超長結構預應力設計施工實踐
摘要：本文結合河南省水利廳防汛調(diào)度中心辦公樓工程設計、施工實踐對超長結構預應力做一探討。
關鍵詞：超長 多跨連續(xù) 有粘結預應力梁 無粘結預應力板 設計方法 施工工序
1前言
框架－剪力墻結構作為一種結構形式在結構設計中被廣泛采用。隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展以及人們對建筑使用功能要求的日益提高，現(xiàn)代框架－剪力墻結構形式的建筑呈現(xiàn)出以下兩個特點：（1）結構形體越來越大，結構縱向長度較長；（2）結構跨數(shù)多且不設縫，為多跨連續(xù)混凝土結構。
由于框架結構形式在抗震性能上存在一些弱點，使得新的抗震規(guī)范對該結構形式的設計，特別是對部分預應力混凝土框架結構的設計方法及計算原則要求比較嚴格，例如：受力主框架梁宜采用有粘結預應力結構;梁端縱向受力鋼筋的配筋率不應大于2.5%；梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比一級不應大于0.25，二三級不應大于0.35等。這些嚴格的要求和框架結構自身的特點不僅給設計者在結構設計中提出了新的難點，同時也給施工帶來了不便。這樣如何解決這些問題成為我們急需要做的工作。本文結合河南省水利廳防汛調(diào)度中心辦公樓工程簡要介紹了超長結構預應力設計施工的應用實踐，供同類型超長結構參考。
2工程概況
河南省水利廳防汛調(diào)度中心辦公樓工程位于鄭州市緯五路與經(jīng)四路交叉口西北角河南省水利廳院內(nèi)，是河南省防汛抗旱指揮中心，建設單位要求使用功能不能中斷，抗震設防類別應按乙類確定。地下二層，地上十八層，總建筑面積為2.97萬平方米，為現(xiàn)澆框架－剪力墻結構，長度80m（軸線），寬度17m（軸線），其中縱向為有粘結部分預應力混凝土框架梁解決結構承載和超長問題，縱向板中布置無粘結預應力筋只解決結構超長問題。
3 設計思路及設計參數(shù)
3.1設計特點及思路
該工程在設計方面具有以下特點：
該結構形式為框架－剪力墻結構，縱向超長。按照混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）的要求框架－剪力墻結構伸縮縫間距介于框架結構（55m）與剪力墻結構（45m）之間，筆者認為框架－剪力墻結構只要長度超過50米，應按超長結構設計，縱向框架主梁設計成后張拉有粘結預應力梁�？紤]到預應力損失、以及施工中預應力后張拉等諸多因素的影響，沿縱向設兩個后澆帶將結構分成三段，分割后的連續(xù)梁縱向長度變短，連續(xù)跨度減少，使得預應力損失減少，不僅增加了梁內(nèi)有效預應力，使預應力筋配筋量減少，同時也解決了施工中間混凝土溫度裂縫問題。被后澆帶截斷的預應力梁在后澆帶處進行張拉，后澆帶跨梁待后澆帶澆筑后再張拉預應力筋，后澆帶跨的普通鋼筋和預應力鋼筋適當加強以滿足承載力和變形的要求。
3.2設計計算參數(shù)的確定
考慮到該框架結構使用功能要求比較高，設計時要求控制構件混凝土裂縫不開裂，屬于二級抗裂控制，若現(xiàn)行規(guī)范中短期拉應力限制系數(shù)αct≤0.6，長期拉應力限制系數(shù)αct≤0.25顯然過于嚴格。根據(jù)以往的設計經(jīng)驗并結合該工程的具體情況，設計計算短期拉應力限制系數(shù)αct≤1，長期拉應力限制系數(shù)αct≤0.85。其它設計參數(shù)為：張拉控制應力0.70ptk，預應力度pyA p/ (pyA p+yA s)≤0.7，最大配筋ρ≤2.5%，相對受壓區(qū)高度比x/h0≤0.25。
3.3預應力筋曲線線型的確定
3.3.1有粘結預應力筋曲線線型的確定
