大跨度现浇后张法预应力桁架式框架结构施工技术

徐云茂 马国珍

1.工程概况

杭州中水博度假酒店是一座园林式建筑，设计有一个30m跨度、50m长度的多功能厅，其屋顶设计为一个大跨度双坡屋面，相应结构设计采用现浇钢筋混凝土桁架式框架结构，下弦离地净高达12m，最初的结构设计没有考虑施加预应力，施工单位担心后期结构的变形和裂缝控制会存在一定的问题，从而影响结构安全，主要在于该桁架结构下弦杆是一个复杂的受力体，既要承受框架弯矩，还要承受弦杆拉力，故在下弦杆设计安装了后张预应力钢绞索，且相应减小了下弦杆截面，降低了恒载，从而使该结构在设计上更趋合理[1]。

2.施工特点

（1）大跨度、大柱距，空间高度高；

（2）构件钢筋密集，特别是在杆件交叉部位；

（3）支撑架、模板施工复杂，主要是桁架腹杆及杆件交叉部位的加腋处，应确保构件的角度和形状；

（4）构件外形复杂，且与桁架连成整体的现浇板为倾斜角度为30°的坡屋面，浇捣砼困难；

（5）后张法有粘结筋和无粘结筋搭配预应力技术要求高。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

桁架施工计划分两阶段走，第一阶段为下弦杆施工（包括下弦杆、上弦杆和框架柱的节点部位），第二阶段为腹杆、上弦杆及次梁、板等构件施工，整个桁架留设一条施工缝。

具体施工流程如下：

专项施工方案编制、论证→施工准备→支撑架搭设→下弦杆、桁架与桁架之间的联系梁模板→下弦杆、联系梁钢筋绑扎（穿插预应力波纹管、钢索安装）→与下弦杆连接的腹杆、上弦杆钢筋预留→浇捣下弦杆、联系梁砼→腹杆、上弦杆、板支撑架、模板→腹杆、上弦杆、板钢筋绑扎→其余砼浇捣→养护砼（砼强度达100%）→预应力张拉→拆支模架

图1 桁架详图

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

3.2.1.1 技术准备

此施工属于大跨度、大荷载支模架，为较大危险源控制部位，施工前必须编制专项施工方案，并进行专家论证。

由于钢筋密集，为更准确对钢筋进行下料、绑扎，技术人员应对钢筋密集的节点利用电脑技术进行详图绘制定位，在满足钢筋设计、规范要求的情况下，留出足够的钢筋间距，使砼浇捣顺利进行。

3.2.1.2 机械材料准备

与砼供应商进行协调，确保有两台泵车及足够的砼运输车到位，进行对称砼浇捣施工。

针对钢筋间距小的问题，要求砼供应商根据现场实际调整砼的级配，确保砼能浇捣到构件的每个部位。

3.2.1.3 现场准备

由于此施工工期较长（桁架为两次支模，两次浇捣砼，需常态养护30天左右才能施工预应力），对承重架的基础必须保证到位。

3.2.2 模板施工

桁架支模与普通梁、板支模有很大的区别，其支模架必须同时考虑下弦杆、腹杆、上弦杆及屋面梁、板这一大批构件的施工，虽然这些构件在施工时并不在同一时间段，但支模架的承载力、施工可行性均必须同时考虑。鉴于此支模架的复杂性、灵活性和经济性，最后决定采用普通扣件式钢管支模架。

此支模架不管是高度、跨度还是施工时的荷载，均超过了国家有关规定，在施工前方案必须进行专家论证后实施。

模板同样采用可以灵活拼装的木模，对于模板、木枋、大小横梁、扣件、钢管立杆等构件均须符合有关规范及在专项施工方案中进行详细的设计计算。主要计算在最不利荷载（包括风荷载）的情况下，上述各构件的强度、变形是否满足规范规定，从而确定支撑架钢管立杆的间距，扣件的承载力，根据计算结果，形成支模架施工图纸。

计算现浇砼的自重时，应计算清楚节点部位加腋的重量，防止按杆件计算而使荷载偏小，导致承重架计算结果不准确，偏于不安全。在计算桁架支模架立杆时，必须把分两次施工的总荷载进行相加后验算钢管的承载力。而直接支撑杆件的模板、大小横杆及扣件应分别进行计算。

