高層無粘結后張預應力混凝土連續板全剪力墻結構工程實例

武漢市工商銀行單洞路高層住宅工程是由營業性用房和商住樓組成的綜合性大樓，總建筑面積26638m2，平面尺寸45.0m×36.9m，共計25層，含地下室l層。該工程主體結構為全現澆框架剪力墻結構，五層以下為營業性用房，框架結構，五層以上為商住樓，全剪力墻結構，設計層高2.8m。為使標準層商住樓層高降低，從而降低整個建筑物的總高度，增加實際有效使用面積，使建筑平面布置靈活，6~23層樓板設計為無粘結后張預應力混凝土雙向平板。

第1章

結構設計

第1節

設計參數

該工程標準層以上為商品住宅，但考慮到大空間需進行隔斷。根據估算，設計標準活荷載為l.5kN/m2+3.0kN/m2=4.5kN/m2。另考慮施工階段及張拉階段的荷載為:二層樓板結構自重及一層腳手架、模板自重之和再加施工活荷載2.0kN/m2。

樓板混凝土采用C30，板厚選用150mm，剪力墻厚200mm。無粘結束選用7φs5鋼絲束，?ptk=l500MPa。

第2節

連續板的劃分

為盡量減少對剪力墻造成的削弱，提高結構抗震能力，便于對無粘結束張拉與錨具封堵，將原結構標準層樓板劃分為6大塊計3種形式的無粘結預應力平板，見圖4-2-1。

第3節

連續板控制內力

為確定各連續板塊內各個斷面的內力和無粘結預應力平板的設計彎矩，首先對平板在全部使用荷載作用下以及施工、張拉階段的全部使用荷載作用下的內力進行電算分析。電算程序采用PMCAD，并利用雙向平板在荷載作用下的各種簡化計算方法(如等代框架法等)，用手算進行對比分析，最后確定出各連續板塊內的控制截面內力。

第4節

無粘結預應力配筋

根據初步確定的板厚150mm，設計取無粘結束的張拉控制應力σm=0.7

?ptk=0.7×1500MPa=1050MPa。選擇連續板塊內各個不同方向的絕對值最大彎矩處作為該方向的控制內力，按照等效平衡荷載法，考慮適當的預應力度，按一般無裂縫構件的要求，即:

短期荷載作用下:σsc一σpc≤σctγ?tk

（4-2-1）

長期荷載作用下:

σlc－σpc≤0

(4-2-2)

其中:σsc、σlc、σpc—分別為荷載短期、長期效應組合下及扣除全部預應力損失后，抗裂驗算邊緣混凝土法向應力或預壓應力;

αct—為混凝土拉應力限制系數，本工程取0.5;

γ—受拉區混凝土塑性影響系數;

?tk—混凝土的抗拉強度標準值。

求出雙向板工x、y方向的等效平衡荷載qex、qey，進而配出預應力筋量。驗算全截面混凝土的平均預壓應力σpcx、σpcy，保證混凝土的平均預壓應力不小于1.0MPa，也不大于3.5MPa，最后確定各連續板塊內各個方向無粘結筋的配筋量。采用此法設計該工程預應力度λ一般在0.70~0.80之間，是較適中的預應力度。

4-2-1-5確定無粘結筋形狀

為發揮預應力筋抵抗外荷載的最大作用，必須確定一個合理的預應力筋形狀。綜合本工程平板在外荷載作用下的彎矩分布以及無粘結筋垂度等因素，該工程采用帶反彎點的曲線配筋，其基本形狀如圖4-2-2所示。

第5節

非預應力筋量

無粘結預應力平板非預應力鋼筋的配筋量根據力的平衡原理經下式計算:

(4-2-3)

板中最小非預應力鋼筋量:Asmin=0.15%bh

(4-2-4)

比較式(4-2-3)、(4-2-4)，所求得的As值，取其中較大者作為平板非預應力鋼筋的配筋量。該工程一般非預應力鋼筋配筋為Φ8@200，置于支座及跨中處。

第6節

其他校核及驗算

錨固區域局部承壓的驗算是無粘結預應力混凝土平板設計中的一個主要環節。該工程經計算在鋪固區內設有100mm×100mm×20mm承壓板，及Φ6鋼筋形成的鋼筋網片，以傳遞張拉對混凝土產生的預壓應力，并確保混凝土局部強度滿足規范要求。局部承壓計算公式及設計方法采用《混凝土結構設計規范》(GBJ10一89)中相關公式及構造規定。此外，還對張拉階段平板的反拱值及全部使用荷載作用下短期和長期效應組合下平板的撓度值、最大裂縫寬度進行了全面驗算。經對極限狀態下的驗算，在扣除全部預應力損失后，該工程樓板支座最大裂縫寬度Wmax=0.05mm，遠小于規范限定值;反拱最大值?反≈4nm；長期荷載作用下最大撓度值?max=8mm，均滿足現行規范要求。

