现场叠层生产预应力钢筋混凝土拱形屋面大板的应用.pdf

第 4 0卷第 7期 2 0 1 3年 7月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h ni q ue De v e l o p me nt Vo 1 ． 40， No ． 7 J u 1 ． 2 0 1 3 现 场 叠层 生产 预 应 力钢 筋 混凝 土 拱 形 屋 面大板 的应 用 于雷 吴禾佳 孙丽 [ 1 ． 长春水务( 集团) 有限责任公 司， 长春 1 3 0 0 1 2 ； 2 ． 中国市政工程 东北设计研究总院 ， 长春 1 3 0 0 2 1 ] [ 摘要] 介绍现场叠层生产预应力 钢筋混凝 土拱形屋面大板 ， 可 现场 叠层 预制生产 、 结构 形式特殊 、 受力 合理 、 适应环 境能力强 、 耐久性 好等特点 、 并 总结 拱形屋面大板结构设计注意事项及在给水排水工程 中的应 用等情况 。 [ 关键词] 屋面结构 ； 拱 形大板 ； 结构耐久性 ； 市政工程 ； 东北地区 [ 中图分类号] T U 3 7 8 ． 5 [ 文献标志码] B [ 文章编号] 1 0 0 1 — 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 7 — 0 0 0 4 — 0 5 东北地区由于冬季气温较低， 一般多在 一1 0 c I =～ 一 4 0 ℃， 在市政给水排水工程 中， 近几年 由于工程规 模逐步加大， 为了防止冬季冰 、 雪、 风的危害 ， 许多围 护结构厂房跨度 、 面积也越来越大。大跨度厂房屋 面结构 形式 的设 计 显 得尤 为重 要 ， 也 是 工 程 设 计 中 的一个难点。常用的钢筋混凝土薄腹梁、 钢屋架 、 网 架 、 管桁架 、 预应力混凝土双 T板、 轻钢结构等结构 形式 ， 各有它的局限性和不足之处。 1 ) 钢筋混凝土薄腹梁及混凝土屋面板结构 ， 需 要工厂预制， 长途运输 ， 现场吊装 ， 临时固定 ， 安装支 撑等工序 。由于施工繁琐 ， 造型不美观， 加之近几年 许多新屋面结构形式 的发展 ， 预制构件生产厂家基 本不生产 ， 在工程上的应用很少采用。 2 ) 预应力混凝土 双 T板 结构是经常采用 的屋 面 型式之 一 。双 T板不 易 长 途 运 输 ， 在 长 途 运输 过 程中普遍存在开裂现象， 特别是运输距离较长时 ， 板 在与混凝土垫木接触的板肋处 ， 斜裂缝普遍存在 ， 而 且这种裂缝是不可恢复的。特别 当施工现场道路状 况 不好 情况 下 ， 开 裂 更 为严 重 。双 T板 不 能 开设 天 窗 。双 T板板 面 已经 比较 薄 ， 而且 配 置 了高 强 度 钢 丝 ， 开设孔洞对于构件是十分不利 的。如果强行将 钢丝剪断 ， 开设孔洞 ， 将极大削弱构件 的刚度 ， 而且 孔洞周边很难得 到加强 ， 这对于运输更为不利。预 应力混凝土双 T板 不能悬挂 吊车。原 因是双 T板 刚度比较弱， 板之 间的联结不强 ， 在 吊车运行 过程 中， 存在屋面震动 ， 板缝极 易开裂 ， 对结构耐久和屋 收稿 日期 ： 2 0 1 3— 0 4—1 5 作者简介 ： 于雷 ( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 吉林长春人 ， 毕业 于吉林 建筑工程 学院 本科学历 ， 高级工程师 ( 建筑工程) 4 面防水不利 。当采用双 T板屋 面时， 只能通过其它 方式解决小吨位悬挂吊车问题 。而且不大于 5 t 的 悬挂吊车在市政给水排水工程 中经常采用 ， 使得采 用双 T板受到一定 限制 。 3 ) 钢结构屋面美 观、 适用 于大跨度屋 面结构、 可现场安装 、 结构 自重较轻 ， 整体性 、 抗震性好 ， 可减 轻基础负担 ， 在水 厂大跨度厂 房设 计 中使 用普遍。 