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工程案例|宁荣新城翠湖苑有粘结预应力地下车库顶板竣工报告

1、工程概况

宁荣新城翠湖苑位于中国长寿之乡江苏省如皋市的中山东路北侧。其中地下车库部分面积14377平米,预应力区域为5~31轴顶板,X向柱网尺寸为8.1m(仅有一跨为7.5m),Y向柱网尺寸为5.4m(其中5跨为6.2m)。顶板覆土厚度1.5米,消防车荷载为27KN/m2,局部考虑种植大树覆土2.3米。层高3.4米。

原设计顶板为普通钢筋混凝土结构,江苏开来预应力工程有限公司应用“有粘结预应力板”专利技术对顶板进行优化设计并施工。

图1、翠湖苑地理位置

图2、翠湖苑效果图

图3、轴网图(局部)

设计

2.1 预应力设计原则

本工程预应力设计遵循以下原则:在现有技术基础上,用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求,包括安全性、适用性、耐久性。

2.2 设计依据

1)设计院提供的建筑、结构图及计算好的结构计算模型(PKPM);

2)《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010;

3)《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012;

4)《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010。


2.3 设计软件的选择

我公司采用美国CSI公司开发研制的ETABS系列的SAFE软件对地下车库结构进行分析,并结合公司自主研发的前处理、后处理软件对车库进行设计。

图4、我公司自主研发的预应力后处理程序


2.4 设计荷载取值


该工程顶板预应力设计荷载设计值与原设计院PKPM普通方案完全一致。如下图:


图5、荷载图(局部)

2.5 设计方案的制定

原pkpm普通钢筋混凝土,X向梁500×1000mm,Y向梁400×800mm,板厚300mm,C35混凝土,三级钢,fy=360MPa。裂缝宽度按0.3mm控制。

现预应力混凝土结构采用扁梁板结构形式,X、Y向扁梁截面尺寸均为800mm×500mm,板厚250mm,C40混凝土。裂缝宽度按0.2mm控制。

扁梁板结构采用1x7股有粘结钢绞线(基本参数为As=140mm2;fptk=1860MPa;σcon=0.75fptk=1395MPa);普通钢筋选用三级钢,fy=360MPa。

图6、钢筋混凝土结构平面布置图(局部)

图7、预应力混凝土结构布置图(局部)

配筋计算

为方便直观对比配筋,分别列出顶板普通混凝土结构及预应力混凝土结构配筋图(局部)。

3.1 梁配筋图

图8、M~U轴原方案梁配筋图

图9、E~M轴原方案梁配筋图

图10、M~U轴预应力梁配筋图

图11、E~M轴预应力梁配筋图

3.2 板配筋图

图12、M~U轴原方案板配筋图(板厚300)

图13、E~M轴原方案板配筋图(板厚300)

图14、M~U轴预应力板X向普通钢筋配筋图(通长筋#8@200双层,预应力筋柱上板带1-3,跨中板带2-3,板厚250)

图15、E~M轴预应力板X向普通钢筋配筋图(通长筋#8@200双层,预应力筋柱上板带1-3,跨中板带2-3,板厚250)

图16、M~U轴预应力板Y向普通钢筋配筋图(通长筋:板面#8@200,板底柱上板带#8@180,跨中板带#8@150;预应力筋柱上板带1-3,跨中板带2-3,板厚250)

图17、E~M轴预应力板普通钢筋配筋图(通长筋:板面#8@200,板底柱上板带#8@180,跨中板带#8@150;预应力筋柱上板带1-3,跨中板带2-3,板厚250)

4、施工

4.1工程概况

本工程采用高强度低松弛钢绞线Фs15.2作为预应力筋,其抗拉强度标准值fptk=1860MPa。预应力筋孔道采用预埋金属波纹管成孔。混凝土强度达100%设计强度要求后方可进行预应力筋张拉,张拉控制应力根据工程结构说明确定取0.75fptk。梁预应力配筋2束3和3束3,板预应力配筋1束3。预应力筋张拉后及时灌浆、切割张拉端钢绞线并用C40细石混凝土封裹锚具。所有预应力梁板下支撑均在预应力筋张拉结束后进行拆除。

