3.汽研中心停车楼主体结构施工技术研究

1、中国汽车技术研究中心新院区项目停车楼主体结构施工过程控制技术综合报告中建六局建设发展有限公司2012.2.13一、项目简介中国汽车技术研究中心新院区建设项目停车楼工程，位于天津市东丽区经济开发区先锋东路南侧三经路东侧，层数七层，高度22.7米，总建筑面积为28175平方米，钢筋混凝土框架结构，整体形状成双向双螺旋，功能为专用停车楼，其中一层至屋顶结构板设计为预应力混凝土空心板。开工日期为2011年5月4日，竣工日期为2012年3月18日。在停车楼主体结构实施过程中，使用了多种技术措施，比如无粘结预应力技术、现浇混凝土空心板LPM轻质管安装与抗浮技术、双向双螺旋测量放线技术、模板支撑架体搭设技术

2、、混凝土浇筑质量控制措施等。二、项目详细内容2.1立项背景中国汽车技术研究中心新园区建设项目停车楼主体结构的设计采用了双向双螺旋现浇预应力空心板混凝土结构，是国内第一座圆形双向双螺旋砼结构专用停车楼。如何保证按照设计要求顺利完成主体结构外观及质量效果，所以研究停车楼主体结构施工过程控制技术是为停车楼的施工建设起到了不可替代的作用，首先要保证混凝土浇筑质量控制、轻质管设计与安装、预应力设计与排布、主体结构标高及放线控制、模板支撑安装与拆除等方面均有一定的难度，经过一系列的相关工作综合到一起就需要深入研究。2.2总体思路和技术方案2.2.1总体思路针对中国汽车技术研究中心新院区停车楼优良的规划设计

3、，应对本工程规划设计要求严格、建筑结构施工质量要求高，技术含量高，施工难度大等特点。总结以往相关的科学技术方法，翻阅大量有关资料，终于按设计要求保质保量地完成了此工程。计划在圆形双螺旋现浇预应力空心板混凝土结构工程实施过程中，应用多种技术措施和攻克技术难关的同时，也不忘努力创造经济效益、社会效益和环境效益。2.2.2技术方案（1）无粘结预应力技术预应力结构与普通结构相比将有较好的经济性。除了构件断面最小、抗裂性能最佳、具有较好的耐久性能等优点外，无粘结预应力无需像后张法预应力混凝土施工那样，要事先预埋波纹管或钢管预留孔道之后穿筋张拉、锚固，再灌浆。它是将无粘结预应力筋排布至模板内，待浇筑混凝土

4、达到规定强度后，即可张拉、锚固、封端。因而它工序简单、施工方便、工期短，并且不干扰正常的混凝土施工。（2）预应力现浇混凝土空心楼板技术本工程主体结构楼板成环形双螺旋设计，环形螺旋内外分上下车道板（详见下图），所以要求结构空间层高低、跨度大的特点，完成此结构特点便采用了预应力空心板技术，该技术是通过在楼板内部埋置轻质管的内模，达到在增加板的计算高度的情况下，不增加结构的自重，从而最终达到减少钢筋数量，减少混凝土用量，降低工程造价的目的。空心楼板填充材料的主体材料为模具压制成型的自熄阻燃型聚苯泡沫,产品质量轻、使用性能好、造价低、施工方便且不吸收混凝土中的水份、保温性能很好，轻质管上表面有加强层，

5、其强度能满足施工中操作及抗浮的要求。（3）工程定位放线测量及控制本工程根据结构难度特点主体结构楼板成环形双螺旋设计，环形螺旋内外分上下车道板，楼板标高没有相同处，要保证螺旋结构双向坡度准确，必须在测量放线第一环节控制住，所以在定位放线和标高传递这方面，首先利用电子版图纸放样，仔细测算算出各层标高，再将测量过程绘制在电子版图纸上复核生成图形在指导现场施工，编制专项的测量施工方案，并由专职测量人员对主体结构进行持续测量与定位，直至主体结构施工完成。（4）模板支撑架体搭设技术结合圆环形双螺旋上升结构特点，模板架体采用满堂红钢管架搭设方式。结合现场钢管尺寸规格及各种型号，钢管尺寸采用48*3.0。立杆

