先張法預應力拱形屋面預制板在單層散裝儲糧倉頂蓋結構中的應用

摘 要：文章以工程實例，對預應力拱形屋面板的預制、吊裝進行較為系統(tǒng)的描述，預應力拱形屋面預制板在單層散裝儲糧倉頂蓋結構中的可靠應用，顯示出此種方法的可行性，與現(xiàn)澆屋蓋相比具有節(jié)省造價、減輕自重、縮短工期及提高施工安全度的優(yōu)越性。

關鍵詞：先張法；預應力；拱板預制；儲糧倉頂蓋

糧倉設計平面一般采用圓形或矩形，因儲糧的特殊性開間大體量大、層高高跨度大；從耐火性能考慮，大梁或頂蓋不常采用鋼結構，一般設計為現(xiàn)澆預應力鋼筋砼拱板結構。

糧倉現(xiàn)澆大梁或頂蓋時，需搭設滿堂扣件式鋼管腳手架模板支撐系統(tǒng)，耗用大量的周圍材料，施工安全危險性也較大；而且結構現(xiàn)澆作業(yè)工期較長、結構用材多自重大，預應力作業(yè)操作不便、難度大。若進行設計施工優(yōu)化，采用地面預制預應力鋼筋砼拱板，然后吊裝，則以上問題就迎刃而解或是大為改善。

1 實例工程項目概況

某糧食物流中心工程，位于水運交通方便的運河東側。儲糧倉為7棟散裝平房倉，平房倉的長寬尺寸為120m×24m、108m×24m兩種，最大建筑高度10.45m，拱板擱置高度8.01米，總建筑面積2萬多平方米，平房倉的頂蓋設計采用先張預應力拱板原位現(xiàn)澆鋼筋砼結構。鑒于預制比現(xiàn)澆具有諸多的優(yōu)勢考慮，在正式開工前，監(jiān)理單位及施工總承包單位均向建設方提出建議方案，將原位現(xiàn)澆優(yōu)化為地面預制再吊裝；建設單位組織專家評估論證同意了此建議，設計單位核算出圖進行了正式變更。實際屋蓋結構采用預制先張法預應力鋼筋砼拱板然后起吊安裝，預制拱板長24.72m、寬1.19m，共計831塊。

2 先張法預應力鋼筋砼拱板的預制

2.1 工藝原理

先張法預應力施工是先將預應力筋張拉到設計控制應力，用夾具臨時固定在臺座上，然后澆筑混凝土；待混凝土達到設計強度后放張鋼筋，靠預應力筋與混凝土之間的粘結力，在混凝土構件中產生預壓應力。預加壓應力可以抵消荷載作用后在混凝土內產生的部分或全部拉應力，從而提高混凝土構件的抗裂性和剛度。

2.2 場地選擇及砼墊層施工

2.3 預制流程及施工要點

2.3.1 預應力混凝土拱板

預應力鋼筋混凝土拱板，其上弦為拋物線，下弦為水平板，上下弦之間間隔設置預制鋼筋砼撐板。拱板高244cm，跨度24米，預應力鋼筋砼拱板形狀尺寸見圖1。上下弦及上下弦間撐板砼設計強度等級均為C35，上弦主筋采用￠8三級鋼，下弦預應力筋設計為42根（￠=10）CRB800冷軋帶肋鋼筋，強度等級fpy=530N/mm2，fptk=800N/mm2，預應力控制σcon=560N/mm2；構件其他配筋采用冷軋帶肋鋼筋CRB550級，fy=360N/mm2，fstk=550N/mm2。

2.3.2 預制流程

預制拱板工藝流程：施工準備→預制隔板、材料設備檢測、臺座設計施工→臺面涂隔離劑→張拉預應力鋼筋→預應力值檢測→錨筋綁扎、綁扎下弦板鋼筋→安放隔板、支拱模架→安裝模板→安放預埋件、綁扎上弦板鋼筋→砼試塊制作、澆注下弦板砼→澆注上弦板砼→放張砼試塊檢測、預應力筋放張→養(yǎng)護。

2.3.3 施工方法要點

（1）先張法墩式臺座設計施工。

采用先張法預應力墩式臺座，在施工現(xiàn)場生產預制，預制場建在糧庫倉內地面，采用四榀屋面拱板在一條直線上首尾相接一次性張拉預制。需考慮：臺座必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，滿足抗傾覆和抗滑移的要求，易施工操作且經濟適用。

先張法預應力墩式臺座，由傳力墩、臺座板、臺面和鋼梁錨固板等組成，傳力墩、臺座板、臺面共同受力，臺座計算主要包括穩(wěn)定性和強度方面的驗算。根據先張法臺座設計技術指標，抗傾覆安全系數(shù)不小于1.5，抗傾滑移安全系數(shù)不小于1.3。臺座采用C25混凝土，臺面為120厚C20素混凝土，寬1500mm，四榀拱板首尾相連采用整條預應力筋張拉，即臺座長度為4倍拱板長加間隙及操作長度，總長為99.88m。