在计算支模架时，使用专业支模架计算软件进行设计计算。

3.2.3 钢筋施工

钢筋施工要解决的关键是桁架节点部位的钢筋密集问题，及长钢筋的连接问题。桁架腹杆与上、下弦的交点，特别是中间三根腹杆与下弦杆交汇点及下弦、上弦和框架柱端部连接的部位，各种钢筋纵横交错，留给砼的空间很少，只能通过准确定位，绑扎牢固（防止在浇捣砼时扰动钢筋，使钢筋移位）来解决，确实没把握时可以先在地上用短钢筋做一下试验，检验实际效果，最后才进行实际施工。

3.2.4 砼施工

砼采用泵送商品砼，整个桁架（包括屋面）按上述施工缝（此缝经设计同意）分两次进行浇捣。每次浇捣时安排两台汽车泵，从桁架的两端开始同时对称的进行浇捣。

浇捣钢筋密集部位的时候，砼坍落度控制在150mm～170mm之间，粗骨料粒径在5mm～20mm之间。

有些腹杆及节点位置，支模时必须为全封闭状态，为确保砼进入，事先在模板上选择几个点开孔，用大直径的PVC管接通，浇捣砼时，这些部位的砼就从PVC管进入，振捣棒也从此孔插入进行振捣。

3.2.5 预应力施工

桁架预应力施工是关键工序，此工序的施工成败直接影响桁架是否能正常使用。

桁架预应力设计布置在下弦杆（梁）中，此下弦杆（梁）计算时既考虑了轴向拉力，又考虑了弯矩，比一般的桁架杆件受力要复杂。工程采用了有粘结预应力筋和无粘结预应力筋混合配筋。有粘结预应力筋主要作用是承担内力和抗裂，无粘结预应力筋主要控制杆件（梁）的扰度和裂缝。因此预应力筋在杆件中的布置走向是按梁偏拉构件抛物线形状的[2]。

预应力施工时重点需关注的是钢索和锚具的安放。每根下弦杆中需布置两股有粘结预应力筋及四根无粘结预应力筋，其走向与杆件中的主筋布置位置一样，这样势必会增加钢筋的密集度，使砼施工难上加难。鉴于此种情况，技术人员按比例在计算机上先进行布筋，优化钢筋、预应力索（波纹管）的位置关系，使它们之间的距离最大，能保证砼的浇捣，最后形成专门的布筋图纸。现场实际施工时，要求工人严格按布筋图纸进行布筋，确保预应力索固定牢固，防止在浇捣砼时预应力筋移位，最终影响预应力张拉的效果。锚具放置在桁架的两端，此端部为框架柱、下弦杆、上弦杆及加强腋交汇的地方，钢筋极其密集，锚具处的螺旋箍应先于上、下弦杆的主筋就位，然后在摆放主筋时可以想办法避让螺旋箍和锚具，目的就是确保锚具的施工质量，避免在张拉预应力时把锚具破坏。

（1）每一根（束）预应力筋张拉的具体操作步骤如下：

①有粘结预应力筋清理端部及穴模后安装锚环及夹片。

②安装千斤顶，连接好油路系统。张拉时应做到孔道、锚环与千斤顶三对中，张拉过程应均匀。张拉完毕后，应检查端部和其他部位是否有裂缝。

③张拉到初应力时，首次记录千斤顶伸长值A，然后继续张拉至2倍张拉初应力，再次量测伸长值B，然后张拉至1.03倍的张拉控制应力，第三次量测伸长值C。核算伸长值符合要求后，卸载锚固回程并卸下千斤顶，张拉完毕，并填写张拉记录表。

④张拉时以控制张拉力为主，同时用张拉伸长值作为校核依据。

（2）预应力孔道灌浆

①灌浆材料要求。灌浆水泥采用32.5级以上普通硅酸盐水泥，水泥浆体28天标准强度不低于30MPa。

②灌浆工艺要求。a灌浆工作应缓慢均匀的进行，不得中断，并应排气通顺；b灌浆孔设在张拉端垫板上，水泥浆从一端灌入，灌浆压力控制在0.5MPa～0.6MPa。孔道较长或灌浆管较长时压力宜大些，反之可小些；c灌浆进行到排气管冒出浓浆后，方可堵塞此处的排气孔。

4.结语

现浇大跨度框架预应力桁架结构，比钢结构耐腐耐火，比普通预应力结构节约成本，同时又满足特定的建筑形式（坡屋顶），因此具有较大的经济推广价值。