6、采用2.1m、2.4m碗口式立杆，水平杆采用普通钢管。（5）混凝土浇筑及振捣控制措施主体结构空心板厚度450mm、280mm，混凝土总量约1.6万m，每跨空心板浇筑分两次浇筑。通过优化混凝土配合比，混凝土原材等施工技术，要求混凝土的塌落度不小于150mm，混凝土中粗骨料的最大粒径小于25mm。有效地控制了空心板混凝土的浇筑施工，避免了混凝土裂缝产生。2.3关键技术（1）无粘结预应力技术无粘结预应力技术是利用高强度、高性能材料，通过张拉等一系列工艺，从而使得高性能材料发挥作用，达到减小构件断面，提高构件承载能力，改善构件使用功能及耐久性能的目的。由于预应力钢材的强度是普通钢材强度的45倍，而其价

7、格只为普通钢材的23倍，因此在本工程跨度较大的结构中，预应力结构与普通结构相比将有较好的经济性。除了构件断面最小、抗裂性能最佳、具有较好的耐久性能等优点外无粘结预应力无需像后张法预应力混凝土施工那样，要事先预埋波纹管或钢管预留孔道之后穿筋张拉、锚固，再灌浆。它是将无粘结预应力筋排布至模板内，待浇筑混凝土达到规定强度后，即可张拉、锚固、封端。因而它工序简单、施工方便、工期短，并且不干扰正常的混凝土施工。并且无粘结钢绞线的成型已是成熟生产工艺，所用原材料、锚夹具、张拉机具等产品质量稳定，便于市场采购。（2）预应力现浇混凝土空心楼板技术本工程主体结构楼板成环形双螺旋设计，环形螺旋内外分上下车道板（详

8、见下图），所以要求结构空间层高低、跨度大的特点，完成此结构特点便采用了预应力空心板技术，该技术是通过在楼板内部埋置轻质管的内模，达到在增加板的计算高度的情况下，不增加结构的自重，从而最终达到减少钢筋数量，减少混凝土用量，降低工程造价的目的。预应力空心板结构采用清华大学“一种布置永久性组合模件的空心板”(ZL200710111081.2)；空心板填充所用LPM轻质管是“一种带硬质加强层的轻质发泡材料填充件”(ZL200420077923.9)；轻质管之间的连接采用“一种固定填充管的格栅及其空心楼盖”(ZL200520112551.3)。空心楼板填充材料的主体材料为模具压制成型的自熄阻燃型聚苯泡沫

9、,产品质量轻、使用性能好、造价低、施工方便且不吸收混凝土中的水份、保温性能很好，轻质管上表面有加强层，其强度能满足施工中操作及抗浮的要求。预应力空心板具有更好的抗裂和变形性能。在荷载以及结构形式相同情况下，不改变空心板的布管形式和板厚，可降低510%的钢筋和预应力筋的平米用量，使每平米造价降低935元 ，实现了大开间、低层高设计，具有混凝土用量少、结构自重轻、地震作用力小、结构的隔声、隔热性能好的特点。空心板安装及抗浮措施：根据预应力筋的排布与设计，深化空心板轻质管的安装布置图，采用4钢筋焊接成空心管格栅既保证空心板上下两层的钢筋保护层厚度又可以固定空心管位置，固定后再合理布置抗浮控制点，控制

10、点一般设在肋处，可按矩形布置，每肋都设或者隔一个肋交错设置，保证每1.0平方米范围内不少于两个点。抗浮控制点可定在肋梁中上铁与分布筋相交点，也可以定在箍筋的上部或下部。轻质管的抗浮靠直径3-5mm的铁丝固定。固定抗浮控制点时，先将铁丝一端在模板上从孔中往下穿出，与模板的支撑系统绑牢后将铁丝端头从孔中住上穿回来；当安放好轻质管、绑扎好板上铁及分布筋后，就可将铁丝的两个端头在抗浮控制点处拧紧。轻质管为了安装抗浮控制点，需在肋梁部位的底模上打孔。基于方便操作与及时清理打孔随屑考虑，打孔工作应当在模板上普通钢筋刚放好样，肋梁部位已确定后及时进行。（3）工程定位放线测量及控制本工程根据结构难度特点主体结

