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

        2021-08-06 00:29:32徐佳能陳躍熙黃祿正
        施工技術(shù)(中英文) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:無(wú)梁樓蓋冷庫(kù)樓板

        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(kù)引入預(yù)應(yīng)力無(wú)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(kù)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(wú)梁樓蓋及結(jié)構(gòu)外保溫隔汽技術(shù)的冷庫(kù)。冷庫(kù)預(yù)應(yīng)力無(wú)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(kù)樓板厚300~340mm,其建成效果如圖1所示。

        圖1 銀犁二期冷庫(kù)項(xiàng)目

        1 預(yù)應(yīng)力無(wú)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(kù)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(kù)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(kù)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(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)

        采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的現(xiàn)代超大型冷庫(kù)存在的優(yōu)勢(shì)為:①大幅度增大了冷庫(kù)的有效存儲(chǔ)空間,增加了庫(kù)容量;②由于采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù),可取消傳統(tǒng)冷庫(kù)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(kù)內(nèi)效果

        2 預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 大跨度預(yù)應(yīng)力無(wú)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(kù)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(lái)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(wú)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(kù)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(kù)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(kù)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(wú)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(kù)應(yīng)用的參數(shù)缺失問題。

        3 結(jié)語(yǔ)

        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(kù)庫(kù)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(kù)樓板的混凝土應(yīng)力和裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)問題。

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