徐佳能，陳躍熙，陳 勝，黃祿正

(1.中國華西企業(yè)股份有限公司，四川 成都 610081； 2.四川華西集團有限公司，四川 成都 610081)

0 引言

現(xiàn)代超大型高層冷庫引入預應力無梁樓蓋結構技術，成功實現(xiàn)了“有效提升倉容、方便機械化作業(yè)、降低綜合成本”等多項目標。

銀犁農產(chǎn)品冷鏈物流中心項目二期冷庫工程為國內首座首次自主研發(fā)、獨立完成大跨度預應力無梁樓蓋及結構外保溫隔汽技術的冷庫。冷庫預應力無梁樓蓋采用后張法有粘結預應力，單層平面結構尺寸為98.2m×47.8m，軸網(wǎng)尺寸主要為10.08m×11.95m，活荷載標準值達25kN/m2，冷庫樓板厚300～340mm，其建成效果如圖1所示。

圖1 銀犁二期冷庫項目

1 預應力無梁樓蓋結構

采用預應力技術的樓板具有抗裂性好、剛度大、耐久性好、自重小及抗剪能力、抗疲勞能力、構件穩(wěn)定性好的優(yōu)點。在樓板中施加預壓應力，可抵消部分混凝土收縮產(chǎn)生的次拉應力，防止結構出現(xiàn)裂縫。冷庫由于存放凍品，有一定的堆放高度。隨著結構均布荷載值增大，樓板厚度增加，后張預應力技術可有效降低樓板厚度、增加結構凈空、減少混凝土用量。

1.1 傳統(tǒng)物流冷鏈庫房存在的劣勢

1)伸縮縫增加了施工成本、不利于后期使用，且維護成本較高。

2)樓面設計活荷載為20～30kN/m2，在實際使用中由于柱和抗震墻的影響，導致庫房有效儲存空間不高，降低了經(jīng)濟效益。

3)柱距較小給機械化裝卸推廣應用造成困難。

1.2 預應力無梁樓蓋結構體系的優(yōu)勢

采用預應力無梁樓蓋結構體系的現(xiàn)代超大型冷庫存在的優(yōu)勢為：①大幅度增大了冷庫的有效存儲空間，增加了庫容量；②由于采用了預應力技術，可取消傳統(tǒng)冷庫的伸縮縫；③柱網(wǎng)較大，排布貨架更便捷高效，為機械化裝卸提供了可能(見圖2)。

圖2 銀犁二期項目庫內效果

2 預應力無梁樓蓋關鍵技術

2.1 大跨度預應力無梁樓蓋深化設計

本工程為98.2m超長結構，取消伸縮縫設置，因此采用穩(wěn)妥和可靠的施工工藝，增設2道水平后澆帶。x軸方向通過后澆帶實現(xiàn)分段張拉，后澆帶處采用錨具連接器進行連接。同時后澆帶利于降低混凝土收縮和溫度應力對結構產(chǎn)生的不利影響(見圖3)。

圖3 凍庫平面

對原設計采用3D有限元整體分析程序進行內力分析，正常使用下極限狀態(tài)最大彈性變形為7mm，塑性變形為21mm，撓度比值為1/480。邊跨支座位置為彎矩和裂縫最大位置，最大裂縫寬度約為0.2mm。剪力墻與樓板交界處外側，增加豎向加強筋來抵消預應力施加產(chǎn)生的附加彎矩(見圖4)。

圖4 預應力分析模型

由于側向約束造成預應力折減的情況，同時同等條件下，有粘結方案的極限抗彎承載力要高于無粘結方案，本項目選用有粘結預應力。

運用BIM技術進行結構三維建模，通過模型導入Navisworks進行普通鋼筋和預應力鋼筋、錨具的碰撞檢測，對預應力筋及節(jié)點進行優(yōu)化(見圖5)。

