房屋整体预应力结构与张拉锚固体系

房屋整体预应力结构与张拉锚固体系

浅谈房屋整体预应力结构与张拉锚固体系

张志强（机械工业第六设计研究院）

房屋整体预应力结构技术不同于单个构件，它是集技术先进性、综合性和专业性于一体的高效预应力结构技术，代表了现代建筑业的工业化发展方向。它与其它许多先进技术相结合，具有一定的复杂性。

1.房屋整体预应力结构

房屋整体预应力结构是应用预应力技术将地基基础、楼屋面、墙柱组装成整体的一种结构形式。典型的房屋整体预应力结构体系有以下几种：

1.1整体预应力装配式板柱（板墙、梁柱）结构体系

整体预应力装配式板柱（板墙、梁柱）结构是在明槽（板之间、梁之间）配折线预应力筋，将预制板（梁）与柱（墙上垫块）在纵横2-3个方向拼装成无梁无柱帽，并只靠板（梁）柱（墙）之间平接接头和摩擦节点受力的装配整体式预制预应力混凝土骨架体系，国标上称为IMS体系。

我国1977年开始研究开发该体系.1979年建成全国第一栋试验建筑（它标志了我国房屋整体预应力进入了一个新阶段），至今已在北京、四川、唐山、沈阳、石家庄、广州、天津、兰州、常州等地建造住宅、商场、图书馆、办公楼、体育馆、厂房等20多万m2建筑。编制并出版了《整体预应力装配式板柱建筑技术规程（CECS52：93）》。

整体预应力装配式板柱（板墙、梁柱）结构一般为大柱网、大开间，空间布置灵活，平面利用系数大。同时还具有构件类型少，节点构造简单，预制装配程度高，施工速度快，现场作业少，结构整体性能好，抗震能力高等优点，是一种通用的很有发展前途的整体预应力结构体系。

整体预应力装配式板桩（板墙、梁柱）结构适用于一切工业与民用建筑，可设计各种形状，如圆形、六角形等，当柱网较大时可做成拼装结构。在设计时，要掌握结构及整体预应力工艺特点，例如抗震缝、沉降缝、伸缩缝等。

整体预应力施工是该体系施工的关键，建立可靠的预应力又是保证工程质量安全的关键。预应力施工分楼层进行，每一层预应力筋先张拉锚固再压折固定。张拉压折后，对柱孔及垫块挤压水泥浆，明槽内浇灌混凝土。

1.2无粘结预应力混凝土结构体系

房屋无粘结预应力混凝土结构技术，于五、六十年代在美国首先发展，在美国90%以上的楼盖为无粘结预应力结构，已有-亿平方米的建筑采用该技术，并以每年一千万平方米的速度增长。这是因为无粘结预应力施工简单，不需留孔、灌浆，可同普通钢筋一样放入模板内浇筑混凝土，混凝土达到设计强度后再张拉锚固。但无粘结结构与有粘结结构受力不同，受弯裂缝宽而少，呈脆性破坏，承载力比有粘结低，预应力力筋强度不能充分发挥，全靠两端锚具持力，所以至今有些国家还禁止使用无粘结预应力混凝土。

我国于1973年开始研究无粘结预应力混凝土，现在已有很大发展。北京市开发了无粘结预应力成型工艺及现浇无粘结预应力平板成套技术。中国建筑科学研究院等单位编制了《无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ92-93）》。北京、大连、南京、福建、天津、上海、江西、湖南及深圳等地都建起了无粘结预应力筋生产线。北京、江苏、上海、广州等几十个省市采用无粘结力建造住宅、办公楼、饭店、体育场、工业厂房等达100多万m2。

无粘结预应力混凝土结构形式有平板（单、双向）、双向密肋板（梁）、井字梁、扁梁、框架梁、悬挑梁、简支梁、门架等。十多年来，我国有关科研单位和高校对无粘结预应力混凝土进行了系统了试验和研究，在设计理论上有了很大发展。

无粘结预应力混凝土结构施工即无粘结预应力施工，包括无粘结筋的制作、铺放、张拉锚固及端部锚具保护处理等。

1.3高效预应力混凝土框架结构体系

高效预应力混凝土框架结构体系是在框架梁（柱）中采用了高强预应力筋（有粘结或无粘结的高强钢丝、钢绞线或钢筋）、按超静定期结构与部分预应力混凝土理论设计。该体系性能好、跨度大，是建设部“八.五”重点开发项目之一。目前全国已有100多项工程，共100多万m2建筑采用了高效预应力混凝土框架结构，并已推广到北京、上海、江苏、天津等22个省市。

预应力混凝土框架结构分为整体装配式和现浇整体式。现浇结构分为有粘结与无粘结结构。有单跨单层和单跨多层，有多跨单层和多层，还有双向主次梁，井字梁，密肋梁等。预应力混凝土框架结构设计首先是确定方案根据给定的条件，确定结构形式、尺寸、梁柱截面及配筋。设计人员主要考虑结构的总体性能，使结构性能优良、经济和安全，并考虑可能引起破坏的各种约束和环境因素，以达到使用功能和环境结合，使预应力能有效作用于结构的目的。