4.2质量控制

1)波纹管的铺设及预应力筋的穿束

 波纹管布置时先按照图纸中设置的预应力筋曲线坐标,在绑扎好的箍筋上定位,按照图纸间距要求焊接支架钢筋,支架钢筋必须定位准确以保证波纹管标高与设计要求在±10mm范围内。波纹管安装就位后需用铁丝浆波纹管与支架钢筋绑扎牢固,防止浇筑混凝土时波纹管上浮。

图18、扁梁的支架钢筋(用于固定预应力曲线标高)


图19、板的支架钢筋

图20、预应力张拉端

图21、公司质检员检查曲线标高

2)混凝土浇筑及振捣  

预应力安装完成后,经业主、监理验收合格后方可进行混凝土浇筑。浇筑混凝土时应认真振捣,保证混凝土密实,尤其是张拉端、固定端周围的混凝土严禁漏震,不得出现蜂窝或孔洞。浇筑时避免直接振捣波纹管、张拉端喇叭口、支架钢筋等,防止波纹管损坏、预应力筋位置改变。

3)预应力筋张拉

A、按设计要求,在混凝土强度达到90%时进行张拉。千斤顶及压力表经检测单位配套校验。

B、张拉采用一端张拉。张拉程序为0→0.2σcon(初读数)→1.0σcon(最后读数)→持荷2分钟锚固。预应力张拉采用应力控制与张拉伸长值控制结合的双控法。本工程张拉过程张拉控制应力准确,实际伸长值与理论伸长值相符合。

图22、张拉油泵油压表读数

图23、张拉伸长值量测

4)灌浆与封锚

灌浆采用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比控制在0.4-0.45,并掺入适量的外加剂。灌浆28天强度不得低于30Mpa,灌浆主要分为以下四个步骤进行:

A、孔道灌浆前需用清水冲洗波纹管孔道,排出孔内杂质,保证孔道通畅。

B、冲洗后在管道通畅的情况下进行首次灌浆操作。

C、在首次灌浆完成三小时后进行二次压浆,二次压浆的目的在于逼出首次压入的水泥浆所析出的水分。

D、24小时后人工补浆,以确保管道内浆液饱满、密实。


图24、灌浆前清洗孔道

图25、灌浆完成后的人工补浆

4.3地下室使用情况

地下车库顶板的预应力施工在2017年2月全部完工,3月开始覆土,5月覆土基本完成,绿化、水池、休息亭也已完成。地下室主体结构完成至今已经有8个月时间,期间经过多个季节的变换和雨水的检验。根据近几日现场实际观察,预应力施工区域的顶板和扁梁无任何开裂、渗漏现象,净空感觉很舒畅。业主反馈采用预应力后的使用性能非常良好。


图26、地下车库顶板水池和覆土

图27、地下车库顶板局部种植大树区域(覆土2.3米)

图28、种大树区域的地下车库结构

图29、地下车库结构

图30、地下车库结构

图31、地下车库结构

经济分析

5.1 预应力方案节省工程量阐述

采用预应力方案后,该车库顶板及底板钢筋用量大量减少,车库顶板截面尺寸减少,混凝土用量减少。

本工程计算工程量包括,顶板底板钢筋混凝土节省工程量、模板费用,并以safe模型方案为依据。

5.2 材料取费原料

依据现行材料市场动向,本方案钢筋价格采用如皋市钢材指导价平均值(2016年10月份至2017年3月份),钢筋(≤12)含税单价3657元/吨,钢筋(12-25含25)含税单价3519元/吨,钢筋(>25)含税单价3539元/吨,混凝土价格采用如皋市钢材指导价平均值(2016年10月份至2017年3月份),C35砼含税单价465元/m3,C40砼含税单价480元/m3。

经测算,依据如皋建筑工程消耗量标准,各材料综合费用取值如下:钢筋(≤12)含税综合单价5724元/吨,钢筋(12—25)含税综合单价4959元/吨,钢筋(>25)含税综合单价4789元/吨。

C35砼顶板梁含税综合单价590元/m3,C35砼有梁板含税综合单价576元/m3。C40砼顶板梁含税综合单价610元/m3,C40砼顶板有梁板含税综合单价595元/m3。现浇挑梁、单梁、连续梁、框架梁模板含税综合单价82元/m2。现浇板模板含税综合单价75元/m2。预应力钢筋综合费用17476元/吨。此综合费用包括人、材、机、各项规费、管理费以及税金等等,包括下浮价格以及预应力设计咨询费。

5.3 主材含量分析

具体工程量对比如表5.1、5.2:

