1、现浇预应力空心板的设计与施工【摘 要】大跨度梁板结构越来越多的被应用于现代化建设中，具有良好的经济性能。本文以国网智能电网研究院建设工程办公科研楼为例，介绍了预应力空心板的设计及施工过程。对于预应力空心板的设计和施工具有借鉴作用。 【关键词】大跨度；预应力；空心板 现代化建设中，越来越多的大跨度结构被应用于商业及住宅建筑，大跨度结构不仅造型美观、空间开阔，在布局上也更为灵活，但是对于结构设计而言，这种结构由于跨度较大，其自重及相应产生的挠度也较大，为了控制构件的抗弯刚度，往往会加大截面面积，由此产生了更大的自重荷载，在挠度和裂缝的控制上就更为不利，从而陷入了恶性循环。预应力空心板能够很好的解决
2、上述问题，首先，提高板厚的同时在板内设置空心块能够在增加截面抗弯模量的同时有效地控制构件自重的增加，其次，肋梁内设置的预应力筋产生的反力能够大大降低构件挠度，从而有效地解决了大跨度结构的承载力、裂缝和挠度的控制问题。另外，由于内部的空心设置，在减小构件自重的同时，也减小了支撑及基础的荷载，从而使整体结构的混凝土及钢筋用量减小，具有良好的经济效果。 一、工程概况 国网智能电网研究院办公科研楼屋顶及楼面部分楼板平面尺寸达到28.4m19.24m，跨度、荷载比较大，采用传统方法难以满足空间要求，故改用现浇大跨度预应力混凝土空心楼板体系，在有效增大截面的同时减轻结构自重，以解决结构受力，尤其是抗裂和变
3、形问题。由于楼板为异形板，考虑安全储备，按单向板进行计算。其中主受力方向预应力采用无粘结预应力，一端张拉，考虑楼板的整体稳定性，在长向每肋梁内设置 6 根无粘结预应力筋。 二、结构设计计算 2.1 结构条件及基本技术选型 由于周围结构的楼板厚度较之此部分楼板厚度较小，不能为其提供足够的嵌固条件，所以设计计算中考虑两端支撑条件为简支。 本工程空心板计算受力长度为 19.24 米。考虑到跨度较大，需要最大限度的降低结构自重，因此填充材料越轻越好，同时板比较厚，混凝土振捣时间相对较长，要求填充材料的抗冲击韧性较好，综合考虑各种因素，采用轻质空心块为填充材料，要求容重不超过 12kg 每立方米。 在板
4、厚的选取上，单向预应力空心板的经济跨高比 30 至 35，本例中选取板厚 600mm。在内模的布置上，要求内模之间的肋宽 240mm，板顶板底混凝土厚度均为 75 mm，孔隙率为 42%。平面布置如图 1 所示： 图 1 预应力空心板平面布置图 2.2 计算模型 根据结构设计要求，考虑预应力板裂缝控制等级为三级，混凝土强度等级为 C40，非预应力钢筋采用 HRB400，预应力筋采用 1860 级无粘结低松弛钢绞线，其中强度标准值 =1860MPa， =1860MPa，单束面积 =139 ，摩擦系数 =0.004， =0.09，锚具张拉端采用单孔夹片锚，锚固段采用挤压锚，张拉控制应力为 0.7。
5、结构上部恒载为 2 k N/m2（不含板自重） ，活载为 5 k N/m2。 肋梁是空心板的基本设计单元，空心板在实际设计中可以简化为板中的肋梁设计。在设计过程中，可将板的内力按照承力单元转化为肋梁的内力，同时，将板的配筋转化为工字型截面的肋梁的配筋计算。在设计配筋时，需要特别注意的是，肋梁应采用封闭箍筋以提高板的整体抗剪性能，预应力筋铺放在带有封闭箍筋的肋梁中。 在本例中，结构计算单元如图 2 所示： 图 2 结构计算单元 经过等效转化后，每计算单元的恒载弯矩为 394.8KN*M，活载载弯矩为 210KN*M。 预应力筋张拉控制应力为 0.7 ，即 1302 MPa，预应力曲线主跨采取4