圖5 預應力筋模型

2.2 設置剪力墻豎向后澆帶消除預應力張拉約束影響

使用有限元分析軟件safe詳細分析建模，模擬周圈剪力墻對預壓應力施加的影響。通過設置剪力墻豎向后澆帶，解決剪力墻結構對樓板的約束影響。x向跨中板帶部分理論計算的平均壓應力為2.51N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應力為2.1N/mm2(見圖6)。y向跨中板帶部分理論計算的平均壓應力為2.55N/mm2，而軟件分析剪力墻后邊板的平均壓應力為2.3N/mm2(見圖7)。

圖6 x向剪力墻后邊板應力

圖7 y向剪力墻后邊板應力

在剪力墻上設置豎向后澆帶，使得在保證剪力墻結構消除對樓板約束影響的前提下，位于大跨度樓板下方的豎向后澆帶在張拉結束后能快速實現(xiàn)澆筑，與設置剪力墻水平后澆帶相比，豎向后澆帶的施工難度相對較小，并且總體長度與樓板的跨度相比要短，使得后期澆筑的工期大大縮短。

2.3 預應力分步張拉法

銀犁二期冷庫由于樓面設計活載為25kN/m2，樓板自重約9kN/m2，施工腳手架與模板及施工荷載約6kN/m2；故如果本樓層預應力筋張拉完畢拆除下部支撐后，可承受上層的整個施工荷載，但不足以承受2層的施工荷載。

同時，超長大跨度預應力混凝土結構，樓板混凝土在澆筑完成后會因早期收縮等原因產(chǎn)生裂縫，影響結構表面美觀，對冷庫結構使用產(chǎn)生不利影響。

因此，在施工到本層時，下層混凝土強度不低于75%時將預應力筋總數(shù)量張拉50%孔道，下下層張拉剩余的50%后即可拆除支撐同時可承受本層施工荷載及上層施工荷載。同時，有效防止混凝土早期收縮裂縫(見圖8)。

圖8 預應力筋分步張拉

2.4 低溫狀態(tài)預應力損失的計算方法

項目實施過程中，共預埋270個點位，在施工和使用過程中對大柱距預應力鋼絞線應力變化、冷庫變形和沉降進行檢測。

2.4.1扁形孔道摩擦阻力系數(shù)測試

現(xiàn)規(guī)范只有圓形孔道摩阻系數(shù)和孔道偏差系數(shù)，無扁形孔道相關參數(shù)。利用張拉兩端壓力傳感器數(shù)值、鋼絞線空間曲線長度、空間曲線包角聯(lián)立求解摩擦系數(shù)μ和偏差系數(shù)K。方法為：每層選擇4孔y向雙端張拉預應力筋束，每個張拉端布置1個穿心式壓力傳感器(見圖9)。

圖9 預應力摩擦阻力測試

該技術修正了扁金屬波紋管的摩擦系數(shù)和孔道影響系數(shù)取值，填補了國內規(guī)范空白。

2.4.2低溫狀態(tài)預應力損失的計算方法

對于預應力筋在低溫作用下的應力損失研究(也是本技術中較重點的測試之一)，國外(如美、日)已進行部分研究，且相對較早，但最近十幾年資料相對較少。通過傳感器的埋設，對建筑進行數(shù)據(jù)分析和施工過程、降溫過程、降溫后使用過程分析。方法：每層選擇4孔y向雙端張拉預應力筋束，每個張拉端布置1個穿心式壓力傳感器。在4，8層，2棟樓共布置32個壓力傳感器(見圖10，11)。

圖10 穿心式壓力傳感器平面布置

圖11 降溫前后y向預應力分布

獲得數(shù)據(jù)經(jīng)分析揭示了超低溫工況鋼絞線預應力變化規(guī)律，分析了降溫過程及低溫穩(wěn)態(tài)情況下預應力損失及有效應力指標，摸清了相關階段預應力筋的應力損失特征，解決了預應力結構體系在低溫冷庫應用的參數(shù)缺失問題。

3 結語

1)通過預應力筋分步張拉，解決了施工時樓板荷載不足的問題，同時控制了混凝土早期收縮裂縫，縮短了工期。

2)研究冷庫庫房預應力混凝土樓板在降溫過程中和降溫穩(wěn)定之后(模型計算時未考慮溫度因素)樓板混凝土應力變化情況，解決了冷庫樓板的混凝土應力和裂縫控制標準問題。