现代超大型高层冷库建造成套技术研究*

胡 锐，陈跃熙，陈 胜，黄光洪，程 憬

(1.中国华西企业股份有限公司，四川 成都 610081； 2.四川华西集团有限公司，四川 成都 610081)

0 引言

作为冷链仓储物流设施核心的传统冷库存在有效库容小、制冷能耗高、多为人工操作及机械化程度低等缺点。为解决这些问题，在银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库工程中对如何提高冷库的有效库容量、降低制冷能耗做到最大化节能环保、以机械代替人工操作提高机械化程度等进行了一系列从设计到建造的全套技术研究，通过在银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库工程中首次应用，形成了现代超大型高层冷库建造成套技术。

现代超大型高层冷库建造成套技术，是指具有现代建筑特征、建设规模超大型、建筑为高层的冷库从设计到施工的全套建造技术。这套建造技术打破了传统冷库的建筑模式，最大限度地提高了冷库的有效空间和有效库容量，降低了制冷能耗，达到节能环保，以机械代替人工操作提高了冷库的机械化管理程度等，符合国家所倡导的绿色建造。

1 工程概况

银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库工程位于成都市青白江区祥福镇桂通北路1号青白江区大弯大宗散货物流园区内，由2栋独立冷库组成，总建筑面积1.421×105m2，地上8层，建筑高度44.5m。冻结物冷藏间设计温度-23℃，超低温库设计温度-55℃。基础为预应力混凝土管桩(PHC)+承台基础，结构为板柱-剪力墙结构，后张法有粘接预应力无梁楼盖，其建筑效果如图1所示，结构平面如图2所示。

图1 银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库

图2 结构平面

2 现代超大型高层冷库建造成套技术研究

2.1 现代超大型高层冷库高效空间设计

2.1.1传统冷库设计

传统冷库的板柱-剪力墙结构多为板柱-短肢抗震剪力墙结构，对应的是建设初期的小柱网、散堆、内保温、散状保温材料、有阁楼、人工堆货为主的冷库形式，或建设中期的中柱网、货架、内保温、块状保温材料等的冷库形式，其结构形式本身就限制了冷库不能形成有效的大空间而影响使用。

2.1.2现代超大型高层冷库高效空间设计

银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库工程在设计过程中一改传统冷库的设计方法，采用现代超大型高层冷库高效空间设计方法，是目前首座采用高层、超长、大跨度、重载预应力无梁楼盖结构的冷库。

这种设计方法将传统冷库所采用的板柱-剪力墙结构中的短肢抗震剪力墙结构体系改变为全剪力墙，最大限度地优化了多层大空间冷库的建筑形态和空间尺度，使冷库建筑的体型系数<0.082，重组了冷库货架排列方式，与传统冷库相比，提高有效库容41.8%，并避免了墙柱过多造成的热桥能量损失及冷气气流组织分布不均造成的高能耗现象，实现了节能、环保、绿色建造新理念(见图3)。

图3 现代冷库(柱距12m)

2.1.3预应力结构深化设计

采用3D有限元整体分析程序和2D等代框架分析2种方法进行内力分析和设计，发现对板柱结构而言，主要应考虑的因素为结构变形和产生裂缝。

1)变形计算 经计算，正常使用极限状态最大弹性变形为7mm，塑性变形为21mm，跨度按10.08m计算，挠度比值为1/480，小于规范规定的1/300限值。

2)裂缝计算 边跨支座位置为弯矩和裂缝最大位置，最大裂缝宽度约为0.18mm，≤0.2mm，最大裂缝宽度符合规范规定。

2.2 预应力结构施工技术

2.2.1全封闭剪力墙结构楼板预应力施加

因预应力楼盖面积较大，连续跨数较多，依据设计要求，需进行预应力分段。由于剪力墙侧向刚度会限制张拉时楼板的轴向变形，从而影响预压应力在楼板内的建立，而楼板内预压应力的减小又会影响挠度、裂缝的计算，使其达不到规范要求，故需运用整体有限元模型计算，真实反映在考虑剪力墙不利作用时楼板预压应力的建立情况。经研究分析：①紧邻剪力墙的半跨板带，剪力墙对承受竖向荷载的贡献较明显，即便施加预压应力很小，验算也能满足要求，实际施加应力30%～40%；②相邻剪力墙的第1跨板带，实际施加应力60%～80%，按60%折减比例来计算预压应力，等效弯矩不变，但支座处裂缝计算不满足要求，需增加普通钢筋加强后才能满足要求；③中间区域板带，实际施加应力80%～90%，按80%折减比例来计算预压应力，等效弯矩不变，能满足要求。