（2）預應力鋼筋下料安裝。

（3）預應力鋼筋張拉。

預應力鋼筋張拉：在同一條生產線，按對稱的原則從中間向兩側逐根進行張拉錨固。

預應力鋼筋張拉控制采用雙控法，應力控制為主張拉伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在6%以內。

預應力鋼筋張拉采取一次超張拉方式，實際施工中考慮減少預應力損失，如測力儀的誤差、溫度影響、臺座橫梁剛度等，預應力筋張拉控制采用超張拉，應力值控制在不超過設計值的5%，即0→105%σcon（持荷2min錨固）。

（4）預應力鋼筋張拉值檢測。

（5）拱板砼澆筑作業(yè)。模板支設、鋼筋綁扎、砼澆搗與養(yǎng)護等工序嚴格按相關要求進行。

（6）預應力鋼筋放張。

a.放張要求。拱板混凝土強度達到設計要求凝土強度的85%時方可進行預應力鋼筋的放張。先拆除側模，使放張時構件能自由伸縮，否則將損壞模板或使構件開裂。

b.放張順序。應緩慢放張預應力鋼筋，對稱、相互交錯地逐根用鋼筋鉗剪斷預應力鋼筋，以防拱板開裂、翹曲。各拱板預應力鋼筋剪斷順序，宜由放張端開始，逐次切向另一端。

c.鋼筋回縮值檢查。

2.4 張拉施工中易出現(xiàn)的質量問題及處理措施

2.4.1 預應力筋張拉時滑絲、斷絲。預應力筋張拉過程中出現(xiàn)滑絲或斷絲，必須更換重新張拉。由于出現(xiàn)滑絲或斷絲，將影響或改變構件的受力狀態(tài)，要防止預應力筋在張拉時滑絲、斷絲。首先要保證材料（鋼筋和錨夾具）質量合格，其次在張拉過程中嚴格控制張拉力，按規(guī)程操作，操作人員要精力集中、認真觀察壓力表和油泵的工作情況，做到實時監(jiān)控并處置。

2.4.2 臺座傾覆或滑移。預應力臺座構造為傳力墩、臺座板、臺面共同受力，若臺座板與臺面施工不當，板面標高不在同一標高，易出現(xiàn)臺座傾覆或滑移，造成預應力值驟降損失或消失。為了防止造成預應力值損失，在進行第一次預應力張拉施工后，須連續(xù)多次監(jiān)測檢查預應力值，若出現(xiàn)預應力損失、驟降，則需加固臺座。

2.4.3 錨具與油壓表須配套校驗、配套使用，不得過期未標定或隨意組合混搭。

3 預應力拱形屋面預制板的吊裝

3.1 場地配套設施要求

3.1.1 根據工程拱板各參數(shù)采用150T汽車吊，汽車吊自重約70T，場地道路需滿足行駛要求。

3.1.2 吊裝位置附近應設置臨時堆放屋面拱板的場地，場地需平整、壓實，砌筑好安放拱板的支墩，便于屋面拱板的堆放。

3.1.3 拱板堆放時必須給汽車吊留好位置，保證汽車吊能展開工作。根據工作內容和進度要求進行主要施工機械配備，汽車吊1部、直流電焊機（AX-300功率12KVA）2臺、吊裝工具、？準22鋼絲繩。

3.2 吊機選擇及作業(yè)順序考慮

3.2.1 經計算每塊屋面板約10.5T，拱形屋面板安裝高度為8.01m，初步判斷需150T起重機；查閱吊裝手冊，當起重機臂長40m、工作半徑20m時，150噸汽車起重機可吊12噸，故此款噸位汽車吊滿足吊裝需求且比較適合。

3.2.2 每幢單層糧倉的拱板預制在倉內分二批預制，每批預應力拱形板從預制到能放張起吊約需35d，根據施工進度計劃安排，屋面預應力拱板安裝需要在屋面圈梁澆筑完畢后進行，即主體結構施工60d后方可進行屋面拱形板安裝。為此，第一批預制的拱形屋面板在平房糧倉縱向外墻外側就地擱置平放，無需吊運裝車，減少了吊運時間與費用，且避免了運輸過程中的潛在安全性危險。第二批預應力拱形板待放張起吊時，直接起吊安裝就位。

3.2.3 第一批拱板從倉內吊運到倉外的堆置場地，需砌筑好地壟墻并用高標號水泥砂漿找平或在堅實的基土上設墊木，以保證拱板擱置后板底水平度符合要求。

3.2.4 為減少各單體轉運堆放預制拱板所需占用的場地，各單體吊運拱板時在兩端頭均先行安裝8塊屋面拱板，其余屋面拱板等第二批拱板預制完成后一次性吊裝就位。

3.2.5 為保證拱板與外山墻或內山墻圈梁、標高+8.01處屋面圈梁的連結，主體結構施工時，標高+8.01處屋面圈梁在內外山墻位置預留2000mm寬的空檔，待拱板安裝就位后，將拱板上下弦預留筋錨入山墻圈梁模板內澆灌砼；為便于內山墻體施工，屋面拱形板安裝時，在每一內墻兩側各3m范圍內拱形板暫不安裝，等內山砌體、鋼筋、砼施工完畢后再行安裝，以避免內山墻施工吊運材料損壞已安裝的拱形板，并提高作業(yè)的安全性。

