浅谈21米跨先张法预应力拱板屋架高空现浇

1、浅谈21m跨先张法预应力拱板屋架高空现浇陈正益、李明南通华荣建设集团有限公司 226005摘 要：连云港市新海粮食物流中心普安仓储加工区A、B仓房，为21m60m拱板平房仓，21m跨先张法预应力屋面拱板高空现浇关键词：先张法拱型屋面空中张拉1工程概况连云港市新海粮食物流中心普安仓储加工区A、B仓房，新建13幢21m60m拱板平房仓，采用南京粮食科学研究院设计的21m跨钢筋混凝土拱板平房仓示准仓型设计图集。由南京丰源建筑设计有限公司设计。21m跨先张法预应力拱板屋架实际长21720mm（两端各出轴线360mm），宽均为1220mm，其下底板为平板，上顶板为抛物线型弧板，厚度均为40mm，上顶板和

2、下顶板的两侧均为肋梁，上顶板肋梁为70mm120mm，下底板肋梁为70mm150mm。上下板间每隔1750mm用厚度60mm的隔板相连。预应力拱板的配筋为下底板365，分布筋4200mm上顶板86和410，分布筋4200mm。拱板中下弦预应力筋采用800级冷轧带肋钢筋，fptk800N/mm2，预应力张拉控制应力con0.7800560 N/mm2，设计要求下弦预应力钢筋需待砼强度达85后方可放张。拱板砼C35，其余砼C25。拱板上下弦均考虑0.5KN/m2的施工荷载。2总体流水施工每栋拱板平房仓需50榀拱板屋架，13幢共650榀，对于13幢平房仓屋架总体施工方案为：用满堂钢管排架支撑50榀屋

3、架分二批在8m高空制作，先间隔式预制24榀，再预制余26榀。如下图。图1 分批间隔浇筑示意图3高空预制施工技术方法31工艺原理及特点（1）在室内搭设钢管排架，顶撑兼作拱板底模支架，利用标高8m处的圈梁采取加固措施，作为先张法施工的张拉台座，直接在高空现浇拱板。（2）空中现浇工艺无需预制场地，对施工场地无特殊要求。（3）空中现浇工艺施工环节少，减少了吊装环节，无需大型吊机，解决了吊装难题。（4）高空现浇工艺施工工期短。32预制平台的搭设预制平台的搭设在仓库地面砼垫层施工后进行。平台由扣件式钢管脚手排架、可调顶撑、木方以及胶合模板组成。321预制平台的搭设有两个技术关键点（1）由于利用位于标高+7

4、.7m处的钢筋砼圈梁作为先张法的台座，因此，所搭设的平台架既作为拱板的模板支撑又作为圈梁的顶撑架，对排架的要求高，必须考虑周密。（2）拱板的下底板厚度仅为40mm，对所有搭设的排架平整度要求高，台面的水平误差控制在5mm以内。322脚手架排架搭设（1）平台架下部拱板自身荷载不大，钢管排架下、中部的搭设尺寸为：沿横向（21m跨）排架立杆间距为1750mm，两端间距为1000mm。沿纵向（60m跨）排架立杆间距为1200mm，扫地杆离地200mm，步高2000mm。（2）钢管排架顶部搭设尺寸：沿横向排架立杆加密至间距875mm，沿纵向顶撑住砼圈梁的撑管成一排布置，间距200，在两肋处加密1根撑管。

5、（3）质量要求排架顶部钢管端部的调节螺栓应顶紧圈梁，使圈梁成为高空先张法的台座。钢管搭设时，对于水平杆搭接，应先初固定，然后挤紧水平杆，最后再第二次拧紧扣件。屋面圈梁边的纵向水平钢管应使木楞紧靠圈梁，孔隙处用木楔塞紧，且纵向水平钢管与横向水平顶撑钢管用双扣件扣牢，使木楔、纵向水平钢管和横向水平顶撑钢管共同支撑屋面圈梁的水平推力。必须由专业的架子工搭设脚手架排架，持证上岗。排架必须先验收合格后使用。323拱板现浇、屋面圈梁施工采用以下措施（1）固定预应力筋采用厚度为20mm的垂直锚板，下底板处高度为280mm，下底板肋梁处高度为400mm，垂直锚板上钢丝孔径为7mm，垂直锚板背部加10mm厚梯形

6、加劲肋板。（2）为尽早预制拱板屋架，位于标高+7.7m的砼圈梁强度由C25提高到C40（抗压强度不小于40Mpa），并掺JM系列早强剂，掺量为水泥量的1.5%。由于砼圈梁在张拉中受扭，为提高圈梁抗扭能力，原圈梁内8200箍筋加密至8100。圈梁两侧个增加2根12钢筋。（3）为防止圈梁角部砼压碎，外侧上角预埋505角钢。（4）在圈梁外的砼天沟底板上增加锚桩，以固定锚板。（5）间隔1.2m在檐沟和拱板肋部的锚板顶部间设置14钢筋拉杆，以抵消下部钢筋拉杆的拉力，使檐沟免受较大的弯矩。（6）在构造柱标高4.6处埋设钢筋拉钩，在此拉钩和檐沟拉钩之间顺次用14钢筋拉杆连接。（7）在檐沟板底部增设4200的

