高建筑中无粘结预应力钢筋混凝土悬挑梁的应用

黄延庭

【摘要】本文以湖南某高层建筑预应力悬挑梁结构为例，介绍了无粘结预应力钢筋混凝土悬挑梁结构施工的设计要点、施工流程和施工中预应力的计算与控制，解决了悬挑梁结构施工中存在的各种问题。

【关键词】混凝土；悬挑梁；预应力；张拉；工艺流程

1、工程概况

湖南某高层建筑项目位于长沙市区繁华路段，建筑面积18364㎡，由2栋塔楼组成，裙楼通过钢结构连廊连成一体，1号塔楼地上26层，结构主体高度94.5m，计入出屋面结构时，总高度98.7m； 2号塔楼地上19层，结构主体高度63.6m，计入出屋面结构时，总高度65.1m。地下室二层，地下建筑面积为4232 m2，为全现浇的框架结构。

该建筑原设计中有1Фj15、3Фj15、4Фj15、5Фj15、7Фj15、8Фj15、9Фj15等多种规格束，且梁的截面小、梁中分布的束道多，施工时对梁的受力偏心不易控制，需配备三种千斤顶、二种油泵、六种工作锚，施工相对复杂。

由于该项目地理位置的特殊性，为了体现黄金地段的黄金效益，要在有限的层高范围内保证净空高度，改善建筑物的使用功能。经过建设单位、设计单位、施工单位等共同协商所，修改为梁的预应力筋对称布局分束处理，采用1Фi15、3Фi15、4Фi15、5Фi15四种规格束，施工时只需二种千斤顶，一种油泵，三种工作锚，施工相对简便，并且取得了很好的实施效果。

2、设计特点

根据建筑功能结构布局的特点，在结构设计中对3600mm[（F）～（G）轴]的悬挑结构采用了低松弛高强钢铰线无粘结预应力结构体系。主体工程的主梁采用部分预应力筋，板按常规设计方式处理。梁中预应力筋均为抛物线型配置。悬挑结构中悬挑梁长度为3.6m，相对较长，且悬臂端又有外墙荷载作用，为满足450mm高的主梁抗裂设计要求，采用在悬臂梁中加预应力筋，以运用梁中预应力筋矢高大，预应力筋效果显著的特点。合理的预应力结构设计并非使用受弯构件中受拉区混凝土的拉应力完全为零或出现压应力，而是充分利用混凝土能够承担部分拉应力的潜能，使其处于既受拉又不开裂的状态。

3、施工组织与工艺流程

3.1工艺流程施工工艺流程见图1。

3.2施工准备

（1）施工队伍的组织根据该建筑的平面结构布局特点，每楼层的预应力施工面积为65㎡[（F）～（G）、（1）～（3）轴]，张拉梁从二至十一楼层分别为：二层8根，三至五层各为8根，六至九层各为7根，十层7根，十一层9根，共计76根，张拉预应力束115束。根据施工进度的要求，该分项工程施工人员6名，其中技术人员2名，技术工人3名，电工1名。

（2）技术准备

根据整体结构工程要求，编制预应力施工组织计划，并根据预应力束的安装、张拉等技术要求分别对模板、钢筋及混凝土各工种提出相应要求，进行技术交底，保证预应力与非预应力施工相互密切配合，如对于模板要求在张拉端确保喇叭口的平整，且口内应用报纸或其它软质材料塞实，以保证口内不流入混凝土浆和钢铰线束的中心居中。对钢筋的安装、绑扎应配合预应力筋束的安装进行，其张拉端的加强筋不可遗漏。混凝土浇筑时，振捣棒的插入应保证钢丝束的位置基本不变，不可任意触碰钢丝束，振捣混凝土在保证钢丝束位置的同时，还应保证各部位的振捣密实，特别是锚固端、张拉端的混凝土更应重视。

（3）预应力钢铰线材料、设备的选购及制作

无粘结预应力筋：设计采用强度为1860MPa，Ф15.0mm低松驰钢铰线。本工程选购上海某公司产，符合JG161-2004《钢铰线、钢丝束无粘结预应力筋》标准的Ф15.24mm钢铰线。

锚具：选用QM型锚具，固定端为装有异型钢丝衬套的QMJ挤压式锚具，为广西柳州某公司产，质量符合GB/T14370-2010《预应力筋锚具、夹具、联接器》标准要求。

设备的选用：固定端挤压锚的制作专用设备--GYJ-45型挤压机。张拉设备选用YDC240Q千斤顶、YCW100型前卡式千斤顶各一台，最大张拉力分别240kN和980kN，行程为150mm。配套油压泵为ZB4-500型电动高压油泵一台，投入使用前送相关质量部门进行组合校正。