但在东北地 区， 冬季围护结构封闭较为严密 ， 车间内 由于采暖温度升高 ， 使水池 内水面因蒸发 而形成大 量水蒸气 ， 室内相对湿度大于 7 0 ％ 以上。当蒸气上 升遇到表面较冷的钢结构后 ， 会使水汽在构件表面 结露形成一层水模 ， 由于水汽中含有侵蚀性介质 ， 对 钢结构进行常年腐蚀 ， 使得防腐处理尤为重要。钢 结构屋面结构 ， 由于采用 的防腐处理方法多样 ， 质量 难以保证 ， 使得一些钢结构屋面使用年限不长 ， 需要 使用后进行维护 ， 由于钢结 构屋面构件 多 ， 节 点复 杂 ， 表面死角多 ， 维护难度大 ( 甚至需要停产维护 ) ， 维护费用高。在东北地 区许多水厂钢结构屋面由于 维护不及时或没有采取维护措施 ， 存在程度不等腐 蚀 现象 。 近 几年 我 院在东 北地 区几 十项 市 政给水 排 水工 程 中， 采用现场叠层生产预应力钢筋混凝土拱形屋 面大板 ( 以下简称 ： 拱形大板 ) ， 用于厂房屋面 ， 解决 了许多工程实际问题 ， 取得 了较好的效果。 1 拱 形大 板结构 1 ． 1 拱 形大板 ’ 拱形大板是 由黑龙江省建筑设计研究院新技术 研究所经过多年研究和实验， 在大跨度屋 面结构改 革上取得的科研成果 。并获得 国家发明专利。 第 7期 于 雷 ， 等 ： 现场叠层 生产预应力钢筋混凝土拱形屋 面大板 的应 用 第 4 O卷 附加荷载分为 I、 Ⅱ、 Ⅲ级 ： 分别对应 0 ． 5 、 1 ． 0 、 1 ． 5 ( 单位 ： k N ／ m ) 三个荷载等级 。附加荷载是指 吊 顶 、 设备 、 管道荷载等其它屋面附加荷载 。各跨度拱 板 的附加荷载等级见表 4 。当设计 附加荷载超过表 4的范 围时 ， 应 对拱 板进 行单 独设 计 。 表 4附加荷载等级 跨度／ m 9 1 2 l 5 1 8 2 1 2 4 2 7 3 0 单 曲槽型 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅱ I 1 ． 4计 算跨度 和 宽度 拱板长度和宽度一般均为非标尺寸 ， 其具体数 值根据屋面承重构件的布置来确定。承重结构布置 时 可不优 先 考虑拱 板 几何 尺寸 的模 数 。 拱板板端的支撑长度 。见表 5 ； 屋 面荷载 以均 布线荷载的形式作用在 承重构件上 ， 线荷载在承重 构件上的作用位置 b 见图 2～图 3及表 6 。 表 5板端支撑长度 口 跨度／ m 支撑长度／ ra m 9—2 4 2 5 0 2 7～3 0 3 0 O 图 2 板与圆梁连接构造 表 6 荷载作用位置 b 跨度／ m 作用位置／ ra m 9一l 8 1 0 0 2 1 1 5 0 2 4 2 0 0 2 7 —3 0 2 5 0 6 长度 线与板端问的距离 图 3 荷 载作 用位置 1 ． 5模 板 尺 寸 拱板几何尺寸见表 7 。 表 7 单 曲槽型拱板模板 数据 保 温层厚度 1 2 0 m r t l 保温层厚度 1 5 0 mm 跨度／ m { 日 f 日 9 l 8 O 6 0 0 8 7 0 2 1 0 6 0 0 9 1 5 ● l 2 l 8 O 6 0 0 8 7 0 2 1 0 6 0 0 9 1 5 l 5 l 8 O 7 5 0 1 0 2 0 21 0 7 5 0 l 0 6 5 1 8 1 8 O 9 0 0 1 1 7 O 21 0 9 0 0 1 2l 5 2 1 1 9 0 1 0 5 0 1 3 3 5 2 2 0 1 05 0 1 38 0 2 4 2 0 0 1 2 0 0 1 5 0 0 2 3 0 1 2 0 0 1 5 4 5 2 7 2 3 0 1 3 5 0 1 6 9 5 3 0 2 3 0 1 5 0 0 1 8 45 注 ： h一板 端 邵 高 度 一计 算 矢 高 ； H一跨 中 总高 度 ( 单 位 ： in ll1 ) o 1 ． 