2.2.2预应力筋排布方式

柱上板带采用有粘结预应力，跨中板带采用无粘结预应力，因预应力筋和普通钢筋较多，为减少碰撞，便于铺设、张拉施工，预应力筋采用1孔4束的排布方式。

2.2.3张拉端、固定端设置

经建模分析，x向张拉端设于后浇带内，y向将剪力墙侧作为张拉端，采用两端张拉，部分张拉端设在暗梁边。在暗梁边张拉时，应采用不同的变角张拉工艺，即需加工不同的变角垫块进行变角张拉(见图4～7)。

图4 预应力分段张拉端平面布置

图5 固定端

图6 预应力筋扁形锚具张拉端

图7 预应力筋张拉

2.2.4合理设置水平竖向后浇带

由于本工程总长度98.2m，加之抗裂要求高，故楼板在长度方向设有2道水平后浇带，将原结构在其长度方向分别分为26.7，44.8，26.7m，符合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)第8.1.1条中框架现浇结构伸缩缝最大间距≤55m(冷库设计标准为50m)的规定。

而侧向约束(剪力墙)对张拉端混凝土预压应力有明显影响，可通过在剪力墙上设置竖向后浇带，在保证剪力墙结构消除对楼板约束影响的前提下，使位于大跨度楼板下方的后浇带在张拉结束后能快速实现浇筑，与设置的水平后浇带相比，竖向后浇带的施工难度相对较小，且总体长度与楼板的跨度相比要短，使得后期浇筑的工期大大缩短，水平竖向后浇带设置如图8所示。

图8 水平竖向后浇带设置

按上述方法设置后浇带后采用有限元分析，在板的四周按实际设置剪力墙，根据DBJ51/T 031—2014《预应力结构设计与施工技术规程》，混凝土的收缩变形可采用收缩当量降温ΔT′来分析，计算温度降温ΔT′可取为10～15℃，取15℃验算校核，主拉应力最大出现在板的四周，四边基本相同，在四角部最大，考虑四角剪力墙后浇，抗拉强度为3MPa以内，计算的主拉应力如图9所示，在楼板上设置2道后浇带的前提下再设置剪力墙竖向后浇带，能满足早期收缩裂缝控制的要求。

图9 剪力墙后浇带位置设置应力分析

2.3 施工过程中混凝土早期收缩裂纹控制

在混凝土强度达75%时，提前张拉每束预应力筋中的2根钢绞线(1束4根)，达到控制混凝土早期收缩裂缝的目的；待混凝土强度达到设计强度后，再对剩余钢绞线进行张拉，以有效控制混凝土早期收缩裂纹，也保证预应力整体张拉达到设计要求(见图10)。

图10 分步张拉过程

楼板大面积浇筑混凝土的早期收缩产生的裂缝是该类结构的质量通病，当混凝土强度达到设计强度的75%时，张拉1束预应力筋中的2根钢绞线的做法，可对混凝土早期收缩裂缝产生抑制作用；预应力施工中，通常是当混凝土强度至少达到100%设计强度方可张拉预应力筋。但是，根据《混凝土结构设计规范》中第10.1.4条和GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》，为防止混凝土早期收缩裂缝，在混凝土抗压强度达到75%时进行预应力张拉可行。

2.4 低温状态预应力损失测试

对预应力筋在低温作用下的应力损失研究，也是本技术中的测试重点之一。国外一些国家(如美国、日本)已进行部分研究，且相对较早，但最近十几年的研究资料相对较少。通过传感器的埋设，监测预应力变化情况，对建筑进行数据分析和施工过程、降温过程、降温后使用过程分析。方法：每层选择4孔y向双端张拉预应力筋束，每个张拉端布置1个穿心式压力传感器。在4，8层，2栋楼共布置32个压力传感器。