根據(jù)波紋管與普通鋼筋的關系，張拉端處錨墊板的外觀幾何尺寸要求確定曲線最高點和最低點位置；根據(jù)雙向框架梁普通鋼筋與預應力筋交叉點的位置關系確定曲線反彎點水平距離為L/9(L為軸線距離)。
3.3.2后澆帶處預應力筋曲線成型的曲線的確定
根據(jù)取后澆帶位置配置有粘結預應力筋產(chǎn)生的平衡荷載值放大30％后的數(shù)值反算無粘結預應力筋的矢高及無粘結預應力筋與普通鋼筋的關系確定曲線的最高點和最低點位置；反彎點位置取軸線距離的L/9。
3.4 預應力損失
由于后澆帶將連續(xù)梁縱向長度減小，使各項預應力損失變得不再復雜，具體數(shù)值按照規(guī)范公式進行計算。
4 預應力施工
4.1 預應力材料
4.1.1 預應力鋼絞線
鋼絞線的主要技術指標為：鋼絞線抗拉強度標準值ptk＝1860Mpa，梁采用高強低松馳有粘結鋼絞線Φs15.24, 板采用高強低松馳無粘結鋼絞線Φs15.24。
4.1.2 預應力錨具
有粘結鋼絞線采用VM型群錨錨具，無粘結鋼絞線采用VM型單孔錨具，固定端均采用P型錨具。錨具的錨固性能符合國家標準的“Ⅰ”類錨具的要求，錨具的靜荷載錨固效率系數(shù)η≥0.95，達到實測極限拉應力時的總應變εapu≥2.0%。
4.1.3 預應力波紋管
采用金屬螺旋管內(nèi)徑Φ70mm，接頭管內(nèi)徑Φ75mm。
4.2 施工序安排
預應力工程施工是整個工程施工的一個重要組成部分。施工過程隨著主體施工情況安排進行。具體做法如下：
�、� 波紋管鋪設
按施工方案確定預應力筋曲線控制點的水平位置及高度，在箍筋上焊接定位筋，在定位筋鋪設波紋管并與定位筋綁扎固定。
�、� 鋼絞線的鋪設
采用人工前牽引后推送的方法，逐根在波紋管中鋪設預應力筋。
�、菑埨�、錨固端安裝
張拉端錨墊板、螺旋筋按施工方案的位置固定，保證錨墊板板面同波紋管垂直，螺旋筋緊貼在錨墊板后，錨固端的承壓板、鋼環(huán)、螺旋筋按施工方案的位置固定。
⑷ 灌漿孔、排氣孔的安裝
在波紋管上開口，用帶嘴的塑料弧形壓板與海綿墊片覆蓋并用鐵絲扎牢，再接增強塑料管，并在管中插鋼筋，引出梁面300mm。在每跨的支座和跨中部位均設置排氣孔。
4.3預應力張拉
4.3.1 張拉控制應力
根據(jù)設計要求，預應力張拉控制應力σcon=0.70ptk=0.70×1860=1302 Mpa
4.3.2張拉程序：0→1.03σcon（含3％的超張拉）。
當梁長跨度小于25m時，采用一端張拉，當梁長跨度大于等于25m時，采用兩端張拉，張拉程度為：用27T千斤頂預張拉，然后用150T千斤頂張拉，預應力張拉時應均勻緩慢升高油壓，逐步張拉至控制應力。預應力張拉程序為：0→0.2張拉力→0.5張拉力→1.03張拉力→持荷2min→張拉力張拉時，可按張拉程序量測各級拉力對應的伸長值。
4.4 預應力灌漿
灌漿材料：水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.4,并摻入0.25%木質(zhì)素磺酸鈣的外加劑，水泥漿應有足夠的流動性，灌漿用水應是可飲用水，不含對水泥、預應力筋有害的物質(zhì)。灌漿應緩慢均勻進行，不得中斷，并應排氣通順。
結語
5.1 設計方面
�、庞煤鬂矌⒊L有粘結預應力結構進行合理的劃分，將其化整為零，減少梁的縱向長度，后澆帶用無粘結預應力筋搭接，后澆帶中普通鋼筋和無粘結預應力筋均適當加強。這種設計思路有效地解決超長預應力結構問題。
�、撇捎糜姓辰Y和無粘結混合預應力配筋形式，既能滿足結構承載力和變形的要求，同時又解決了由于梁截面限制帶來的張拉端位置不易保證問題。
5.2 施工方面
（1） 制定合理的施工工序和具體可行的施工方法是工程得以順利完成重要保證。
（2） 本工程采用多種張拉端處理方式，這些合理有效的方法在滿足施工張拉工藝和規(guī)范要求前提下，為解決超長有粘結預應力結構的張拉工序提供有益的經(jīng)驗。