第2章

施工中若干問題的處理

第1節

無粘結筋端部錨具區的處理

該工程最長的無粘結束束長為19.1m，根據規范規定可采用一端張拉。為此，該工程選擇外墻邊作為張拉端，并在距離樓板下約80cm處用竹挑板通過外腳手架形成逐層封閉，以便張拉時操作。該工程外墻剪力墻即為大樓的外墻面，錨具必須埋入該鋼筋混凝土墻內，以免影響外觀，見圖4-2-3。

澆搗混凝土前，先在剪力墻上每根無粘結筋處預留大小為100mm×100mm×85mm的洞口，并將鋼承壓板預先定位于鋼筋混凝土剪力墻樓板暗梁主筋之上。澆搗完混凝土拆除側模，張拉無粘結筋到位后，切除多余的外露部分，僅留200mm長，散彎打拆后，用環氧樹脂砂漿封閉在預留的洞內。

第2節

無粘結筋的鋪放及定位

該工程樓板內無粘結筋為雙向曲線配置。鋪放前，先編出鋪放程序，對每個縱橫無粘結筋交叉點相應的兩個標高進行比較，若一個方向的某根筋各點標高都分別低于相交的各筋相應點標高時，則此筋就先鋪放，標高較高者次之，以避免兩個方向的無粘結筋相互穿插鋪放。

無粘結筋的定位則是采用預設鐵馬凳，一般每隔2m設1馬凳。跨中或中間剪力墻處可不設馬凳，而是直接綁扎在底筋或面筋上。無粘結筋反彎點處必須設馬凳，以控制其在板內的高度。無粘結筋的垂直偏差在板內為士5mm，水平偏差為±30mm，目測橫平豎直。

第3節

無粘結筋的張拉

張拉前應對機具、設備和儀表進行校核。張拉設備也應配套校核，將無粘結筋的張拉噸位標定為油泵油壓表的油壓讀數，并應符合《混凝土結構工程施工及驗收規范》(GB50204—92)的有關規定。

張拉設備采用QYC—230前卡式千斤頂、ZB4/49型油泵，錨具為3片斜夾式和兩片直夾式。

張拉前先清除干凈承壓板外露面，剝去外露部分無粘結筋的包裹層，并用汽油清洗掉鋼絞線上的防腐油脂，然后安裝錨環和夾片，用套筒仔細、平整地固定好錨環和夾片。當樓板混凝土抗壓強度達到設計值的75%后，即可開始張拉。

該工程采用2臺張拉設備從樓板中部向兩端對稱張拉。每根無粘結筋張拉控制力為144kN。以控制力為主，控制伸長率為輔。張拉伸長值的校核為計算伸長值的+10%~－5%范圍內。

該工程最大張拉力為控制力的l03%。最長無粘結筋束為19.1m，最短束長則僅為15.0m，為使樓板內能均勻地建立預應力值，對較長的無粘結筋采用超張拉，以減少預應力值的損失，保證預應力值的傳遞。

第3章

技術經濟效果

高層無粘結后張部分預應力混凝土連續平板全剪力墻結構系武漢地區首次應用。其設計計算分析概念明確，計算簡單，結構構造合理，施工簡便。可總結出以下優點。

第1節

增加建筑使用功能

增加了室內凈高，層高2.8m，而凈高達2.65m，室內的視覺效果有所改善。各種管線也可暢通無阻，并節約了管線。

輕質隔墻可靈活設置，以滿足不同用戶的要求;大空間增加了室內有效使用面積。

樓板抗裂性高、剛度大、變形小，增強了建筑物的橫向剛度，有利于抵抗地震作用的影響。

降低了建筑物的總高度，在限定的高度下，相當于增加了層數和建筑面積。與普通鋼筋混凝土結構相比，相當于多蓋了兩層樓，增加建筑面積2400

m2，僅此一項經濟效益可達百萬元。

由于樓板下全部為平板，使模板的安裝和拆除大為簡便，不僅節約用工，還可減少模板損耗。施加預應力后模板即可拆除，縮短了施工周期。該工程標準層平面每層建筑面積約1200m2，施工時平均6d完成1層，大大加快了施工進度。與普通鋼筋混凝土結構相比，可節約鋼材用量。據初步估算，該工程節約鋼材達305t，直接經濟效益僅此一項可達127萬元以上。結構自重可減少約6%，同等條件下，可減輕地震作用，增強基礎及底部框架結構的安全儲備。