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梁柱中预应力筋的功能及预应力施工要点 丛庆珠 厦门协诚工程建设监理有限公司摘要：拳文初步分析了预应力梁柱中的预应力筋功能，介绍了其相应的构造，并介绍了梁柱预应力施工中的技术要点，关键词：粱柱预应力筋功能施工技术1 工程概况 厦门帝元维多利亚大酒店工程位于厦门市环岛路，依山傍海，总占地面积为90340平方米，总建筑面积为71700平方米；钢筋混凝土框架结构，层数2-9层，七度设防，主要建筑平面见图1。本工程庆典广场共两层，屋面层为跨度30. Om 的预应力梁，层高10.4m(标高-5.05m-5.35m)，且与主体结构间设抗震缝。为提高柱子的抗裂度，同时避免配筋过多，直径过大，影响梁预应力波纹管的埋置及混凝土的振捣，设计采用预应力混凝土柱。柱截面1200mm800mm，配3- 8s15.2有粘结预应力束。预应力混凝土梁截面600mm1800mm，依内力情况分别配14、24、28束预应力筋。2梁柱预应力筋功能简述及构造 大跨度粱的特点主要是裂缝和挠度起控制作用，而对于屋面层结构，抗裂要求应该比普通楼层控制严格，防止其开裂或裂缝宽度过大给屋面抗渗留下隐患。预应力粱通过预应力筋的曲线布置和张拉预应力筋在构件截面上产生与外荷载作用方向相反的等效弯矩，同时建立一定的轴压应力，能够有效提高混凝土的抗裂性能；同时由于预应力等效反向荷载的作用，预应力梁产生反拱，能够提高粱的刚度，有效减小大跨度梁的挠度值。从经济的角度分析，由于预应力筋的曲线布置，同一根预应力筋跨中在梁底承担正弯矩，支座则在梁顶承担负弯矩，因而能够有效、充分发挥其承载功能；目前预应力筋的造价差不多是普通钢筋的四倍，与其单位面积的承载能力比相当，如果跨中和支座的预应力度按0.7考虑，相当于节省了支座70%的普通钢筋造价。从施工的角度，由于支座位置的普通钢筋只有普通梁的30%左右，能够有效避免梁柱节点位置的钢筋拥挤，保证抗震节点核心区的混凝土施工质量。这就是大跨度梁采用预应力的技术和经济优势之根本所在。 在竖向荷载作用下框架顶层边柱的设计弯矩较大，处于大偏心受压状态，对于单跨、大跨度的顶层柱，其设计弯矩更大，因此必然出现柱配筋密集的现象，影响预应力粱张拉端局部承压预埋件的安装。预应力大粱中预应力筋的张拉除了产生与外荷载反向的平衡荷载及有效预压力外，还有由预应力的偏心弯矩引起的梁柱节点弯矩；预应力平衡荷载弯矩使框架柱顶外侧受压，内侧受拉（柱底弯矩与柱顶则相反）这与竖向荷载在框架柱中产生的弯矩符号正好相反，因此是有利的；但是，由偏心弯矩在框架柱上端产生的弯矩恰与外荷载引起的弯矩同向，与预应力等效弯矩相反，这与设计要求相反（两弯矩的选加值即为作用于梁中预应力等效荷载在梁柱节点处的次弯矩值），框架柱在上述几种弯矩及轴力（标准值）的综合作用下，由计算配筋计算的裂缝宽度往往仍然较大，无法满足规范裂缝控制要求，必须增加配筋。尤其需要注意的是，预应力粱支座位置的配筋按普通钢筋的强度换算，往往仍要大于按强度计算的配筋，为了保证规范“强柱弱梁”的设计要求，柱子的配筋也应在强度计算配筋的基础上加大。因此，对于与顶层大跨度单跨预应力梁相连的框架柱，用预应力柱解决其裂缝、承载力以及施工安装的问题，是一种行之有效的办法。 柱预应力筋应采用与合力作用线相吻合的布置形式，力求与荷载产生的弯矩相接近，因此采用二段抛物线的布筋形式，抛物线连接点设在柱反弯点位置，柱的预应力束布置及配筋见图2，固定端采用挤压锚，并伸入下部柱子800mm，该部分同时作为固定端的裸露段。