11、构楼板成环形双螺旋设计，环形螺旋内外分上下车道板，楼板标高没有相同处，要保证螺旋结构双向坡度准确，必须在测量放线第一环节控制住，所以在定位放线和标高传递这方面，首先利用电子版图纸放样，仔细测算算出各层标高，再将测量过程绘制在电子版图纸上复核生成图形在指导现场施工，编制专项的测量施工方案，并由专职测量人员对主体结构进行持续测量与定位，直至主体结构施工完成。（4）模板支撑架体搭设技术结合圆环形双螺旋上升结构特点，模板架体采用满堂红钢管架搭设方式。结合现场钢管尺寸规格及各种型号，钢管尺寸采用48*3.0。立杆采用2.1m、2.4m碗口式立杆，水平杆采用普通钢管。水平杆长度考虑圆环圆弧长影响，所以考虑

12、水平杆长度在23m。由于架体整体成螺旋状上升，考虑在砼作业时会产生部分水平方向的推力，所以在模板支撑体系整体内加设水平、竖向剪刀撑，在架体周围与框柱做抱箍钢管拉结，确保施工便捷及安全。在架体拆除方面详细计算荷载参数，选取一个柱间的楼板作为一个计算单元，施工平均温度()假设为25.000；预应力张拉时间为混凝土浇筑完成后28天，预应力张拉时间为3天。一层张拉完成时间为一层混凝土浇筑完成31天，一层张拉完成时为二层浇筑16天，按施工温度25度计算二层浇筑完成16天混凝土强度约为80%及C32，假设50%的荷载会通过竖向支撑体系传递给下一层楼板及0.35+0.27*25+0.65=7.75kn/m2

13、。 此荷载值大于楼板设计荷载=2+4=6km/m2，因此一层预应力张拉完成后及一层混凝土浇筑31天后不能拆除一层板底竖向受力支撑。二层张拉时间为二层混凝土浇筑后28天，预应力张拉时间为3天，二层张拉完成时间为而层混凝土浇筑完成31天，二层张拉完成时为三层浇筑16天，按施工温度25度计算三层浇筑完成16天混凝土强度约为80%及C32，假设50%的荷载会通过竖向支撑体系传递给下一层楼板及0.35+0.27*25+0.65=7.75kn/m2，四层混凝土尚未浇筑只有施工荷载1kn/m2三四层的荷载相加为8.75kn/m2。 此荷载值小于一二层楼板设计荷载=2*（2+4）=12km/m2，因此一层二层

14、预应力张拉完成后可以拆除一层板底竖向受力支撑。支撑示意图：为更清晰的了解有上部荷载的情况下预应力的张拉达到的效果，采用有限元分析来模拟张拉时预应力的实际作用效果，计算程序选用ETABS来进行计算，计算模型为一层达到张拉条件进行张拉，上部有7.75 kn/m2的施工荷载，来演算预应力楼板的承载力和变形是否满足设计和规范要求。通过计算证明一层张拉完成二层未张拉时不能拆除一层支撑。楼板应力和变形均不满足要求。计算模型见下图：楼板应力图见下：楼板变形图见下： （5）混凝土浇筑及振捣控制措施完成LPM轻质管的铺放后，保证轻质管抗浮技术措施到位，主体结构空心板厚度450mm、280mm，混凝土总量约1.6

15、万m，每跨空心板浇筑分两次浇筑。如何保证其连续浇筑、控制混凝土坍落度及混凝土粒径大小。通过优化混凝土配合比，混凝土原材等施工技术，要求混凝土的塌落度不小于150mm，混凝土中粗骨料的最大粒径小于25mm。有效的控制空心板混凝土的浇筑施工避免了混凝土裂缝产生。2.4发现、发明及创造点（1）运用先进的管理体系，编制切实可行的施工方案及技术措施，确保工程施工进度、质量及安全高质、高效完成。（2）改进了预应力筋的排布，考虑预应力肋梁宽度小，与设计院协商将预应力筋分两大束排放，减少一侧的张拉端数量。留出混凝土浇筑及振捣的位置，即可以保证预应力筋位置准确不会被浇筑混凝土而受影响，又可以保障空心板下部混凝土

