高层建筑预应力混凝土超长结构的设计.doc
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1、高层建筑预应力混凝土超长结构的设计摘要:介绍有粘结预应力混凝土技术在高层建筑超长结构中的具体设计方法;同时论述预应力设计对指导施工及保证工程质量的必要性与重要性。关键词:高层建筑;超长结构;预应力结构;设计1前言预应力结构设计技术的发展,为现代高层建筑向更高、体型更复杂,结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上,上部楼层布置住宅、旅馆,中部楼层作为办公用房,下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。2工程概况本工程位于益阳市赫山区,建筑面积31000m2,地上21层,地下一层
2、,总高度为83m。其中一层为大型商场,二层为餐厅,三层为娱乐场所,四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构,裙楼为超长结构,结构平面布置随建筑变化而逐层变化,图1为四层的结构平面图,楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。3结构方案设计混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力,当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时,构件即开裂。对此,现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为4555m。本结构纵向长度近159.6m,远超过上述规定,而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝,必须采用从基础到顶层增加双
3、梁双柱来实现,这除了增加施工难度和成本之外,还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题,通过对结构施加预应力,在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。预应力除了可有效控制裂缝的作用之外,其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm,次梁梁高可由600mm降为450mm,16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm1100mm。这样在保持净层高不变的
4、情况下,每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案,使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层,从而取得显著的经济效果。为此,在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点,确定了以下主要设计原则:3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高,结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋;考虑到规范要求,采取有粘结预应力,跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。3.2根据文献2,混凝土中有效预应力大于0.7Mpa,则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力,已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。3.3后浇带位置要合理,避免布置在侧向刚度很大的构件周围,以免影响两
5、侧板带的自由收缩。3.4由于结构复杂,预应力筋数量和形式多样,设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。4预应力计算4.1设计重点a)46轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构,其中六楼为空中花园,七、八楼中空,到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋,并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高,而且后浇带的设置使地下一层至六层的AC轴和EF轴以及九、十层AF轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。b
6、)如图1所示,十层和十一层1720/CG轴之间是一个悬挑大网架,面积为25.2m×33.6m,矢高为一个楼层高度,通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力,十一层G点支座向外拉力最大,为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力,在预埋件上钻直径20mm的孔,采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干,基本走梁中直线,张拉控制应力为0.6fptk。c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂,特别是
7、广告牌支座在风荷载作用下,每个支座最不利弯矩为250kN·m,支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m,对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置,荷载值很大。针对以上所述的设计重点难点,预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合,均采取了相应有效合理的设计措施。4.2预应力计算标准材料强度等级:混凝土C40,局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线,张拉控制应力均为0.75fptk。本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状
8、态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准(见表1)。所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋,其受压区高度均小于0.35h0,纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3,符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算,均未开裂。5构造设计5.1后浇带设置如图1所示,三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段,有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长,初期发展较快,两周可完成全部收缩的1/4,一个月约可完成1/2,三个月完成6080。在后浇带浇筑之前,超长板可视为一种能接近于自由变形的构件,