表5.1 预应力方案的工程量

构件

类型

钢12

钢25

钢35

Ap

C40   

模板  

梁板

12.85

9.9

0.028

7.53

0.31

1.16

表5.2  普通方案的工程量

构件

类型

钢12

钢25

钢36

模板

C35    

梁板

25.4

31.6

0.54

1.112

0.385


5.4 造价对比

具体造价对比如表5.3、5.4:

表5.3  预应力方案的造价

结构

形式

钢12

钢25

钢36

Ap

C40

模板

合计

梁板

73.5

48.9

0.134

133.6

184.8

88.43

529.3

表5.4 普通方案的造价

构件

类型

钢12

钢25

钢36

C35

模板

合计

梁板

145.4

156.7

2.59

223.0

86.2

613.9




工期

6.1 普通方案与预应力方案材料用量对比    (顶板14377㎡)     

6.1.7普通钢筋混凝土方案材料用量

1)梁普通钢筋:390.026   板普通钢筋:427.382t

2)混凝土用量5525.418                                            

3)模板15988.013㎡

6.1.8预应力钢筋混凝土方案

1)梁普通钢筋:164.849t   板普通钢筋:162.229t                                       

2)预应力筋用量108.025t                                               

3)混凝土用量4442.712 

4)模板16721.276㎡    

6.1.9节省量

1)梁普通钢筋:225.177t  板普通钢筋:265.153t                                           

2)混凝土用量1082.706            

6.2 对比分析

本工程采取流水施工,优势如下:

①科学地利用工作面,争取时间,总工期趋于合理;

②工作队及其工人实现了专业化生产,有利于改进操作技术,可以保证工程质量和提高劳动生产率;

③工作队及其工人能够连续作业,相邻两个专业工作队之间,可实现合理搭接;

④每天投入的资源量较为均衡,有利于资源供应的组织工作;

每人工每日工作量按如下计算:木工工作量20㎡/人工;钢筋工:板筋、梁筋0.8t/人工;预应力工0.7t/人工。

具体对比如下图6.2.1所示:

图32、预应力顶板与钢筋混凝土顶板工期对比

如上图所示:约14377.71㎡的板块在人力资源条件相同的情况下:采用流水施工,使用有粘结预应力技术的工期为52.5天; 不使用有粘结预应力技术的工期为54天;使用预应力技术不仅不占用工期,而缩减工期,缩短的工期为1.5天(未考虑施工间歇期)

6.3、实际施工

工期按照原流水施工节拍,业主实现了提前覆土。实践证明,在劳动力配置充足的情况下,预应力宽扁梁大板结构可以节省工期。

预应力结构的优势

1)降低结构层高

采用预应力结构可显著降低结构截面高度,从而在保证净高不变的情况下,降低层高。

2)具良好的经济性,节约材料,降低建造成本

对适合采用预应力技术的混凝土结构来说,预应力混凝土结构相对普通混凝土结构节省20%~40%的混凝土和30%~60%的纵筋钢材。对于大跨度、承受重荷载的结构,预应力可以有效提高结构的跨高比限值,其经济性能更加显著。

在相同净高的情况下,采用预应力方案后,可降低层高,减少周边墙柱的钢筋及混凝土用量,亦可抬升底板高度,减少水浮力、土方开挖量、减少基坑支护和墙柱的钢筋及混凝土用量等,综合经济效益非常显著。

3)具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能、防水性能好

顶板设计采用有粘结预应力板结构后,顶板具有优越的防水性能,施加了预应力的顶板,由于较大的预压应力持续的存在,顶板的抗裂度大大提高,且顶板的钢筋和混凝土用量降低。

江苏开来预应力公司的众多工程实例表明,采用预应力技术后的构件几乎不出现裂缝,同时,其防水效果显著。

7 结论:

1)采用有粘结预应力板技术以后,顶板直接造价为529.338元/m2,较原结构节省84.537元/m2,给业主节省直接造价120万元。本次计算未考虑层高降低节省的工程量,如果考虑该部分影响,还可以再节省70元/m2。另根据我们的测算,按照目前的钢材价格,直接造价可以节省112元/m2。

2)预应力混凝土结构相对于普通钢筋混凝土结构,具有良好的经济性、节约材料、良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能等优势,不仅不增加工期,在安排合理的情况下,反而可以节省工期。



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