7、钢筋网。33隔板制作竖向隔板提前在场外预制，场地小时可叠层浇捣，要求模板尺寸准确，砼内实外光，隔离均匀，起模时宜在左右侧先起，轻起轻放，为使隔板与拱板上下弦接触良好，隔板上下端应划毛。根据隔板的受力特点，在隔板上可预留16mm孔，以便插上14mm螺栓固定30mm30mm木条作为底模的支档。331放样根据图纸组织有关人员按1：1放出大样报验，请监理验收。332配料根据放样图，组织人员配料，要求木料干燥。333模板支设要求平直、光滑。334脱模措施（1）模板使用前均采用油性隔离剂涂刷一遍。（2）内模角部采用带尖插角。（3）外模做榫插竹梢。335拆模待其终凝后1-2h，派人拆模。拆模时，应先拆左右侧

8、，后拆上下侧，注意不要损坏角部。34拱板模板制作341配料曲面支模采用九夹板，每榀上弦分24块，下弦分12块，拼装组成，整块拆模，每块分别编号，集中堆放。为加强其刚度和强度，配置40mm80mm木枋作为围楞，四周斜边模板采用25mm厚木板钉在围楞上。其余底板及顶板的侧模用40mm厚的木板制作。支撑均用钢筋扣件，按上弦曲率大样固定出支撑和横楞上钢管扣件位置固定横楞，并将其编号定位。纵向肋用厚40mm高80mm木板按大样制作，搁置于钢管上。端模用胶合板锯出齿槽，插于端部。342放样拱板上弦为二次抛物线，施工前应按曲率1：1实地放出大样，拱板上下弦厚仅为40mm，因此制作尺寸必须满足设计及规范要求，

9、确保上弦抛物线几何尺寸，支撑体系有足够的刚度、强度。 放样参数表(单位：m) 表1位置1234567坐标X00.8751.752.6253.54.3755.25Y0.1500.3350.6420.9191.1671.3851.575位置8910111213坐标X6.1257.07.8758.759.62510.5Y1.7351.8671.9692.0422.0852.1343模板加固（1）因立杆间距为1750mm，正好设置在KB板位置，故采用两KB板中间的上部水平杆上生根，立竖向杆。要求与下部三根水平杆连接，共同传递竖向荷载。（2）立杆在纵向采用钢管和木楔夹紧KB板，防止侧向位移。（3）立杆在

10、横向采用钢管和木楔夹紧KB板，防止竖向位移。（4）每个立杆的顶标高应超过底板标高，用来固定肋梁。344接缝处理由于采用拼接，模板间缝隙采用海绵填实，并贴好胶带纸。下底板同时垫横木，以此防漏浆。345脱模剂选用油性隔离剂，每次制作前均应涂刷一遍。346模板校正模板支设好应该校正垂直度，特别KB板要格外重视。347拆模混凝土强度达到拆模强度后，项目部下达拆模通知单。拆模顺序：先拆帮模，后拆底模。35钢筋准备安装和预应力张拉（1）屋面圈梁混凝土浇筑时需制作两组试块，一组标准养护，一组与圈梁同条件养护。屋面圈梁混凝土达到100%强度后方可张拉预应力筋。（2）拱板使用的预应力筋进场前必须经原材料逐盘抽样

11、检验，合格后方可投入使用。冷轧带肋钢筋要实行使用认证制度，未领取“使用认可书”的冷轧带肋钢筋不得使用。（3）预应力钢丝的张拉采用前卡式液压千斤顶张拉。考虑到所采用的锚具为锥销锚，张拉后应力损失略大，采用超张拉程序为：0-1.03con锚固单根5冷轧带肋钢丝的张力为：Ncon=1.03Asfptk=1.0319.60.780010976N11.305KN每块板张拉完成后，其实际张拉力用“钢丝应力仪”及时测试。（4）非预应力钢筋在模板支好后进行绑扎。必要时拱板两端设砂包，以防止滑丝伤人。（5）预应力钢筋锚具做好锚固性能试验。安排有经验的张拉工进行张拉工作，操作前由施工员作全面的技术、质量、安全操作

12、规程交底，要达到“懂原理，会操作”，对张拉机具定期做好检测、保养工作。（6）预应力钢丝不得有接头，施工中若发现有断筋应调换，重新张拉。（7）张拉完应尽早浇砼。穿筋时台面应垫木横楞，防止脱模油玷污钢丝，砼保护层用15mm厚砼垫块加垫。（定制塑料垫块）36混凝土浇筑经质量验收，隐检合格后方可浇筑混凝土。（1）拱板屋架属薄型构件，浇筑时应采用干硬性砼，砼塌落度控制在1-2cm。水泥采用po32.5级，中粗河砂，碎石粒径控制在5-15cm。（2）用于拌制砼的材料的材料应事先做好检测和设计配合比，砂石采用应力计量，每台班浇筑砼时做试块两组，其中1组提供剪筋放张参考，且该组试块必须为同条件养护。（3）浇筑