9、后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌,考虑竖向结构(柱和墙)的约束影响,可认为此时收缩变形已完成50。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能,采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。预应力对于EF轴段结构从第三层就到17轴为止,则该区段1516轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度,从第六层开始把该后浇带取消,预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带,以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带,以防止46轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。5.2锚具设
10、计由于荷载和结构形式复杂,预应力梁内的预应力数量种类很多,根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。5.3张拉槽、后浇带构造设计由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术,而要实现变角张拉的操作,梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑,必将带来如截筋而无法补强等施工问题,最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理,以保证施工质量。在梁后浇带处或梁面张拉槽处,先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋,对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面
11、张拉槽处张拉端的详细构造设计(见图2和图3)。5.4张拉顺序设计根据本工程的结构设计特点,张拉各个区域分开进行,先张拉次梁,后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁(特别是与次梁垂直的主梁),有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁,而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下:a)先沿着一个方向张拉纵向次梁,再返回张拉纵向主梁;b)沿一个方向张拉横向主、次梁;c)横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多,必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋,在两边短跨梁内建立起预压力,再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。6结语经各方共同努力,本工程施工进展顺利,经观察没有发现结构裂缝,质量优良
12、。工程实践表明:6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。6.2在高层中,施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下,采用预应力方案可以增加建筑物层数,从而取得显著的经济效益。6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定,对同一幢建筑中的不同构件,同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序,这有利于指导施工各方配合,保证施工进度和工程质量。参考文献:1混凝土结构设计规范.GB50010-2002.2美国混凝土协会规范.AC1318.3陶学康.后张预应力
13、混凝土设计手册.北京:中国建筑工业出版社.4徐焱,苏文元.超长结构中预应力的应用.新世纪预应力技术创新学术交流会论文集.5CECS180:2005建筑工程预应力施工规程.12原文已完。下文为附加文档,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢!施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时,我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺,特制定本施工组织设计。一、 工程概况:西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区,橡胶厂对面。本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发,银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级,屋面防水
14、等级三级,地震防烈度为8度,设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75 m2。室内地坪0.00以绝对标高1110.5 m为准,总长27#楼47.28m;30#楼47.28 m。总宽27#楼14.26m;30#楼14.26 m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m,呈长方形布置,东西向,三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面,外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200300瓷砖,高到顶外,其余均水泥砂桨罩面,刮二遍腻子;楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200200防滑地砖,楼梯间50厚细石砼1:1水泥砂浆压光外
