崔天霞 栾文彬 周先财1 闫云龙2
（1.江苏新筑预应力工程有限公司南京210027） （ 2.江苏省建筑设计研究院 南京 210029）
摘 要 本文探讨预应力技术在超长工业厂房应用中的一些问题。
关键词 预应力；超长；温度应力；抗裂
随着社会和经济的发展，人们对建筑物使用功能和结构布局的要求日益提高，尤其在标准化厂房中为了满足生产工艺和精度的要求及日后工艺调整的需要，厂房的体量和柱网都做得比较大。因而体量大、柱网大、荷载大成为现代工业厂房的主要特点。这些特点给结构设计带来了很大的困难。如果采用传统的钢筋混凝土结构势必导致结构断面大配筋多，造成浪费，不符合建设节约型社会的理念。基于这些原因预应力技术得以在厂房结构中广泛应用。现结合无锡科尼卡美能达厂房的设计阐述一下预应力在超长工业厂房应用中的优越性。
一、工程概况：该厂房为精密电子厂房，共A、B两栋。平面尺寸为100.00m×100.00m， 柱网为10.0m×10.0m，共3层，层高依次为8.0m，4.8m，6.3m。其中首层在4.1m 高处局部有一夹层。楼面活荷载8.0KN/m2，屋面为上人屋面。要求结构不能设置温度缝，地面须做成环氧地坪（要求结构不能开裂），要求2个月结构封顶。原设计采用普通混凝土梁板结构，为释放混凝土收缩应力纵横设置了3条后浇加强带，后浇带2周后封闭。同时为抵抗温度应力将梁的配筋面积放大了50%。采用预应力后，原结构形式未做改变，取消了后浇带。见结构平面布置图：
二、设计中的难点及原设计中的不足
1.不能设缝 由于使用功能的高要求给设计带来了一定的难度。100m×100m结构要求不设置伸缩缝，两个方向均远远大于规范要求的55m。此时温度应力和混凝土收缩应力不可忽略。原设计中靠增加普通钢筋来抵抗温度应力。众所周知，普通钢筋是靠和混凝土之间的握裹力来传递拉应力的，当混凝土满足规范0.3mm的裂缝要求时，钢筋的应力根据直径的不同在220N/mm2~260 N/mm2之间，远小于其屈服强度360 N/mm2。钢筋强度不能充分利用，造成浪费。另外由于普通钢筋抵抗温度应力及收缩应力为被动受力，抵抗温度应力的钢筋不应全部放在梁中，当梁中满足裂缝满足规范要求时，板中裂缝定超过规范要求。
2.工期短 如按规范要求设置后浇带肯定无法按期交工。原设计考虑了工期的影响后浇带封闭时间较早，混凝土浇筑两周后收缩应力只完成20%左右，释放掉的收缩应力很少，达不到预期的效果。
三、预应力在此工程中的优势
对于温度应力和混凝土收缩产生的应力，通常有两种解决方法，一种是抗一种是放，由于本工程要求不能设置温度缝和后浇带，只能采取抗的方法。抵抗温度应力和收缩应力在结构设计中通常采用配温度钢筋、掺抗拉纤维、掺膨胀剂和施加预应力几种方法。前两者属于被动受力，结构需带裂缝工作；掺膨胀剂对结构养护的条件要求比较高，且由于参量的限制，膨胀剂对应力提高有限；预应力为主动受力，施加预应力可以减小裂缝甚至控制结构不产生裂缝，因此施加预应力无疑是解决超长结构温度应力和收缩应力的最佳手段。
结合土建的施工能力将每层楼面分成四个施工段，预应力钢筋也根据施工段分段施工，施工顺序见平面图。使用MIDS软件进行应力分析。
1.温度应力 本结构在3月中旬开始施工，五月中旬封顶。A栋先施工，半个月后B栋开始施工，两栋同时进行。由于无锡地区3~5月份温差不是很大，且每栋楼的施工时间约在1个半月左右。所以设计时只考虑使用阶段的温度应力，施工阶段的温度应力通过采取其他措施解决。无锡地区五月的平均气温在18度，无锡平均最低温度为-7度。采用全楼降温，降温温差取25℃。
2.混凝土收缩产生的应力。本工程由于工期限制没有设置后浇带，只设置了施工缝。施工分4块，每一块面积为50m×50m。根据文献[4]4-15h混凝土收缩量可达1％左右，这部分主要是失水收缩，此时还属于塑性收缩，即使产生裂缝也属于表面裂缝。15h以后混凝土刚度逐渐形成，之后产生的收缩会受到竖向构件的约束而产生收缩应力。根据当时的温度估计21天左右混凝土强度可以达到设计强度，可以张拉预应力钢筋。这个时候混凝土收缩可以完成最终收缩量的25％左右，那么剩下75％的收缩量所产生的应力要由预应力来抵抗。
 考虑到楼板可能存在事后开洞的问题，楼面预应力钢筋全部放在梁里。屋面由于荷载较楼面小且温度应力比较大，粱板中均布置了预应力。次梁最大间距3.4m，根据文献【3】轴向预应力效应，T形梁在边跨中板预压应力可取扩散角为250，在距离边柱7.3m以外处应力可完全传到板中，7.3×tan25=7.30×0.466=3.4m.应力扩散开始趋于均匀。所以梁中建立的预应力定可以传到板中，只要保证平均压应力达到设计应力即可。为满足抗震规范的要求主梁采用有粘结，次梁采用无粘结，所有预应力钢筋均曲线布置。曲线预应力筋的水平分量抵抗温度应力及收缩应力，垂直分量可以抵抗竖向荷载。本工程由于活荷载较大，即使不考虑温度应力也是抗裂控制配筋，预应力布置成曲线，可以充分满足抗裂要求。这样使预应力钢筋得以充分利用，大大的降低了结构的造价。
二层x方向应力云图
三、预应力张拉。
