超长结构预应力设计施工实践
摘要：本文结合河南省水利厅防汛调度中心办公楼工程设计、施工实践对超长结构预应力做一探讨。
关键词：超长 多跨连续 有粘结预应力梁 无粘结预应力板 设计方法 施工工序
1前言
框架－剪力墙结构作为一种结构形式在结构设计中被广泛采用。随着经济建设的发展以及人们对建筑使用功能要求的日益提高，现代框架－剪力墙结构形式的建筑呈现出以下两个特点：（1）结构形体越来越大，结构纵向长度较长；（2）结构跨数多且不设缝，为多跨连续混凝土结构。
由于框架结构形式在抗震性能上存在一些弱点，使得新的抗震规范对该结构形式的设计，特别是对部分预应力混凝土框架结构的设计方法及计算原则要求比较严格，例如：受力主框架梁宜采用有粘结预应力结构;梁端纵向受力钢筋的配筋率不应大于2.5%；梁端混凝土受压区高度和有效高度之比一级不应大于0.25，二三级不应大于0.35等。这些严格的要求和框架结构自身的特点不仅给设计者在结构设计中提出了新的难点，同时也给施工带来了不便。这样如何解决这些问题成为我们急需要做的工作。本文结合河南省水利厅防汛调度中心办公楼工程简要介绍了超长结构预应力设计施工的应用实践，供同类型超长结构参考。
2工程概况
河南省水利厅防汛调度中心办公楼工程位于郑州市纬五路与经四路交叉口西北角河南省水利厅院内，是河南省防汛抗旱指挥中心，建设单位要求使用功能不能中断，抗震设防类别应按乙类确定。地下二层，地上十八层，总建筑面积为2.97万平方米，为现浇框架－剪力墙结构，长度80m（轴线），宽度17m（轴线），其中纵向为有粘结部分预应力混凝土框架梁解决结构承载和超长问题，纵向板中布置无粘结预应力筋只解决结构超长问题。
3 设计思路及设计参数
3.1设计特点及思路
该工程在设计方面具有以下特点：
该结构形式为框架－剪力墙结构，纵向超长。按照混凝土结构设计规范（GB50010-2002）的要求框架－剪力墙结构伸缩缝间距介于框架结构（55m）与剪力墙结构（45m）之间，笔者认为框架－剪力墙结构只要长度超过50米，应按超长结构设计，纵向框架主梁设计成后张拉有粘结预应力梁。考虑到预应力损失、以及施工中预应力后张拉等诸多因素的影响，沿纵向设两个后浇带将结构分成三段，分割后的连续梁纵向长度变短，连续跨度减少，使得预应力损失减少，不仅增加了梁内有效预应力，使预应力筋配筋量减少，同时也解决了施工中间混凝土温度裂缝问题。被后浇带截断的预应力梁在后浇带处进行张拉，后浇带跨梁待后浇带浇筑后再张拉预应力筋，后浇带跨的普通钢筋和预应力钢筋适当加强以满足承载力和变形的要求。
3.2设计计算参数的确定
考虑到该框架结构使用功能要求比较高，设计时要求控制构件混凝土裂缝不开裂，属于二级抗裂控制，若现行规范中短期拉应力限制系数αct≤0.6，长期拉应力限制系数αct≤0.25显然过于严格。根据以往的设计经验并结合该工程的具体情况，设计计算短期拉应力限制系数αct≤1，长期拉应力限制系数αct≤0.85。其它设计参数为：张拉控制应力0.70ptk，预应力度pyA p/ (pyA p+yA s)≤0.7，最大配筋ρ≤2.5%，相对受压区高度比x/h0≤0.25。
3.3预应力筋曲线线型的确定
3.3.1有粘结预应力筋曲线线型的确定
根据波纹管与普通钢筋的关系，张拉端处锚垫板的外观几何尺寸要求确定曲线最高点和最低点位置；根据双向框架梁普通钢筋与预应力筋交叉点的位置关系确定曲线反弯点水平距离为L/9(L为轴线距离)。
3.3.2后浇带处预应力筋曲线成型的曲线的确定