6 构造 1 ) 拱板与承重构件 ( 连系梁 、 圈梁 ) 的联接 ：拱 板 四个板角设有预埋件 ， 吊装后与连系梁上预埋件 焊接。拱板 上预 埋件 通常采 用 1 2 5 mm1 2 5 mm 角钢。 2 ) 拱板间的联接 ：拱板纵向侧边肋的边梁上设 有预 埋件 ， 吊装 后 焊接 。拱板 顶 板 间浇筑 混凝 土板 ， 并 与 两侧 顶板 内钢 筋连 接 ， 形 成 整体 曲面 。 3 ) 拱板 与山墙、 抗风柱连 接构造 ： 拱 板与 山墙 间浇筑混凝土板 ； 拱板与抗风柱 由弹簧板连接 ， 伸缩 缝处采用板侧预埋角钢 ， 角钢上放置混凝土预制板 进行 连接 。见 图 4 。 4 ) 悬 挂起 重设 备与 板连 接构 造 ：当设有 悬 挂 式 起重设备时( 手动单轨小车、 电动葫芦、 电动梁式悬 挂起 重机等 ) ， 选定具体 型号后 ， 在拱 板设计 时考 虑 。节 点见 图 4 。 5 ) 多跨连 续构造 做法 ： 当落水 管直径 较小 时 ( 小于 4 0 0 mm) ， 中柱一般采用单 柱双梁做 法。即 中柱上端设双 向牛腿 ， 牛腿上设 连系梁 。当落水管 直径较大时 ， 可采用双柱双梁做法。以减小中柱 的 断面 。 6 ) 高低跨做 法 ： 高低跨 时， 中柱 在低跨处 出牛 腿 ， 牛腿 上设 连 系梁 。 7 ) 锚具的封闭处理 ：首先在锚具及承压板表面 涂以防水涂料 ， 进行 防潮封闭处理。然后浇膨胀混 凝土密封 。密封前可在锚具周边混凝土表面涂 以环 氧树脂类粘结剂 ， 以加强与板端混凝土间的粘结。 第 4 O卷 于 雷 ， 等： 现场 叠层 生产预 应力钢 筋混凝土拱形屋面 大板 的应 用 第 7期 图 4连接构造及节点示 意 8 ) 天窗及开洞 ： 天窗及开洞 的直径 ( 或边长 ) 均 不宜大于 1 5 0 0 m m。一般采光天窗采用圆形 ， 直径 1 0 0 0 mm。材料 一般 采用 双层 透 明玻 璃钢 罩 。开洞 做 法 与天 窗相 同 。 9 ) 屋面排水 ： 单跨时既可采用无组织排水也可 采 用有 组 织 排 水 。当 设 有 女 儿 墙 时 采 用 有 组 织 排 水 ， 其做法同一般屋面排水 。连续跨时 ， 当厂房长度 小于 9 6 m时 ， 仍建议采用通过两侧 山墙外排水。当 厂房长度大于 9 6 m时， 采用 内排水 ， 落水管沿柱边 设 置 。 2拱型 大 板技术 特点 2 ． 1 可现 场叠层 预 制生产 、 方便 施 工 、 缩短 工期 通过对拱板角( 端部 ) 和侧肋 ( 腹板 ) 的设计处 理 ， 使得拱板能够茌 现场叠层预制生产。通常 当主 体结构基础施工完毕， 可在主体结构厂房 山墙处或 吊装 方便 位 置平 整 一块 场 地 ， 即 可进 行 拱 板 的 预 制 生产施工 。可直接 在现场布置 台座 ， 一般 占用一块 板的面积可叠层生产 十块拱板 ， 同时保温层及找平 层与拱型大板一次生产。拱板和主体同时施工 ， 当 主体结构梁柱施工完毕后 ， 即可 吊装拱板 ， 拱板安装 就位灌缝完毕后 ， 直接做屋面防水层 ， 完成屋面系统 工程。这种就地叠层预制生产的方法 ， 占地面积小 ， 可节 省大 型构 件 由工 厂 预 制 带 来 的 运输 费 用 ， 解 决 长途 运输 大 型构件 极易 损坏 的难 题 。特别 是保 温层 及找平层与拱型大板一次在地面施 工完成 ， 避免高 空施工作业带来 的不便 ， 简化 了工序 ， 节省工期 ， 降 低工程造价。经过多年实践和摸索， 现已形 成了比 较完善 的制作 生产工艺。在专业技术人 员 的指导 下 ， 一般的土建施工队伍即可实施该项技术 。 2 ． 2 受力合理、 节省材料、 有利于抗震 拱型大板改革了传统的板架分离的屋面结构形 式 ， 兼有屋架、 屋面板的双重功能 。