获得数据经分析揭示了超低温工况钢绞线预应力变化规律，分析了降温过程及低温稳态情况下预应力损失及有效应力指标，摸清了相关阶段预应力筋的应力损失特征，解决了预应力结构体系在低温冷库应用中的参数缺失问题。

2.5 大型预应力冷库保温与隔汽控制

冷库保温一般采用外墙内保温模式，本工程采用外墙外保温(无空腔复合保温)，与内保温相比，更有效降低能耗，增加其库容率，并能合理安排施工顺序，缩短施工工期，这种形式在国内运用较少；与普通建筑的外保温相比，因内外大温差增加了隔汽层以防止结露，并采用热流量更小等级计算外围护保温层，适当提高厚度以节能。很少采用外保温的原因是其关键技术——隔汽层的性能，耐久性不能得到保证，对外保温的隔汽层设计及性能尚无相关案例数据可借鉴。

2.5.1采用柔性隔汽外保温技术

考察材料之间的可施工性及粘接性能，对隔汽层材料的隔汽性能参数进行考察测试，考察不同隔汽层对保温层保温效果的影响，通过对上述测试结果的对比，对冷库外保温隔汽层的设计提出合理的解决方案，外墙外保温构造做法如图11所示。

图11 外墙外保温构造做法

采用非固化沥青+抗氧化铝箔+喷涂速凝沥青形成柔性外隔汽层，保证了因外保温材料在受室外气候作用下保温系统变形时，外隔汽层始终保持与外保温系统可靠的密闭性和粘接性，增强了外保温体系的耐候性；克服了长期困扰现有冷库隔汽层因室外气候变化造成的隔汽层破坏与保温层失效现象，从根本上解决了冷库围护结构受潮冻害的难题。上述技术降低了冷库的能耗，节能率达到26.3%(见图12～14)。

图12 粘接性能样本

图13 干湿杯法测试隔汽层水蒸气渗透试验

图14 保温效果试验

2.5.2无冷热桥高性能连续防潮隔汽

采用非固化沥青+抗氧化铝箔+喷涂速凝沥青，形成高密封、连续、高附着的防潮隔汽膜层，避免了预应力混凝土钢绞线连接而造成的冷桥影响，阻断了剪力墙与保护墙锚系梁热传递通道，有效防止了结露现象，减小了温差造成的预应力筋的预应力损失，控制了楼板预应力张拉约束和混凝土早期收缩裂纹(见图15)。

图15 热流密度

为解决隔汽层在锚系梁处难以保持完整连续性的问题，在已完成外围护结构框架上反喷沥青材料，接着反敷抗氧化铝膜，再施工聚氨酯保温层，形成连续隔汽保温层，控制锚系梁柱与框架相交节点造成的隔汽层薄弱点，防止保温材料失效，保证了大型冷库墙体保温、隔汽系统的耐候性(见图16)。

图16 锚系梁处隔汽层节点大样

2.5.3构建冷库超长空间，隔汽层、保温层连续不间断

采用100m以上超长冷库不设伸缩缝的预应力技术，突破现有国家规范规定“冷间采用钢筋混凝土结构时，伸缩缝的最大间距不宜大于50m”的相关规定，避免因冷库设伸缩缝造成的保温层、隔汽层不连续而导致的冷库围护结构热性能下降。

3 结语

现代超大型高层冷库建造成套技术创新解决了国内首座现代超大型冷库大跨度全封闭剪力墙对预应力楼板约束影响，创新采取设计、施工措施，设置剪力墙竖向后浇带，消除了在预应力张拉时剪力墙对楼板所产生的约束影响，形成了大跨度预应力冷库结构设计与施工成套关键技术；应用冷库结构外保温设计，首创高效的隔汽层关键技术，形成了超大型冷库外墙外保温体系成套设计、施工技术；在现代超大型冷库结构施工中创新应用结构智能健康监测技术。