根据取后浇带位置配置有粘结预应力筋产生的平衡荷载值放大30％后的数值反算无粘结预应力筋的矢高及无粘结预应力筋与普通钢筋的关系确定曲线的最高点和最低点位置；反弯点位置取轴线距离的L/9。
3.4 预应力损失
由于后浇带将连续梁纵向长度减小，使各项预应力损失变得不再复杂，具体数值按照规范公式进行计算。
4 预应力施工
4.1 预应力材料
4.1.1 预应力钢绞线
钢绞线的主要技术指标为：钢绞线抗拉强度标准值ptk＝1860Mpa，梁采用高强低松驰有粘结钢绞线Φs15.24, 板采用高强低松驰无粘结钢绞线Φs15.24。
4.1.2 预应力锚具
有粘结钢绞线采用VM型群锚锚具，无粘结钢绞线采用VM型单孔锚具，固定端均采用P型锚具。锚具的锚固性能符合国家标准的“Ⅰ”类锚具的要求，锚具的静荷载锚固效率系数η≥0.95，达到实测极限拉应力时的总应变εapu≥2.0%。
4.1.3 预应力波纹管
采用金属螺旋管内径Φ70mm，接头管内径Φ75mm。
4.2 施工序安排
预应力工程施工是整个工程施工的一个重要组成部分。施工过程随着主体施工情况安排进行。具体做法如下：
⑴ 波纹管铺设
按施工方案确定预应力筋曲线控制点的水平位置及高度，在箍筋上焊接定位筋，在定位筋铺设波纹管并与定位筋绑扎固定。
⑵ 钢绞线的铺设
采用人工前牵引后推送的方法，逐根在波纹管中铺设预应力筋。
⑶张拉端、锚固端安装
张拉端锚垫板、螺旋筋按施工方案的位置固定，保证锚垫板板面同波纹管垂直，螺旋筋紧贴在锚垫板后，锚固端的承压板、钢环、螺旋筋按施工方案的位置固定。
⑷ 灌浆孔、排气孔的安装
在波纹管上开口，用带嘴的塑料弧形压板与海绵垫片覆盖并用铁丝扎牢，再接增强塑料管，并在管中插钢筋，引出梁面300mm。在每跨的支座和跨中部位均设置排气孔。
4.3预应力张拉
4.3.1 张拉控制应力
根据设计要求，预应力张拉控制应力σcon=0.70ptk=0.70×1860=1302 Mpa
4.3.2张拉程序：0→1.03σcon（含3％的超张拉）。
当梁长跨度小于25m时，采用一端张拉，当梁长跨度大于等于25m时，采用两端张拉，张拉程度为：用27T千斤顶预张拉，然后用150T千斤顶张拉，预应力张拉时应均匀缓慢升高油压，逐步张拉至控制应力。预应力张拉程序为：0→0.2张拉力→0.5张拉力→1.03张拉力→持荷2min→张拉力张拉时，可按张拉程序量测各级拉力对应的伸长值。
4.4 预应力灌浆
灌浆材料：水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.4,并掺入0.25%木质素磺酸钙的外加剂，水泥浆应有足够的流动性，灌浆用水应是可饮用水，不含对水泥、预应力筋有害的物质。灌浆应缓慢均匀进行，不得中断，并应排气通顺。
结语
5.1 设计方面
⑴用后浇带将超长有粘结预应力结构进行合理的划分，将其化整为零，减少梁的纵向长度，后浇带用无粘结预应力筋搭接，后浇带中普通钢筋和无粘结预应力筋均适当加强。这种设计思路有效地解决超长预应力结构问题。
⑵采用有粘结和无粘结混合预应力配筋形式，既能满足结构承载力和变形的要求，同时又解决了由于梁截面限制带来的张拉端位置不易保证问题。
5.2 施工方面
（1） 制定合理的施工工序和具体可行的施工方法是工程得以顺利完成重要保证。
（2） 本工程采用多种张拉端处理方式，这些合理有效的方法在满足施工张拉工艺和规范要求前提下，为解决超长有粘结预应力结构的张拉工序提供有益的经验。
