預(yù)應(yīng)力技術(shù)在改造工程中的應(yīng)用

1、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在改造工程中的應(yīng)用東南大學大禮堂是該校的一幢標志性建筑，建于本世紀 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，須對大禮 堂進行補強加固， 并將大禮堂東廂 2層樓房的底層改造成一大空間報告 廳，取名為春暉堂。這樣，就需抽除底層 4根300mM 300m的柱子Z1 Z4(圖4-18-1),以滿足建筑使用要求。該房建筑平面尺寸為17.28mx 1 1.60 m,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1964年增建的禮東教學樓引起原本較弱的地基( R< 60kN/m2)不均勻沉降，導致春暉堂東端南北外墻出現(xiàn)了

2、明顯的斜裂 縫。因此,改造過程中,對外縱墻及地基基礎(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，春暉堂原二層樓面的內(nèi)框架梁 L1、L2、L3和次梁LT、L 2的截面尺寸均為300mM400mm四周承重墻寬占bw=370mm混凝土 強度等級C20,I級鋼，屈服強度設(shè)計值?y=210N/mm2對此，補強改 造的方案可以有多種,但主要有以下 3種方案：【方案一】原則上不改變原梁的主次關(guān)系，直接加固梁 L1、L2，用 作主梁。而LT、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

3、。荷載傳遞流程如圖4-18-2(a)所示【方案二】將原梁L1、L2和次梁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?！痉桨溉繉⒃瓨敲媪篖1、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)對稱設(shè)置折線形高強預(yù)應(yīng)力鋼絞線束進行

4、補強， 同時將加固梁 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(770mM 400mm內(nèi)，以滿足建筑外立面要求。張拉結(jié)束后，用 C30昆凝 土封堵外圈梁上局部缺口，并包裹鋼絞線束，以達到防火、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)配筋細石昆凝土夾板墻結(jié)合鋼筋昆凝土扶壁柱法加 固外縱墻 (圖4-18-4) ，另一方面，因為地基基礎(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- 1 8-5) ，這樣還可有效阻止不均勻

5、沉降的繼續(xù) 發(fā)展。旋噴樁對稱于墻中心線布置，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)計計算春暉堂抽柱改造后，二層樓面梁L2'上還要增加一面3.5m高的內(nèi) 墻。為減輕自重，采用墻兩側(cè)各抹灰厚25mr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、LT。在梁L1、L2、LT和L2'的加固設(shè)計中，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入，而僅將其作為加固梁的一部分安 全儲備。另外，由于采用預(yù)應(yīng)力加固改造法，抽柱前在對梁 L1、 L2、 LT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，

6、從而卸去柱上的壓應(yīng)力，方便了柱子的拆除。具體設(shè)計計算方法 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'均可簡化成簡支梁。梁上靜、活荷載標準值分別以 D L表示，圖4-18-6為加固梁的計算簡 圖。2. 由加固梁計算簡圖可計算出控制截面內(nèi)力值：梁 L1、L2和LT的彎矩M仁623kN m 剪力V仁215kN梁L2的彎矩M2=739kN m 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j15鋼絞線，錨具選用JM15-3夾片錨。張拉 控制應(yīng)力：對梁 L1、L2和LT 取。con 1=0

7、.65?ptk= 1020N/mm2 對梁 L 2 取。con2=0.56 ?ptk =879N/mm 2。根據(jù)公式 Ap=MK(PPR) / (0.9 op s x hop)，估算出預(yù)應(yīng)力筋面積，結(jié)果列于表4-18-1。式中：PPF預(yù)應(yīng)力度，因不考慮原梁鋼筋抗彎作用，故取 1.0 ;(T ps預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力設(shè)計值，近似取c con。第3節(jié)預(yù)應(yīng)力加固梁承載力計算預(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c 12，錨固損失c 11，松弛損失c 14和混凝土壓縮徐變損失cl 5。計算結(jié)果見表 4-18-2 。預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力設(shè)計值c ps：按照公式c ps =(1/1.

8、2)( cp e+5001400 p 0)計算，結(jié)果列于表4-18-2。加固梁的抗彎與抗剪承載方Ms與Vs：將加固預(yù)應(yīng)力視作梁的內(nèi)應(yīng) 力，根據(jù)力學平衡條件刀N=Q刀M=Q易得抗彎與抗剪承載力Ms,和V s。最后，將其與設(shè)計彎矩M和設(shè)計剪力Vt匕較，結(jié)果示于表4-18-2。M s / M Vs/V均大于1，滿足承載力要求。外縱墻、地基基礎(chǔ)的設(shè)計計算：按照相應(yīng)的加固規(guī)范計算，此處 從略。第3章 主要施工技術(shù)1. 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. 采用配備空壓機的沖擊鉆桿高效率傾角打洞技術(shù)，在圈梁上快速打出穿

9、預(yù)應(yīng)力束的斜孔。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用單根穿。對3根j 15鋼絞線束采用JM15-3夾片錨，對2根j 15鋼絞線束也采用JMI5 3 夾片錨，但張拉時，要在第3個錨具孔內(nèi)插入約1.2m長的j 15短鋼絞 線。張拉方式為： 用2臺千廳頂于梁兩端斜對稱同步一端張拉。為減少 摩擦損失，張拉時，在鋼絞線與鋼盒支撐墊棍間放置滑動薄鐵皮。3. 采用跨過梁頭的厚鋼板（h=35mm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。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770mM 400 mr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。因為當時工期非常緊，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混凝土澆筑于圖 4 -18-7中陰影區(qū)范圍，長度60cm 2d后，混凝土強度即超過了 C30張 拉時，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，成為一個寬敞氣派的大空間報告廳，總使用面 積