15、,其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门,卧室门、卫生间门采用木门,进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗,开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅,外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构,共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础,上砌MU30毛石基础,砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖;五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使用主要材料:钢材:I级钢,II级钢;砼:基础垫层C10,基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30,其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管,热熔连接;排水管采用UPVC硬聚氯
16、乙烯管,粘接;给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外,其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV2.5铜芯线,插座电源等采用BV4铜芯线;除客厅为吸顶灯外,其余均采用座灯。二、 施工部署及进度计划1、工期安排本工程合同计划开工日期:2004年8月21日,竣工日期:2005年7月10日,合同工期315天。计划2004年9月15日前完成基础工程,2004年12月30日完成主体结构工程,2005年6月20日完成装修工种,安装工程穿插进行,于2005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图1(施工进度计划)。2、施工顺序基础工程工程定位线(验线)挖坑钎探(验
17、坑)砂砾垫层的施工基础砼垫层刷环保沥青 基础放线(预检)砼条形基础刷环保沥青 毛石基础的砌筑构造柱砼地圈梁地沟回填工。结构工程结构定位放线(预检)构造柱钢筋绑扎、定位(隐检)砖墙砌筑(50cm线找平、预检)柱梁、顶板支模(预检)梁板钢筋绑扎(隐检、开盘申请)砼浇筑下一层结构定位放线重复上述施工工序直至顶。内装修工程门窗框安装室内墙面抹灰楼地面门窗安装、油漆五金安装、内部清理通水通电、竣工。外装修工程外装修工程遵循先上后下原则,屋面工程(包括烟道、透气孔、压顶、找平层)结束后,进行大面积装饰,塑钢门窗在装修中逐步插入。三、 施工准备1、 现场道路本工程北靠北京西路,南临规划道路,交通较为方便。场
18、内道路采用级配砂石铺垫,压路机压。2、 机械准备设2台搅拌机,2台水泵。现场设钢筋切断机1台,调直机1台,电焊机2台,1台对焊机。现场设木工锯,木工刨各1台。回填期间设打夯机2台。现场设塔吊2台。3、施工用电施工用电已由建设单位引入现场;根据工程特点,设总配电箱1个,塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个;电源均采用三相五线制;各分支均采用钢管埋地;各种机械均设置接零、接地保护。具体配电箱位置详见总施工平面图。3、 施工用水施工用水采用深井水自来水,并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管,每层留一出水口;给水管不置蓄水池内,由潜水泵进
19、行送水。4、 生活用水生活用水采用自来水。5、 劳动力安排结构期间:瓦工40人;钢筋工15人;木工15人;放线工2人;材料1人;机工4人;电工2人;水暖工2人;架子工8人;电焊工2人;壮工20人。装修期间抹灰工60人;木工4人;油工8人;电工6人;水暖工10人。四、主要施工方法1、施工测量放线施工测量基本要求A、西夏建材城生活区17#、30#住宅楼定位依据:西夏建材城生活区工程总体规划图,北京路、规划道路永久性定位B、根据工程特点及建筑工程施工测量规程DBI012195,4、3、2条,此工程设置精度等级为二级,测角中误差12,边长相对误差1/15000。C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进
20、度,明确对工程服务,对工程进度负责的工作目的。工程定位A、根据工程特点,平面布置和定位原则,设置一横一纵两条主控线即27#楼:(A)轴线和(1)轴线;30#楼:(A)轴线和(1)轴线。根据主轴线设置两条次轴线即27#楼:(H)轴线和(27)轴线;30#楼:(H)轴线和(27)轴线。 B、主、次控轴线定位时均布置引桩,引桩采用木桩,后砌一水泥砂浆砖墩;并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上,施测完成后报建设单位、监理单位确认后另以妥善保护。C、控轴线沿结构逐层弹在墙上,用以控制楼层定位。D、水准点:建设单位给定准点,建筑物0.00相当于绝对标高1110.500m。基础测量A、在开挖前,基坑根据
21、平面布置,轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度,作为拉小线的依据;根据结构要求,条基外侧1100mm为砂砾垫层边,考虑放坡,撒上白灰线,进行开挖。B、在垫层上进行基础定位放线前,以建筑物平面控制线为准,校测建筑物轴线控制桩无误后,再用经纬仪以正倒镜挑直法直接投测各轴线。C、标高由水准点引测至坑底。结构施工测量A、首层放线验收后,主控轴一引至外墙立面上,作为以上务层主轴线竖身高以测的基准。B、施工层放线时,应在结构平面上校投测轴线,闭合后再测设细部尺寸和边线。C、标高竖向传递设置3个标高点,以其平均点引测水平线折平时,尽量将水准仪安置在测点范围内中心位置,进行测设。2、基坑开挖本工种设计地基换工,夯
22、填砂砾垫层1100mm;根据此特点,采用机械大开挖,留200mm厚进行挖工、铲平。开挖时,根据现场实际土质,按规范要求1:0.33放坡,反铲挖掘机挖土。开挖出的土,根据现场实际情况,尽量留足需用的好土,多余土方挖出,避免二次搬运。人工开挖时,由技术员抄平好水平控制小木桩,用方铲铲平。挖掘机挖土应该从上而下施工,禁止采用挖空底脚的操作方法。机械挖土,先发出信号,挖土的时候,挖掘机操作范围内,不许进行其他工作,装土的时候,任何人都不能停留在装土车上。3、砌筑工程材料砖:MU15多孔砖,毛石基础采用MU30毛石。砂浆:0.00以下采用M10水泥砂浆,一、二、三、四层采用M10混合砂浆,五层以上采用M
23、7.5混合砂浆。砌筑要求A、开工前由工长对所管辖班组下发技术交底。B、砌筑前应提前浇水湿润砖块,水率保持在1015。C、砌筑采用满铺满挤“三一砌筑法“,要求灰浆饱满,灰缝812mm。D、外墙转角处应同时砌筑,内外墙交接处必须留斜槎,槎子长度不小于墙体高度的2/3,槎子必须平直、通顺。E、隔墙与墙不同时砌筑又不留成斜槎时可于墙中引出阳槎或在墙的灰缝中预埋拉结筋,每道不少于2根。F、接槎时必须将表面清理干净,浇水湿润,填实砂浆,保持灰缝平直。G、砖墙按图纸要求每50mm设置26钢筋与构造柱拉结,具体要求见结构总说明。H、施工时需留置临时洞口,其侧边离交接处的墙面不少于500mm,顶部设边梁。4、钢
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