3.3 屋面拱板起吊與安裝

3.3.1 拱板運輸安裝前，應按每150榀隨機抽樣一榀進行施加荷載觀察等檢驗。檢驗方法采用荷重塊均布加荷方法。即恒荷全跨均布，活荷全跨或半跨均布，當達到設計荷載的120%（即檢驗時的超載系數(shù)為1.2）時，可終止加荷。觀察：拱板在加荷狀態(tài)下的起拱值與自重下的起拱值變化；加荷狀態(tài)下拱板的撓度、裂縫等變化，設計荷載作用下跨中撓度值為不得大于20mm；在半跨均布荷載作用下，板的裂縫彎曲等變化情況。符合設計及規(guī)范要求再行運輸和吊裝。

3.3.2 起吊和運輸前混凝土須達到設計強度，起吊和運輸時必須保持拱板平穩(wěn)，勿使構件受扭或傾斜，速度應平緩。

3.3.3 拱板中斜拉筋在拱板吊裝、運輸前與節(jié)點處預埋短筋焊牢。焊接前應將上下弦預埋設的鋼筋外露端調直并與斜拉筋的軸線同向。先焊好一端，此時鋼筋在焊接中受熱伸長緊接著焊另一端。不得采用兩端同時焊接斜拉筋。斜拉筋的焊縫長度為Lw>120mm，焊縫高度為hf=6mm。

3.3.4 屋面拱板吊裝采用糧倉外單吊機4索等長法。地面設3人扣綁兩端部及中間吊點鋼絲繩、吊帶；上面設4人，1人指揮、3人解脫兩端及中間吊點處的鋼絲繩、吊帶。

3.3.5 使用4根等長吊索，分別綁扎在拱板兩端的四個吊扣上，在汽車吊的吊鉤處采用多繩單頭掛法。為防止拱板吊裝過程中產生翻倒現(xiàn)象，在拱板上弦中部設一吊帶綁扎點，用吊索與吊帶相連（吊帶捆綁住拱板中間）另一頭掛在吊鉤上，讓此吊索處于拉緊但不受力狀態(tài)，只在拱板出現(xiàn)傾倒時起到牽扯扶正作用。

3.3.6 吊運安裝時設專人指揮，先將拱板緩慢吊起離地面50cm左右，檢查吊索受力情況及拱板的穩(wěn)定性，當滿足要求時再緩慢起吊，通過拱板兩端的纜風繩穩(wěn)定拱板，當拱板起吊高度高出屋面沿溝及外腳手架高度時，由地面人員用纜風繩將拱板拉轉調整方向，吊臂慢慢轉動，由上方人員穩(wěn)住拱板，并通過起重臂的轉動及纜風繩的作用使拱板緩緩就位，將拱板支座處的預埋件與頂層圈梁上的預埋件焊接，每榀拱板的一端為滿焊，另一端為點焊，相鄰拱板的滿點焊端部交叉設置，焊縫高度為hf=5mm。

3.4 板縫處理

吊裝結束后，按設計要求將拱板與圈梁、拱板與拱板間埋件焊接，并在上下弦、板縫中用C20細石膨脹混凝土混凝土密實灌縫，在縫隙上10mm厚灌聚氨脂密封膏，保證倉庫空間的密封性。拱扳縱向每10m左右的一道上下弦板縫采用柔性材料嵌縫代替混凝土灌縫，材料按圖設采用耐火等級B1的聚苯板，以應對溫度因素變形。

4 屋面板預制及吊裝作業(yè)效果分析

根據“原位現(xiàn)澆”改為“預制吊裝”的變更，施工單位調整修改了施工組織設計及主要專項方案，根據“預制吊裝”的工序特點及工期計劃，充分做好緊前工作、對緊后工序作預前準備。2015年5月22日開始澆筑，計劃每天澆筑8塊，831塊拱板于9月10日預制完成，至10月底起吊安裝全部完成，達到預定目標。“預制吊裝”相比原設計的“原位現(xiàn)澆”主要取得如下良好成效。

（1）避免高支模施工、解決了高處預應力先張拉底板臺座設置困難的難題，極大地提高了安全性。

（2）雖然拱板上下弦板較?。ㄓ绕涫菆A弧上弦板），地面預制鋼筋保護層控制較好且很好地保證了鋼筋砼成型質量。

（3）可與主體結構施工平行流水作業(yè)，免去了搭拆腳手、模板的時間，采用機械化吊裝，明顯縮短工期，達2個半月。

（4）不需搭設、拆除滿堂腳手架、高支模，僅需預制用的16套模板且周轉使用，大大節(jié)省了鋼管扣件木方模板的購買或租賃費用，且節(jié)約了較多人工，實際成本經測算比原方案節(jié)省23%，經濟性顯著。