(qū)域分別編號(hào)為I、II、III 和IV。其中，I、II 區(qū)采用不同支撐方案單獨(dú)施工，III和IV利用新建預(yù)應(yīng)力混凝土梁作為支撐。為防止在施工和使用期間預(yù)留的施工縫對(duì)整個(gè)樓蓋的力學(xué)性能和安全產(chǎn)生不利的影響，故按《施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中關(guān)于施工縫的留置原則，在本項(xiàng)目中，應(yīng)按規(guī)范要求預(yù)留兩種不同的施工縫，分別為垂直施工縫和水平施工縫[5]。其中，垂直施工縫的設(shè)置針對(duì)有主、副梁的施工縫，間距應(yīng)保證在次梁跨度的三分之一以內(nèi)。該項(xiàng)目采用分段澆筑方式，對(duì)水平施工縫的設(shè)置，要求與地面連接的大截面梁，其施工縫應(yīng)位于板底20mm～30mm。在此基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和桁架支座的承載能力和變形，在板下20mm處預(yù)留出水平施工縫。

2.2 大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋模板計(jì)算

在完成對(duì)樓蓋模板支撐體系選型與選材后，對(duì)樓蓋模板相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。模板材料的選擇和間隔距離的設(shè)置按照表3內(nèi)容設(shè)置。

表3 大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋模板設(shè)置參數(shù)記錄表

在確定上述相關(guān)參數(shù)后，按照下述公式完成對(duì)新澆筑混凝土作用于模板上的最大側(cè)壓力進(jìn)行計(jì)算：

式中F代表模板上最大側(cè)壓力數(shù)值；T0代表新澆筑混凝土初次凝結(jié)時(shí)間；β1代表外加劑影響的修正系數(shù)；β2代表坍落度的修正系數(shù)；V1代表混凝土的澆筑速率。

在施工過程中，混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)當(dāng)滿足下述條件：

式中2a's代表受壓區(qū)縱向鋼筋合力點(diǎn)到截面受壓邊緣的距離；x代表混凝土受壓區(qū)域的高度；ξb代表相對(duì)界限受壓區(qū)高度；h0代表截面有效高度。

2.3 樓蓋結(jié)構(gòu)混凝土澆筑

在實(shí)際施工中，采用樓蓋梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體澆筑，能更好地實(shí)現(xiàn)樓蓋結(jié)構(gòu)的受力均衡，從而確保樓蓋的安全。然而，由于該項(xiàng)目施工模板體系的特殊性，采用梁板同時(shí)澆筑，會(huì)導(dǎo)致I區(qū)現(xiàn)有建筑物的承載力不能滿足要求，而且在澆筑過程中，會(huì)引起橋面上的彎矩、撓曲，增加鋼筋的受力，從而對(duì)支承結(jié)構(gòu)造成不利的影響[6]。因此，在樓頂澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)在板底處設(shè)置橫向施工縫，然后在梁板上澆筑，從而極大地減少了混凝土對(duì)模板支承構(gòu)件的承載，保證模板支承方案的安全性和可行性[7]。混凝土樓板的澆筑必須在梁澆筑完畢14d 后進(jìn)行，這時(shí)，已經(jīng)澆筑的樓板混凝土梁的模板支撐體系不會(huì)被拆除，因此，混凝土板的自重、模板荷載和施工荷載均由混凝土梁承擔(dān)[8]。

3 實(shí)證分析

為保證工程的順利實(shí)施，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力施加后柱頂位移為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)工程施工質(zhì)量進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)中，隨機(jī)在樓蓋上選擇測(cè)點(diǎn)，在其上部施加預(yù)應(yīng)力，對(duì)施加預(yù)應(yīng)力后的標(biāo)號(hào)點(diǎn)位移進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表4。

表4 測(cè)點(diǎn)在施加預(yù)應(yīng)力后的位移

根據(jù)模板工程澆筑施工要求，設(shè)計(jì)現(xiàn)澆混凝土樓蓋的安裝允許偏差，設(shè)計(jì)內(nèi)容見表5。

表5 現(xiàn)澆混凝土樓蓋的安裝允許偏差（1～6為項(xiàng)目編碼）

對(duì)工程整體進(jìn)行質(zhì)量校驗(yàn)，其結(jié)果見表6。

表6 現(xiàn)澆混凝土樓蓋的安裝質(zhì)量驗(yàn)收

4 結(jié)語(yǔ)

通過上述研究得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)表4 測(cè)點(diǎn)在施加預(yù)應(yīng)力后的位移結(jié)果，樓蓋施工后在測(cè)點(diǎn)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力并未造成測(cè)點(diǎn)較高的位移，所有測(cè)點(diǎn)的橫向與縱向位移均再在1mm 范圍內(nèi)，說明該方法在工程中應(yīng)用，可以起到提高結(jié)構(gòu)荷載能力的效果。

（2）根據(jù)表6 現(xiàn)澆混凝土樓蓋的安裝質(zhì)量驗(yàn)收結(jié)果，多個(gè)安裝項(xiàng)目在完成施工后，其安裝后的實(shí)測(cè)偏差均在允許偏差范圍內(nèi)，說明施工行為規(guī)范，施工結(jié)果符合或滿足工程質(zhì)量驗(yàn)收需求。

綜合上述兩個(gè)方面的結(jié)果，綜合推斷證明本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)可以滿足工程實(shí)際需要。