6、段抛物线布置，反弯点设置在 0.1 倍计算跨度处，如图 3 所示，矢高为左右两最高点与跨中最低点的垂直距离平均值。 图 3：预应力筋矢高图 预应力平衡荷载为： （1） 式中， 为有效预应力； 为预应力矢高； 为预应力梁计算跨度。 本例中考虑板四边支撑条件为简支，受力方向预应力筋左右最高点距板顶 300mm，同时考虑普通钢筋的布置与预应力钢筋的有效矢高的控制，跨中预应力筋最低点距板底 60mm，预应力筋矢高为 240mm。 根据截面尺寸及荷载条件，每个肋中布置 6 根预应力筋，扣除各项损失后，单束预应力筋有效应力为 1043N/mm2，预应力平衡荷载为 4.2 k N/m2。 在普通钢筋的配置上
7、，应与预应力钢筋综合考虑，共同承担荷载及满足抗裂、挠度要求。 2.3 计算结果分析 空心楼板中每肋配置 6 根预应力筋并参与楼板极限强度计算，同时起到控制裂缝及挠度作用。上铁配 8 根直径 20mm 三级钢，下铁 8 根直径22mm 三级钢。 根据无粘结预应力混凝土结构技术规程 （JGJ92-2004）以及混凝土结构设计规范 （GB50010-2010）中相关要求计算出结构最大裂缝为0.14mm，相对挠度 1/337，安全系数 1.32，满足规范各项要求。 三、施工控制 3.1 预应力空心板的施工流程 无粘结预应力空心板的施工流程如图 4 所示： 图 4：无粘结预应力空心板的施工工艺 3.2
8、施工过程中的抗浮控制 在预应力空心板的施工过程中，特别需要注意的是：由于聚苯填充体相对密度小，且高度较高，在对空心板浇注混凝土时单位面积能对聚苯填充体产生很大的浮力 ，甚至能够牵动整个楼板钢筋骨架上浮，造成板面标高上抬。因此需要采取一定的施工措施。主要如下： 1、布置抗浮控制点，根据计算结果按照梅花型或者矩形在肋梁处设置 n 个控制点， 在肋梁部位的底模上打 8mm 圆孔，并用铅丝从模板下穿出兜住限位筋，铅丝的破断力要大于 F 浮/n。将铅丝从原孔穿回与木方或脚手架绑牢；当安放好聚苯填充体、绑扎限位筋后，就可将铅丝在抗浮控制点处拧紧。由于肋梁上铁及分布筋与轻质填充体仍有一定的空间，所以通过设置
9、垫块来固定聚苯填充体的垂直位置。 2、肋梁内的箍筋与肋梁内板上、下层受力钢筋组成一种具有水平及垂直刚度的骨架限制聚苯填充体的水平位移。 3、板分层浇筑。 3.3 张拉端与固定端的节点处理 根据本工程中预应力筋张拉端的位置情况，空芯板预应力筋张拉端部分设置在边梁或框架梁上，部分出板面张拉，均采用穴模式做法。张拉端、固定端的节点做法示意见图 5。固定端由挤压锚具、承压板、螺旋筋组成，张拉端由张拉锚具、承压板、螺旋筋等组成。 图 5 预应力张拉端、固定端节点做法示意 3.4 预应力筋的张拉 预应力混凝土构件中的预应力筋应等混凝土强度达到设计强度后（即 100%的设计强度）方允许张拉，且张拉前不得拆除
10、板下支撑。为保证张拉时的混凝土质量能够达到设计要求，建议在每个部位浇筑混凝土时多留出一组混凝土试块，进行同条件养护，根据天气情况和经验，待这组试块达到强度要求后，尽快出混凝土强度报告，施工方应及时配合进行预应力筋的张拉工作，尽量减少等待时间，加快模板和支撑体系的周转，即加快施工进度。在预应力筋张拉前，其下部的受力支撑需要一直保留。 四、结语 预应力空心楼盖体系能够充分发挥空心楼板的作用从而减小结构自重，又能利用预应力的作用有效降低挠度，减少裂缝，起到降低施工成本的目的，使结构更适合于大跨度、大荷载、大空间的需要，在大跨度结构中具有广阔的发展前景。在设计及施工中应注意以下几点： 1、设计中配筋应采用混合配筋，预应力筋主要起到减小挠度和裂缝的作用，普通筋和预应力筋共同抵抗弯矩作用。 2.适当提高空心率可有效降低构件自重，空心块应采用轻质材料。 3.预应力空心板施工难度大，质量要求高，应精心制定施工方案，严格照图施工、按步骤施工。 参考文献： 1混凝土结构设计规范 （GB50010- 2010） 北京：中国建筑工业出版社，2011 2现浇混凝土空心楼盖结构技术规程 （CECS 175：2004）北京：中国计划出版，2004 3无粘结预应力混凝土结构技术规程 （JGJ 92-2004 J409-2005）北京：中国建筑工业出版社，2005
