现代超大型高层冷库预应力无梁楼盖结构施工关键技术*

徐佳能，陈跃熙，陈 胜，黄禄正

(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

现代超大型高层冷库引入预应力无梁楼盖结构技术，成功实现了“有效提升仓容、方便机械化作业、降低综合成本”等多项目标。

银犁农产品冷链物流中心项目二期冷库工程为国内首座首次自主研发、独立完成大跨度预应力无梁楼盖及结构外保温隔汽技术的冷库。冷库预应力无梁楼盖采用后张法有粘结预应力，单层平面结构尺寸为98.2m×47.8m，轴网尺寸主要为10.08m×11.95m，活荷载标准值达25kN/m2，冷库楼板厚300～340mm，其建成效果如图1所示。

图1 银犁二期冷库项目

1 预应力无梁楼盖结构

采用预应力技术的楼板具有抗裂性好、刚度大、耐久性好、自重小及抗剪能力、抗疲劳能力、构件稳定性好的优点。在楼板中施加预压应力，可抵消部分混凝土收缩产生的次拉应力，防止结构出现裂缝。冷库由于存放冻品，有一定的堆放高度。随着结构均布荷载值增大，楼板厚度增加，后张预应力技术可有效降低楼板厚度、增加结构净空、减少混凝土用量。

1.1 传统物流冷链库房存在的劣势

1)伸缩缝增加了施工成本、不利于后期使用，且维护成本较高。

2)楼面设计活荷载为20～30kN/m2，在实际使用中由于柱和抗震墙的影响，导致库房有效储存空间不高，降低了经济效益。

3)柱距较小给机械化装卸推广应用造成困难。

1.2 预应力无梁楼盖结构体系的优势

采用预应力无梁楼盖结构体系的现代超大型冷库存在的优势为：①大幅度增大了冷库的有效存储空间，增加了库容量；②由于采用了预应力技术，可取消传统冷库的伸缩缝；③柱网较大，排布货架更便捷高效，为机械化装卸提供了可能(见图2)。

图2 银犁二期项目库内效果

2 预应力无梁楼盖关键技术

2.1 大跨度预应力无梁楼盖深化设计

本工程为98.2m超长结构，取消伸缩缝设置，因此采用稳妥和可靠的施工工艺，增设2道水平后浇带。x轴方向通过后浇带实现分段张拉，后浇带处采用锚具连接器进行连接。同时后浇带利于降低混凝土收缩和温度应力对结构产生的不利影响(见图3)。

图3 冻库平面

对原设计采用3D有限元整体分析程序进行内力分析，正常使用下极限状态最大弹性变形为7mm，塑性变形为21mm，挠度比值为1/480。边跨支座位置为弯矩和裂缝最大位置，最大裂缝宽度约为0.2mm。剪力墙与楼板交界处外侧，增加竖向加强筋来抵消预应力施加产生的附加弯矩(见图4)。

图4 预应力分析模型

由于侧向约束造成预应力折减的情况，同时同等条件下，有粘结方案的极限抗弯承载力要高于无粘结方案，本项目选用有粘结预应力。

运用BIM技术进行结构三维建模，通过模型导入Navisworks进行普通钢筋和预应力钢筋、锚具的碰撞检测，对预应力筋及节点进行优化(见图5)。

图5 预应力筋模型

2.2 设置剪力墙竖向后浇带消除预应力张拉约束影响

使用有限元分析软件safe详细分析建模，模拟周圈剪力墙对预压应力施加的影响。通过设置剪力墙竖向后浇带，解决剪力墙结构对楼板的约束影响。x向跨中板带部分理论计算的平均压应力为2.51N/mm2，而软件分析剪力墙后边板的平均压应力为2.1N/mm2(见图6)。y向跨中板带部分理论计算的平均压应力为2.55N/mm2，而软件分析剪力墙后边板的平均压应力为2.3N/mm2(见图7)。

图6 x向剪力墙后边板应力

图7 y向剪力墙后边板应力

在剪力墙上设置竖向后浇带，使得在保证剪力墙结构消除对楼板约束影响的前提下，位于大跨度楼板下方的竖向后浇带在张拉结束后能快速实现浇筑，与设置剪力墙水平后浇带相比，竖向后浇带的施工难度相对较小，并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。

2.3 预应力分步张拉法

银犁二期冷库由于楼面设计活载为25kN/m2，楼板自重约9kN/m2，施工脚手架与模板及施工荷载约6kN/m2；故如果本楼层预应力筋张拉完毕拆除下部支撑后，可承受上层的整个施工荷载，但不足以承受2层的施工荷载。

同时，超长大跨度预应力混凝土结构，楼板混凝土在浇筑完成后会因早期收缩等原因产生裂缝，影响结构表面美观，对冷库结构使用产生不利影响。

因此，在施工到本层时，下层混凝土强度不低于75%时将预应力筋总数量张拉50%孔道，下下层张拉剩余的50%后即可拆除支撑同时可承受本层施工荷载及上层施工荷载。同时，有效防止混凝土早期收缩裂缝(见图8)。

图8 预应力筋分步张拉

2.4 低温状态预应力损失的计算方法

项目实施过程中，共预埋270个点位，在施工和使用过程中对大柱距预应力钢绞线应力变化、冷库变形和沉降进行检测。

2.4.1扁形孔道摩擦阻力系数测试

现规范只有圆形孔道摩阻系数和孔道偏差系数，无扁形孔道相关参数。利用张拉两端压力传感器数值、钢绞线空间曲线长度、空间曲线包角联立求解摩擦系数μ和偏差系数K。方法为：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(见图9)。

图9 预应力摩擦阻力测试

该技术修正了扁金属波纹管的摩擦系数和孔道影响系数取值，填补了国内规范空白。

2.4.2低温状态预应力损失的计算方法

对于预应力筋在低温作用下的应力损失研究(也是本技术中较重点的测试之一)，国外(如美、日)已进行部分研究，且相对较早，但最近十几年资料相对较少。通过传感器的埋设，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(见图10，11)。

图10 穿心式压力传感器平面布置

图11 降温前后y向预应力分布

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的参数缺失问题。

3 结语

1)通过预应力筋分步张拉，解决了施工时楼板荷载不足的问题，同时控制了混凝土早期收缩裂缝，缩短了工期。

2)研究冷库库房预应力混凝土楼板在降温过程中和降温稳定之后(模型计算时未考虑温度因素)楼板混凝土应力变化情况，解决了冷库楼板的混凝土应力和裂缝控制标准问题。