本工程采用“数层浇筑、顺向张拉”的方案。即在浇筑2层楼面～屋面混凝土后，自下而上（顺向）逐层张拉；同一层内张拉施工顺序是采用四套张拉设备分别从结构的两侧相向推进对拉对补。预应力分段处加腋在板面变角张拉。为控制后期的收缩应力，在混凝土浇注7d左右张拉一部分预应力钢筋，这部分预应力主要是考虑抵抗混凝土浇注7天到预应力钢筋全部张拉之前产生的收缩应力。为了避免“顶层效应”要求上一层施工结束后才可张力下一层全部预应力钢筋，且预应力张拉时混凝土强度达到设计要求的强度。考虑到下一层张拉对上一层的影响，要求上一层混凝土强度不得低于C15。
四、构造做法
俗话说三分设计七分构造，对于这么大体量的工程，设计要求如此高，如果不采取一定的构造措施或者构造措施采取不当，结构无法达到预期效果。从二层的应力云图可知，结构的四个角部及边跨柱子周围应力比较大，另外在梁里配置预应力钢筋，梁端部应力扩散需要一个范围，在张拉端部应力比较集中，所以在结构的四角及边柱处附加了构造钢筋。
另外板中钢筋双层双向均通长布置。
五、其它措施
考虑混凝土浇注15h～7d之内的混凝土收缩应力，施工阶段的温度应力以及施工养护质量无法完全保证等因素，混凝土参了4％的JM-Ⅲ膨胀剂，同时要求蓄水养护。要求结构封顶后立即做屋面保温。
六、经济造价
原设计，主梁400×900，次梁300×700，水平和竖直各设3条后浇加强带。
改为预应力后：主梁450×800，次梁300×600，没有设置后浇带。
下面是以二层楼面为例做的经济比较：
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类别
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材 料
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单位
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工程量
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综合单价
|
合 价
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|
预应力方案
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混凝土
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M3
|
2480.07
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528.40
|
1310465.26
|
|
普通钢筋
|
t
|
446.98
|
4688.61
|
2095723.80
|
|
预应力钢筋
|
t
|
65
|
14000
|
910000.00
|
|
造价合计
|
元
|
|
|
4316189.07
|
|
建筑面积
|
m2
|
|
|
10155.6
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|
单方造价
|
元/m2
|
|
|
425.01
|
|
普通方案
|
混凝土
|
M3
|
2752.55
|
541.44
|
1490336.33
|
|
普通钢筋
|
t
|
706.09
|
4639.76
|
3276097.08
|
|
造价合计
|
元
|
|
|
4766433.41
|
|
建筑面积
|
m2
|
|
|
10155.6
|
|
单方造价
|
元/m2
|
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|
469.34
|
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每平方米节约造价
|
元/m2
|
|
|
44.33
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从以上面表格可以看出，预应力在超长工业厂房中应用可以充分发挥其优势。减小结构断面，减少配筋，节省造价。
结论：预应力技术结合合理的施工顺序和构造措施，能够很好的解决超长结构不设缝的要求。且可以节省造价，缩短工期、满足建筑物的美观和功能要求
参考文献
[1] GB 50010-2002 混凝土结构设计规范
[2] 王铁梦，工程结构裂缝控制。中国建筑工业出版社，1997
[3] 孟少平，吕志涛,现代预应力，
[4] 孟少平，吴京，施海键，框架结构中预应力的传递问题，建筑技术，12期
[5] 冯键，超长混凝土的研究与应用，建筑结构学报，2001.12
[6] 高超，王庆华，李明，结构温度及收缩作用取法合理性分析，工业建筑（增刊），2007.11
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