拱型大板整体性 好 ， 受力合理 ， 充分发挥混凝土和钢筋的力学性能 。 拱型大板拱高低、 整体性好 、 刚度 大 ， 可省去平 面结 构常用的许多支撑和 系杆等支撑 连接构件 ， 从 而大 量节省原材 料。屋面板安 装后屋面体 系为板状整 体 ， 抗震性能好 ， 更有利于抗震。 2 ． 3设计 灵 活、 规 格 多样 、 方 面布 置 拱形大板 由于为现场制作模 台生产 ， 无模数 限 制 ， 板跨度和长度可根据工程实际情况灵活设计 、 调 整 、 布置 。板 面开 设 天 窗 有 利 于采 光 。市政 给 水 排 水工程许多厂房跨度不需要 3 m模数 ， 长度不需要 6 m模数即可满足使用要求 。比如 ： 工艺要求某一 给水厂净化间平面轴线尺寸为 1 6 ． 8 m 3 4 ． 3 m， 结 构设计按单厂工业标准化厂房进行设计 ， 必须 由小 变大设计成跨度 1 8 m长度 3 6 m的标准模数建筑 ， 以便采用标准化构件 。这样往往造成建筑面积和土 地使用的浪费。采用拱型大板不受工业建筑模数的 限制 ， 可以满足工艺要求任意适合的建筑尺寸要求 ， 而且屋 面 开设天 窗 的结构 做法 要 比常规 采用 天 窗架 作 法简 易 、 经济 、 方便 施工 。 2 ． 4有 利 于防腐 、 环 境适 应性 强 拱 型 大板 采 用 高 强度 预 应力 钢绞 线 ， 高 强 度 等 级混凝土， 整个构件裂缝控制要 比一般 的现浇混凝 土结构更严格 ， 而且可 以采用现在 日益成熟的混凝 土防腐技术进行防腐设计 ， 使其适应环境的能力更 强。比如： 在拱型大板混凝土内掺加外加剂、 钢筋阻 锈迹 、 硅粉等材料 ， 对板分之间采取有效防护措施 ， 可以满足二类 b以上使用环境。采用拱型大板要比 采用钢结构屋面更 能提高结构的耐久性 ， 节省防腐 费用及运行使用后期的维护费用 。 3拱型 大板应 用 注意 事项 拱形大板是由黑龙江省建筑设计研究院新技术 研究所获得国家发 明专利技术 ， 设计单位可与其签 订技术委托保证合 同等协议合作的方式进行。由黑 ( 下转 第 1 6页) 7 第 7期 宗廷博 ， 等 ： 高层建筑悬挑脚手架转 角部位挑 梁布置与设计 第 4 0卷 拟选用 61 9 q b 1 6的钢丝绳 ， 依据《 一般用途钢 丝绳 》( G B ／ T 2 0 1 1 8—2 0 0 6 ) ， 其 公称 抗拉 强 度 为 1 5 7 0 MP a ， 破 断拉 力 总 和 经 查 力 学 性 能 表 为 F = 1 4 2 k N， 其换算系数 。= 0 ． 8 5， 钢丝绳法定安全系数 [ K]=1 0 。 则钢丝绳允许拉力 ： [ F ]=a F 。 ／ [ K]=0 ． 8 5 1 4 2 ／ 1 0=1 2 ． 0 7 k N>T= 7 ． 5 6 k N， 满足要求。 钢丝绳采用型 M 2 0花篮螺丝作为连接 和预拉 紧装 置 ， 钢丝 绳夹 不得 少 于 3组 ， 间距 为 6—8倍 的 钢 丝绳 直径 。 4 结语 目前， 随着高层建筑的快速发展 ， 施工过程中安 全 事故 的发 生不 断增 加 ， 很 多 现 场 施 工技 术 人 员 在 做施工方案时 没有完 全依据 相应 的规范 进行 ， 而 是为 了方便起见 ， 仅凭 自己的经验行事 ， 没有进 行 相关 的设计 计算 ， 从 而很 多情况下 并不 能满 足安 全操作 的要求 ， 导致 了事 故 的发生 。本 文主 要介 绍了悬挑脚 手架转 角处 的挑梁 布置及 设计 ， 希望 能给施工技 术人员 做参 考 ， 尽量减 少施 工现 场安 全事故 的发生。 参 考文献 [ 1 ] 于存海 ， 贾立 明． 工字 钢悬挑 外脚 手架 的施 工应用 [ J ] ． 建 筑技 术 ， 2 0 0 1 ( 3 ) [ 2 ] 韩宝林 ， 程军波 ， 叶放 ． 悬挑脚手 架搭设 安全施 工技术 [ J ] ． 