按设计要求准备施工所需的附属材料，如端部的螺旋筋、定位筋等。

（4）设备材料进场验收

钢铰线：从钢铰线中抽样3根，在国家建筑质量检测中心100kN试验机上进行试验，检测结果符合JG161-2004的各项规定。

锚具：符合GB/T14370-2010《预应力筋锚具、夹具、联接器》规定要求。该工程使用锚具115套，没有发生一起滑丝或其它质量问题。

3.3预应力梁施工工艺

无粘结预应力筋骨束的制作：材料进场后，根据每层梁钢筋下料表下料，并作标记，然后現场进行固定端锚头挤压制作。

（1）下料长度计算

根据设计图束长并考虑锚具及千斤顶一端张拉夹持必须长度，本工程均采用一端张拉，L=l+l1+l2（本工程L=9560cm）

式中：

l—构件内束长（包括固定端锚具高度）；

l1—工作锚具高度；

l2—穿心式前卡千斤顶夹持必须长度（本工程中取70cm）。

（2）根据下料表，每层分别下料。用砂轮切割机切断，施工时注意切面与束垂直，防止散头，只有这样才能保证挤压锚的制作质量。将下好的束贴上编号，每两根一盘。注意运输与吊运时应防止破损，如有破损应及时修补。

（3）预应力筋的铺设

安装张拉端：①铺束前按设计图位置画好钢丝束铺放的位置，并在张拉端封头模板上画线钻孔；②安装张拉端穴模、垫板，并固定。此时应特别注意喇叭口的固定。

铺设固定钢筋（马凳），以确保钢丝束矢高位置，并用铁丝绑扎牢固。图2为钢筋铺设示意图。

放预应力筋：①根据梁结构特点，铺放预应力筋时从固定端穿入，从张拉端穿出。②用铁丝固定预应力筋、螺旋筋、固定端，注意固定端的位置极为重要，在固定时应有确保措施，如焊接加固等。③铺放过程中的注意事项：预应力束曲线、矢高走向必须以设计图为依据，管线、非预应力筋的布置，应服从预应力筋的需要；在气、电焊时应注意预应力筋的保护，采取防护措施；钢丝束应垂直张拉端垫板，应有不小于30cm的直线端，以保证张拉顺利；铺钢丝束时应保证钢丝束在同一平面上。

（4）隐蔽的工程验收

当预应力与非预应力筋都铺放固定完成后，应汇同建设方、监理及质检等有关单位按设计图纸进行全面检查验收，合格汇签后方能进行下道工序的施工。

（5）浇筑混凝土

经检验合格后，进行混凝土的浇筑。同时应注意：①应有专人守护，发现问题要及时做好修复工作；②垫板、固定端处混凝土不得有孔洞；③振捣时振捣棒不得直接触碰垫板和预应力筋，防止损坏和移位。

4、预应力的张拉

预应力张拉为双控，即伸长值和张拉力控制。

4.1张拉应力控制

本工程采用商品混凝土，当混凝土强度达到设计强度的75%时，进行张拉工作。

4.3张拉

（1）张拉前清理穴槽，剥去垫板外的钢丝束塑料皮，同时也应对工作锚进行上蜡，以便后续施工的顺利。

（2）先安装锚具、夹片，再安装千斤顶，并连接油路。

（3）先加荷到10%NCON，作为记录起点，然后直接缓慢加荷到张拉控制力1.03σCON（相当表压数），再测量活塞的伸长量，做好记录。锚固预应力，计算伸长值并与理论计算值进行比较，此工程张拉115根，伸长值的误差在设计值的-5%～+10%之间，符合要求。

（4）张拉时应注意以下问题

①张拉前梁底模不可拆除。

②张拉时速度不宜过快，这样有利于锚具位置的调整和应力的传递。因为钢丝是多丝束成根，安装时可能会发生位置不一定居中现象，在张拉时要作适当的调整。

③张拉操作以控制张拉力为主，张拉时应时刻注意压力表读数和伸长量的测定。发现有一方面达到理论计算控制值就应停止张拉，并比较两者是否基本同步，不同步时则应分析出原因再进行下道工序的施工。

④张拉时在千斤顶的前方不可以站人，以确保施工安全。

5、张拉端封堵处理

（1）张拉完毕后，用手工切割掉超長的钢铰线，一般锚具外留70mm左右，不可采用电焊、气割等方式处理。

（2）浇混凝土前应彻底清理锚具、钢铰线上的油渣，以确保混凝土与钢筋的粘结。

（3）采用干硬性混凝土，混凝土的强度等级比原混凝土强度等级提高一级浇筑处理。

结 语

无粘结预应力钢筋混凝土悬挑梁施工具有施工简便、速度快、工序少、成本低等特点。而且能在有限的层高范围内保证净空高度，改善建筑物的使用功能。因此，该施工方法值得大力推广应用。

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