16、浇灌密实。（3）改进了轻质管的抗浮措施，解决了轻质管的上浮问题，避免了混凝土空心板的漏振、板厚不均等质量缺陷，确保工程结构的施工质量及安全。（4）通过优化混凝土原材及配合比等混凝土施工技术，有效的控制混凝土成型外观质量。2.5与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较目前国内大多采用现浇混凝土空心楼盖以及无粘结预应力平板这两种结构方案。而圆形单向板双螺旋无粘结预应力现浇混凝土空心板的结构，将两者有机地结合起来，充分发挥各自的优点。预应力空心板具有更好的抗裂和变形性能。在荷载以及结构形式相同情况下，不改变空心板的布管形式和板厚，从而最终达到减少钢筋数量，减少混凝土用量，提高构件承载能力，改善构件使

17、用功能及耐久性能及降低工程造价的意义。2.6应用、推广及论文应用情况（1）应用为了解决本工程大跨度、大开间的单向板结构的技术难题，特采用了停车楼主体结构施工过程控制技术，本技术利用高强度、高性能的无粘结预应力筋与现浇混凝土空心板组合体，通过张拉等一系列工艺，从而完成本工程主体结构的施工，通过上述技术减少结构的自重，从而最终达到减少钢筋数量，减少混凝土用量，提高构件承载能力，改善构件使用功能及耐久性能及降低工程造价的意义。（2）推广前景1）无粘结预应力技术，预应力筋强度高性能高、构件截面小、工序简单、施工方便、工期短。2）现浇混凝土空心板LPM轻质管安装与抗浮技术、减少结构的自重，减少钢筋数量，

18、减少混凝土用量，实现了大开间、低层高设计，地震作用力小、结构的隔声、隔热性能好的特点。3）双向双螺旋测量放线技术，保证螺旋结构双向坡度准确，完美的完成主体结构形式。4）模板支撑架体搭设技术，依据预应力结构形式，通过模型计算，确定应力最大部位，制定详细的架体支撑与拆除的专项方案，最终顺利完成主体结构施工，保证工程质量与安全。5）混凝土浇筑控制措施通过优化混凝土浇筑及振捣控制技术完成空心板的浇筑，分层振捣保证混凝土结构无蜂窝、漏振等现象产生。三、经济效益和社会效益情况3.1经济效益预应力空心楼盖板施工效益评审中，首先考虑了在大跨度的平板结构中（跨度8m），目前国内大多采用现浇混凝土空心楼盖以及无粘

19、结预应力平板这两种结构方案。这两种结构方案的技术特点如上面所述均有各自的优缺点，当板跨度12m或荷载较大时，我们又可以设计成预应力空心楼盖，将两者有机地结合起来，充分发挥各自的优点。无论是现浇混凝土空心楼盖还是无粘结预应力平板，以及预应力空心板均有成功的先例，从技术层面来讲均能达到我国现行规范的要求，但是它们在经济性方面则有所差别，为此在相同跨度（板跨度为9m9m，柱子断面为600mm600mm），相同荷载(活载为3.5KN/m2)条件下对两种方案的经济性进行了对比，对比情况如下：（1）无粘结预应力混凝土平板结构：混凝土强度等级为C35，板厚为220mm，恒载为6.5 KN/m2。（2）现浇混凝土空心楼盖结构：混凝土强度等级为C35，空心板厚为250mm，折算板厚为175mm，空心管直径为150mm，恒载为5.78 KN/m2。根据上述设计条件，依据现行的规范我们进行了配筋计算，并按照清单指引以及计价表对两种方案进行了经济分析，具体见表1：表1 现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力平板经济比较序号类别材 料单位工程量综合单价合价1空心楼盖方案混凝土250厚C35