本工程框架梁柱同时采用预应力，由于波纹管在梁柱节点位置相互交叉，张拉灌浆前形成孔洞，势必对节点位置混凝土的局部承压产生较大影响，理论计算复杂，常规情况可根据工程经验在构造上采取必要的措施。具体做法为：预应力梁有二-四根波纹管，张拉端错开，一端最多设置两个；同时采用锚具外露的形式进行张拉，避免局部承压锚具预埋在混凝土中进一步削弱梁柱节点，固定端由于有1m左右裸露段且分散开(见图4)，因此没有影响；为避免柱顸应力筋张拉端部局部承压锚具对节点造成削弱，将框架柱突出屋面150mm，以便埋设预埋件，突出部分配置420和212 50的构造钢筋（见图3）；张拉施工中先张拉灌浆预应力梁，待灌浆达到一定强度后，再张拉灌浆预应力柱。3 预应力施工要点 预应力施工质量控制可简单概括为十六字方针，“定位准确，预埋可靠，张拉有效，灌浆饱满”，分述如下。3.1预应力筋定位安装预应力粱按常规施工，不再赘述。本工程预应力柱高为10.4m，局部中部有夹层，有粘结预应力，钢绞线外还套有波纹管。如果柱筋分两次绑扎，而钢绞线、波纹管必须一次安装，则势必造成上部预应力成品保护困难，因此预应力柱钢筋必须一步绑扎到位，混凝土则可分两次或三次浇注；如果钢筋一次绑扎有困难，则应将脚手架搭设至超过柱高，以便临时固定上部分钢绞线等预应力材料和配件，同时注意采取措施加以保护。预应力柱为两段式抛物线，反弯点在柱净高部位的中点。在普通钢筋笼绑扎成型后，首先在柱的净高中点定出反弯点位置，焊上定位钢筋，然后根据预应力柱的束形大样沿柱高的方向每隔1.3-1.5m焊上定位钢筋，直到平直段位置。应注意，由于预应力筋及波纹管的柔韧性，可能导致其自然下垂，因此绑扎时务必绑紧，最好在部分控制点位置焊上钢筋箍卡位。波纹管底部安装灌浆管，并将灌浆管一直引出楼层500mm。关上柱模后要及时调整预应力束以保证曲线形状，同时注意保护好波纹管，防止固定柱模时穿破波纹管。3. 2端部节点安装由于端部锚垫板、螺旋筋处于柱钢筋较密处，安装比较困难，应事先给出端部安装大样，保证其位置的准确。同时还必须保证垫板与孔道轴线相垂直。在锚垫板安装完成后，应对垫板工作长度外的外露钢绞线采用防水塑料布材料进行包裹，同时对预应力孔道和垫板上的灌浆孔进行封闭，防止其他物质对其损害，对于竖向预应力孔道还应防止雨水进入。3.3预应力筋的张拉考虑到在张拉端节点梁未张拉灌浆前，对柱子有一定削弱，因此需要先张拉并灌浆预应力梁，待预应力梁灌浆强度达到设计要求后，再张拉预应力柱。同时，在预应力柱张拉前，预应力梁的支撑不得拆除。本工程张拉控制应力为075f即1395 N/mm2，考虑到钢绞线高应力状态下强度的离散性，同时本工程大部分预应力均为一跨，损失不会太大，因此不进行超张拉。张拉施工中，采用双控的方法进行质量控制，以张拉力控制为主，测量张拉伸长值作校核。实际伸长值与理论计算伸长值偏差应在6%范围内，超出范围时，应停止张拉，检查原因，采取措施后才能继续张扭。通过张拉伸长值的校核可以综合反映张拉力是否到位，孔道摩擦损失是否偏大，以及预应力束是否有异常等。预应力张拉时应采用变角器、附加锚环等设施调整千斤顶的位置，务必保证孔道、锚具、千斤顶三对中，以免增加孔道损失。如前所述安装时保证了垫板与孔道轴线的垂直，则只要保证张拉时锚环紧贴垫板，没有倾斜，即可保证其三对中。3.4 预应力的灌浆梁的灌浆采用常规做法即可，不再赘述。预应力柱的灌浆应由柱底灌浆孔由下往上灌入，在柱顶泌水孔进行泌水和排气。压浆应缓慢、均匀地进行。压浆时，由灌浆孔灌入，当泌水孔冒出浓浆时关闭阀门保压1-2分钟，同时用自重沉浆法从上部进行二次补浆。4结语