山西 建 筑， 2 0 0 9 ( 1 2 ) [ 3 ] 朱伟泉 ， 李一波 ， 蒲梦江．悬挑脚手架 在高层建筑 上部结 构施工 中的应用 [ J ] ． 建筑施工 ， 2 0 0 7 ( 6 ) [ 4 ] 贾文彬 ， 牛文 刚， 张林． 悬挑外脚手架设计与施工 [ J ] ． 施工技术 ， 2 0 0 7 ( 7 ) [ 5] 胡 兆文 ， 王宝雨 ， 唐 志勃． 悬挑 脚手架 特殊部 位挑梁 设计 与施工 [ J ] ． 施工技术 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ( 上 接 第 7页 ) 龙江省建筑设计研究院新技术研究所负责拱型大板 的施工图设计 ， 负责 现场技术指导施 工单位进行施 工， 并提供预应力张拉技术服务 。并 由其院承担相 应技术及经济责任。而且该项技术是唯一的。 这也给设计、 应用、 推广带来一定问题 。经过多 年在东北地区工程上 的应用 ， 我们认为并 建议设计 如若采用拱型大板技术应注意以下一些问题 ： 1 ) 应用前应主动介绍给业主 ， 说 明拱型大板特 特点及使用情况 ， 因为拱型大板专利技术唯一 ， 没有 其 它产 品 的多样 和 可 比性 ， 应征 得 业 主 同意 后 方 可 采用 。 2 ) 应在可研 、 初设 阶段进行结构方案 比选时确 定 ； 并配合概算人员确定各项费用 ； 包括拱形大板技 术指导、 施工锚具、 张拉等费用 。可避免施工图设计 及 同施工单位配合时发生不必要的麻烦 。 3 ) 在施 工 图设计 前 应 同 拱 型大 板 设 计 方 ， 即黑 龙江省建筑设计研究院新技术研究所商定设计及实 施方 案 ， 达成统 一后 ， 方 可采 用 。 4 ) 建筑物跨度小， 建筑面积小时( 小于 1 0 0 0 m ) 不建议采用拱型屋面大板 ， 原因是不经济 ， 主要是模板 费、 吊装费用核算到平面价格偏大。 5 ) 拱板 的跨 度在 同一个工程 中应尽 量合并统 一 ，单体之间( 跨度相差不大时) 、 同一单体跨度之 间合并 统 一； 可 以充分 利用模 板 ， 节省 造价 ， 方便 施工 。 6 ) 吊装要求 ， 虽然前面介绍 了拱型大板的诸多 1 6 优点 ， 但也有其不完善之处 ， 那就是拱型大板 的自重 比较大。单块板 的重量见表 8 。 表 8单块板 的重量 板跨／ m 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 4 单块板重／ t 8 ． 5 l 1 ． 6 1 4 ． 6 1 7 ． 6 2 2 ． 3 2 9 施工 时 吊装 就位 需 要 较 大 的 吊装 起 重设 备 ， 拱 板吊装宜采用汽车起重机或履带起重机。当跨度小 于 1 5 m时可使用单 台吊车 ， 当跨度大 于 1 5 m时宜 使用两台吊车， 起 吊点设 在拱板 的两端进行 吊装 。 每块板 吊装时首先必须从一端先起模 ， 释放板问吸 力。对当地是否有能力进行 吊装要事先进行调查确 定 ， 对场地要进行事先调查 ， 分析确定拱板施工场地 及 吊车吊装行走路线及方案 ， 做到方案可行 ， 技术能 力有保证。 4 结 束语 由于拱型大板具有 ： 板架合一、 叠层生产、 设计 灵活 、 节省材料、 节省工期、 质量可靠 、 工艺简单 、 操 作简便、 易于保证质量 ， 施工条件要求低等优点 。比 较适合在市政工程应用 ， 适合 于东北地区的环境要 求 ， 在全 国各地应用覆盖建筑 面积 已达 1 0 0万平方 米以上。该技术在应用过 程 中得到 了使用单位好 评 ， 创造了较好 的社会效益和经济效益。 参考 文献 [ 1 ] 拱形大板设计选用手册 ， 黑龙江省建筑设计研究院 ， 2 0 0 6 [ 2 ] 阎则新． 寒冷地区给水土建工程设计 ， 特种结构 ， 1 9 8 8 ( 1 )