13、顺序先下弦板，后上弦板。浇底板和顶板应由两端向跨中对称进行。每榀屋架应一次浇筑完成，不得留设施工缝。用手提式振动机提浆振动，砼表面随捣随抹，多次抹面抹光，直到表面收水硬化。控制砼振捣时间，操作时应提起振动棒，不得强振预应力筋及格模板。上下弦模板交接处用振动器振实后用长柄铁铲抹平。37养护及放张砼浇筑后立即覆盖薄膜加草袋养护，谨防收缩裂缝。冬季施工时，改善施工配合比，对砼进行加热养护，使养护温度保持在15左右，经5-7天同条件养护试块，满足设计强度85%以上方可放张。4计算分析先张法预应力拱板直接以屋面圈梁为张拉支座，在高空预制。预应力筋采用800级5冷轧带肋钢筋，控制应力con=0.7fptk

14、=560N/mm2，考虑张拉程序：0-1.03con，单根预应力筋张拉力为1.0356019.6=11305.28N。一榀拱板共有36根预应力筋，则单榀拱板张拉对圈梁作用3611305.28=406.99N的水平推力及510.42KN的扭矩，使圈梁产生较大的拉应力和水平侧移，特别在圈梁端部和拱板底板肋部作用力大，应力集中，易产生裂缝，另外水平脚手架钢管也要承受较大的轴心力，存在稳定性问题。下面将根据预应力拱板高空预制施工方案，验算屋面圈梁承载力和位移，钢管支撑稳定性及砖墙承载力。41计算模型411计算简图根据结构和荷载的对称性，取山墙至圈梁中心15m长一段圈梁验算，钢管支撑亦取一半跨度（10.

15、5m）计算。计算简图见下图：考虑到墙体平面内刚度远比平面外大，故墙体对圈梁在平面内全约束，在平面外无约束。图2图中荷载：肋部集中力矩：Mx=28856998Nmm底板集中力矩：Mx=566362Nmm肋部集中力：Fy=-124358N底板均布荷载：Wy=-131.895N/mm412计算参数混凝土屋面圈梁C40，弹性模量E3.25104N/mm2,A=227700mm2(包括檐沟)，I3.1911010N/mm4:其它圈造柱混凝土C25，E2.75104N/mm2,A=153186.2mm2 ，I3.0928109N/mm4。钢管支撑按48 3.0计算，E2.1105N/mm2，截面积A=43

16、2.9 mm2，惯性矩I10.78cm4。内力计算结果（1）运用有限元分析软件，得到结构位移图。图3图5图4图7图6（2)屋面圈梁最大位移3.7mm，截面受到的最大剪力Vmax1.91105N，最大扭矩Tmax3.58107Nmm，截面弯曲应力很小，可以忽略。水平支撑钢管最大压应力96N/mm2。42承载力验算421屋面圈梁强度验算由于弯曲应力很小，屋面圈梁可视为剪扭构件验算。3109042007.08 21028.31332 3002Wt（3490-300）1.755107 mm2 6 1.5t1.121取1。 1.911051.75510710.5 3.58107300459受剪承载力：0

17、.007（1.5-1）19.53004591.5310113/100459335161.8NVmax1.91105N受扭承载力： 2109042694590.3511.31.7551071.27.08 1007.564108NTmax=3.58107 N满足要求。4227.700标高砖墙截面承载验算7.700标高砖墙采用普通粘土砖，M7.5砂浆，砌体弯曲抗拉强度设计值ftm=0.31Mpa。取2.4m长砖墙为计算单元。（1）7.700标高砖墙截面荷载圈梁自重轴心竖向力：N1250.490.32.4=8.82KN檐沟自重轴心竖向力：N225(0.720.08+0.070.02)2.4=3054K

18、N弯矩：M2N2(0.36+0.245)=2.1408KNm预应力张拉弯矩：M3=60.546KNm钢筋拉杆轴心竖向力：N4=2722100.923=59.645KN弯矩：M4=N4(0.72+0.245)=57.558KNm总荷载设计值截面弯矩设计值：Md=-1.22.1408+1.4(60.546-57.558)=1.614KNm截面弯矩设计值：Nd1.2（8.823.54）1.457.55895.4132（2）7.700标高砖墙截面最大拉力 1.614245106 95413.2max -0.064N/mm2 20352981010 240049096 N/mm2压杆稳定性承载力：22.110510.78104229.2N/mm296 N/mm2（1.0875）2423.93（2）竖向支撑钢管拱板跨中为荷载最不利位置，此处竖向钢管支撑承受最大的竖向荷载。考虑钢管混凝土自重25KN/m3,施工活载0.5KN/M2荷载计算跨中隔板自重标准值：W120101010（2010-200）（1010-240）602510-6954.6N上弦板自重标准值：W270120（