預(yù)應(yīng)力技術(shù)在改造工程中的應(yīng)用[詳細(xì)]

1、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在改造工程中的應(yīng)用東南大學(xué)大禮堂是該校的一幢標(biāo)志性建筑,建于本世紀(jì)30年代.經(jīng)檢查,部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件已不再符合規(guī)范所要求的安全等級(jí),須對(duì)大禮堂進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,并將大禮堂東廂2層樓房的底層改造成一大空間報(bào)告廳,取名為春暉堂.這樣,就需抽除底層4根300米米300米米的柱子Z1Z4(圖4-18-1),以滿足建筑使用要求.該房建筑平面尺寸為17.28米11.60米,屬內(nèi)框架混合結(jié)構(gòu).然而,抽柱后結(jié)構(gòu)傳力途徑的改變使外縱墻及其地基基礎(chǔ)上所受外載增加;另外,由于l964年增建的禮東教學(xué)樓引起原本較弱的地基(R60kN/米2)不均勻沉降,導(dǎo)致春暉堂東端南北外墻出現(xiàn)了 明顯的斜裂縫.因此,改造過程中,對(duì)

2、外縱墻及地基基礎(chǔ)也必須作相應(yīng)的加固處理.第1章 加固改造方案經(jīng)檢測(cè),春暉堂原二層樓面的內(nèi)框架梁L1、L2、L3和次梁L1、L2的截面尺寸均為300米米400米米,四周承重墻寬占bw=370米米,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20,級(jí)鋼,屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值y=210N/米米2.對(duì)此,補(bǔ)強(qiáng)改造的方案可以有多種,但主要有以下3種方案:【方案一】原則上不改變?cè)旱闹鞔侮P(guān)系,直接加固梁L1、L2,用作主梁.而L1、L2仍為次梁,它們將樓面荷載傳給L3,隨后再傳到L1、L2上,最后通過南北承重縱墻傳入基礎(chǔ),但這樣使梁L1、L2兩端的縱墻上新增荷載過于集中.荷載傳遞流程如圖4-18-2(a)所示.【方案二】將原梁L1、L2和

3、次梁L1、L2均加固成主梁,而把梁L3改作次粱.這樣,外縱墻上所承受的新增荷載分布較均勻,受力合理.荷載傳遞流程如圖4-18-2(b)所示.【方案三】將原樓面梁L1、L2、L1、L2和L3加固轉(zhuǎn)變成井式梁結(jié)構(gòu),使樓面荷載較均勻地傳遞到縱、橫外墻上,但加固梁施工工作量大,且有一定難度.荷載流程如圖4-18-2(c)所示.實(shí)際工程中,綜合考慮各方案的加固梁工作量、施工難度和重新分布荷載的均勻程度,最后采用方案二.具體加固方法是:采用梁兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置折線形高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線束進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),同時(shí)將加固梁L1、L2、L1、L2兩頭的預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固端內(nèi)埋于縱墻外周邊的圈梁(770米米400米米)內(nèi),以滿足建筑外

4、立面要求.張拉結(jié)束后,用C30混凝土封堵外圈梁上局部缺口,并包裹鋼絞線束,以達(dá)到防火、防銹蝕的目的,見圖4-18-3.另外,一方面考慮到柱抽除后外縱墻上荷載增加,房屋側(cè)向剛度削弱,故采用單側(cè)配筋細(xì)石混凝土夾板墻結(jié)合鋼筋混凝土扶壁柱法加固外縱墻(圖4-18-4),另一方面,因?yàn)榈鼗A(chǔ)較弱,以及傳力途徑改變使地基基礎(chǔ)上荷載增加,所以采用壓力注漿旋噴樁結(jié)合抬梁法加固外墻下地基基礎(chǔ)(圖4-18-5),這樣還可有效阻止不均勻沉降的繼續(xù)發(fā)展.旋噴樁對(duì)稱于墻中心線布置,扶壁柱下設(shè)4根,窗間墻下設(shè)2根.第2章 加固改造設(shè)計(jì)計(jì)算春暉堂抽柱改造后,二層樓面梁L2上還要增加一面3.5米高的內(nèi)墻.為減輕自重,采用墻

5、兩側(cè)各抹灰厚25米米砂漿的泰柏板輕質(zhì)墻體.這樣加固主梁分為兩類:帶墻的L2和不帶墻的L1、L2、L1.在梁L1、L2、L1和L2的加固設(shè)計(jì)中,將原梁混凝土整截面視作加固梁的受壓區(qū),原梁鋼筋的作用不再計(jì)入,而僅將其作為加固梁的一部分安全儲(chǔ)備.另外,由于采用預(yù)應(yīng)力加固改造法,抽柱前在對(duì)梁L1、L2、L1和L2的加固過程中,預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的等效荷載可平衡掉原梁上的靜載,從而卸去柱上的壓應(yīng)力,方便了 柱子的拆除.具體設(shè)計(jì)計(jì)算方法如下:第1節(jié) 梁L1、L2、L1和L2的荷載與內(nèi)力1.底層四柱抽除后,梁L1、L2、L1和L2均可簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁.梁上靜、活荷載標(biāo)準(zhǔn)值分別以D、L表示,圖4-18-6為加固梁的計(jì)算簡(jiǎn)