预应力混凝土框架结构施工包括梁柱施工、预应力孔道留设、张拉锚固及孔道灌浆等。孔道成型方法有预埋金属波纹管，塑料管、钢管；钢管抽拔、胶管抽拔等。孔道成型后，可用穿预应力筋的方法疏通孔道。预应力筋既可在混凝土浇筑前穿入，也可浇筑后穿入。预应力筋穿入孔道后直到张拉锚固完毕，严禁电气焊及接地电流损伤预应力筋。预应力张拉可以随楼层进行，也可以数层一起先上后下或先下后上进行。预应力张拉锚固应不占工期或很少占工期。

1.4大悬挑与转换大梁结构体系

为适应新型预应力结构的发展，充分利用空间，发行更新旧有房屋与厂房，现代工业与民用建筑中的大通廊、大悬挑、大挑层、大雨蓬等构造形式不断出现。采用预应力重载大悬挑与传力转换大梁结构，具有刚度大、变形小，不开裂及自重轻的优点，可节约混凝土45%，节约钢材20%。

预应力大悬挑与转换大梁的结构设计要考虑梁柱节点刚接还是铰接、用有粘结筋还是无粘结筋、结构的截面形式、局部承压和端部抗裂等。要保证一定的安全系数，一般抗裂安全系数为1.26-1.29，强度安全系数为2.5。

施工方法分预制装配式和现浇后张式。预应力张拉锚固工艺包括孔道成型；锚具、预应力筋制作；穿束，张拉锚固；孔道灌浆；端部处理及封闭端部锚具，防护等。

1.5预应力悬索网壳等特种结构

我国预应力技术在特种结构中的应用已有30多年历史，北京火车站中央大厅就采用了预应力双曲大扁壳屋顶（1959年建成）。近十几年来，在特种结构中越来越多地应用了预应力技术，形式多种多样，有预应力悬索网壳屋盖、电视塔、核电站安全壳等，与同样用途的其它结构比较，造价低、节约材料、施工方便，并能提高结构的整体性和耐久性。

预应力技术广泛应用于特种结构，解决了环向预应力和竖向预应力的技术问题，特别是在电视塔高耸结构中，解决了超长预应力筋的的施工技术问题。中国建筑第三工程局在天津电视塔施工中，总结出超长竖向张有粘结钢绞线预应力施工工法，被列为国家级工法（YJGF-29-92）。

特种结构的设计比较复杂，要分别具体对象，进行方案造反进行承载力，抗裂，抗风、变形计算。对预应力张拉锚固体系进行选择，对预应力损失进行计算，有时要先做试验。

特种结构预应力施工主要是环向预应力、竖向预应力、无粘结预应力。无粘结预应力主要指空中悬索，由于长期暴露空中，预应力索防腐（防火）要求特别严格，外包材料要牢固、耐久，对锚具的要求更严格。

2预应力张拉锚固体系

我国高效预应力混凝土结构技术从单个构件发展到房屋整体预应力阶段，其中预应力张拉锚固体系是关键。由不同的高强预应力筋、锚（夹）具、连接器和张拉锚固设备组成不同的张拉锚固体系，形成不同的施工工艺。它们之间有共同点，但更要注意不同之处。各种张拉锚固体系不断改进、完善和创新，施工工艺有了很大进步。选用预应力张拉锚固体系时，在满足技术要求前提下，造价要低。设计与施工人员对某种张拉锚固体系的熟悉程度，也决定着某体系是否被采用。下面介绍几种在房屋整体预应力结构施工中常用的张拉锚固体系，供选择参考。

2.1高强钢丝束张拉锚固体系

高强钢丝质量稳定，工艺简单，是比较理想的适用材料。目前我国研制的高强钢丝已有10多个品种，20多家生产，年产30万吨。

2.1.1锚具

高强钢丝束的锚具有锥形锚、镦头锚，夹片锚。

a锥形锚：锥形锚锚固性能好,构造简单，制作使用方便，造价低廉。高强钢丝束一端张拉，张拉端可用锥形锚，固定端可用镦头锚板。这种体系与中低强度预应力钢材比较，可节约钢材40-60%，降低造价20%-30%。该体系被选入全国通用建筑标准图集中，并编写了“高强钢丝预应力混凝土标准构件的施工建议”。

b镦头锚。钢丝镦头锚有近十种类型，最简单的是镦头锚板，分为固定端、张拉端、组合式等，其它类型有单根钢丝镦头锚、镦头螺杆锚、杯型镦头锚、环形镦头锚、冷铸锚等。镦头锚有很多优点：（1）锚固钢丝根数灵活，从单根到几百根均可；（2）锚固安全可靠、预应力损失小；（3）锚具加工简单方便；（4）张拉速度快；（5）节约预应力钢丝。但两端镦头的钢丝长度要求严格，下料长度计算复杂、用人工较多。张拉端用杯型墩头锚时要扩大预留孔。镦头锚造价比锥形锚贵，但比夹片锚便宜。

c夹片锚。钢丝束夹片锚只能锚固规格为7φs5、7φs7及其以下为单元的钢丝束，可组成群锚。夹片锚体积小、重量轻、张拉锚固方便，但造价高。

2.1.2张拉锚固设备

高强钢丝张拉锚固设备有钢丝液压冷镦器锥锚式、穿心式等张拉千斤顶及配套高压油泵，高压胶管、接头、油嘴等。