6、圖.2.由加固梁計(jì)算簡(jiǎn)圖可計(jì)算出控制截面內(nèi)力值:梁L1、L2和L1的彎矩米1=623kN米,剪力V1=215kN;梁L2的彎矩米2=739kN米,剪力V2二255kN.第2節(jié) 預(yù)應(yīng)力筋估算預(yù)應(yīng)力筋選用1570級(jí)j15鋼絞線,錨具選用J米15-3夾片錨.張拉控制應(yīng)力:對(duì)梁L1、L2和L1取con1=0.65ptk=1020N/米米2,對(duì)梁L2取con2=0.56 ptk =879N/米米2.根據(jù)公式Ap=米(PPR)(0.9pshop),估算出預(yù)應(yīng)力筋面積,結(jié)果列于表4-18-1.式中:PPR預(yù)應(yīng)力度,因不考慮原梁鋼筋抗彎作用,故取l.0;ps預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力設(shè)計(jì)值,近似取con.第3節(jié) 預(yù)應(yīng)力

7、加固梁承載力計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失1;預(yù)應(yīng)力損失2主要包括預(yù)應(yīng)力筋與鋼盒間的摩擦損失12,錨固損失11,松弛損失14和混凝土壓縮徐變損失15.計(jì)算結(jié)果見表4-18-2.預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力設(shè)計(jì)值ps:按照公式ps =(1/1.2)( pe+50014000)計(jì)算,結(jié)果列于表4-18-2.加固梁的抗彎與抗剪承載方米s與Vs:將加固預(yù)應(yīng)力視作梁的內(nèi)應(yīng)力,根據(jù)力學(xué)平衡條件N=0,米=0,易得抗彎與抗剪承載力米s,和Vs.最后,將其與設(shè)計(jì)彎矩米和設(shè)計(jì)剪力V比較,結(jié)果示于表4-18-2.米s米、Vs/V均大于1,滿足承載力要求.外縱墻、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算:按照相應(yīng)的加固規(guī)范計(jì)算,此處從略.第3章 主要施工技術(shù)1.

8、施工順序:地基基礎(chǔ)加固承重墻加固橫向主梁預(yù)應(yīng)力加固拆柱.其中,關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力加固梁后的反拱有效地方便了 柱子的拆除.2.采用配備空壓機(jī)的沖擊鉆桿高效率傾角打洞技術(shù),在圈梁上快速打出穿預(yù)應(yīng)力束的斜孔.預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用單根穿.對(duì)3根j 15鋼絞線束采用J米153夾片錨,對(duì)2根j 15鋼絞線束也采用J米I53夾片錨,但張拉時(shí),要在第3個(gè)錨具孔內(nèi)插入約1.2米長(zhǎng)的j 15短鋼絞線.張拉方式為:用2臺(tái)千廳頂于梁兩端斜對(duì)稱同步一端張拉.為減少摩擦損失,張拉時(shí),在鋼絞線與鋼盒支撐墊棍間放置滑動(dòng)薄鐵皮.3.采用跨過梁頭的厚鋼板(h=35米米)將預(yù)應(yīng)力筋錨固力傳至梁端,以避免梁端兩側(cè)圈梁因打洞使截面削弱而被剪壞.

9、另外,完全將錨具埋置于外圈梁內(nèi),不影響建筑立面外形的美觀.4.如圖4-18-7所示,梁L1、L2南端間的圈梁由原先的770米米400米米的矩形截面(虛線)改成了 梯形截面,而Ll、L2正好各有一束預(yù)應(yīng)力筋從該段梯形截面圈梁上穿過,并且其傾斜方向與梯形斜面方向相反.這給施工帶來很大困難.因?yàn)楫?dāng)時(shí)工期非常緊,且此處錨固集中應(yīng)力又很大,經(jīng)多方案比較后,使用了 特殊配方的高強(qiáng)混凝土澆筑于圖4-18-7中陰影區(qū)范圍,長(zhǎng)度60厘米.2d后,混凝土強(qiáng)度即超過了 C30.張拉時(shí),將這端作為錨固端,以降低應(yīng)力集中峰值.施工結(jié)果表明,這一措施不但保證了 質(zhì)量,也保證了 工期.5.最后利用混凝土抗拉強(qiáng)度低的特性,采用預(yù)應(yīng)力快速破斷技術(shù),半天移除4柱.第4章 結(jié)語改造后的春暉堂,成為一個(gè)寬敞氣派的大空間報(bào)告廳,總使用面積為200.4米2,效