预应力混凝土双曲马鞍型壳板施工方法

第1页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法YJGF21—94作者：蒋异才（柳州铁路局工程处）摘要：预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板学名为负高斯曲面板壳，是一种技术先进、板架合一的自防水大型屋面构件，1964年德国首先提出、1972年我国国内研制成功。1975年柳州铁路局在全铁道部系统中昀早研制成功马鞍形壳板，建成了全国第一个马鞍形壳板火车站站台雨棚一桂林车站站台雨棚，并迅速推广应用于仓库、工业厂房、影剧院、住宅及车站站房等各个方面。仅柳州铁路局内自行设计施工的马鞍形壳板建筑就已接近十万平方米。为准确地预制出高质量的马鞍形壳板，柳铁工程处独家研究推导出马板瞄模曲线各参数的计算公式、预应力钢丝自重挠度计算公式、布筋曲线计算公式、胎模表面纵械向曲线计算公式等一系列计算公式，并进行了大量的科学试验研究工作，形成了独具特色的关键技术。全国昀早采用马鞍形壳板做站台雨棚的桂林火车站站房工程，荣获1982年全国建筑工程质量银质奖、铁道部甲级奖。以每块宽3m、长30m的马鞍形壳板和水平采光带为屋面的南宁铁路车辆度修车库荣获1983年广西壮族自治区优质工程二等奖和铁道部优质工程甲级奖。27m跨预应力钢筋混凝土马鞍形双曲壳板项目和水平采光带项目分别获柳州铁路局1983年科技成果二等奖和三等奖。1989年对柳州铁路局设计施工的68个马鞍壳板工程进行了全面深入的调查研究，撰写出调查分析报告《马鞍形壳板屋面病害及防治》，深刻分析了马板屋面的病害、原因及防治办法，在全国马板协会第三届年会发表，深受重视。1991年制订了柳州铁路局《预应力钢筋混凝土马鞍形壳板施工规程及验收标准》，于1992年6月、日实施，深化完善了马板工程施工工艺，使马鞍壳板施工迈进了一个新阶段）在总结分析二十年来马鞍形壳板科研、设计、施工实践经验的基础上，逐步形成了本工法。第2页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@一、特点和适用范围（1）本工法适用于预应力钢筋混凝上马鞍形壳板的预制、吊袋施工全过程。（2）本工法的马鞍形壳板能在工厂或现场预制，吊装至设计位置即成屋面，90％以上的高空作业可在地面完成，快捷简便，便于工厂化生产。（3）与屋架系统相比，简化吊装工序80％，降低吊装劳动强度一半以上，大大提高了吊装人员的安全保障。（4）缩短屋面施工工期40％以上。（5）自防水，防水性能优越；不需另加其它防水材料，大大简化了防水工艺。（6）节约木材。80％以以，节约钢材28%以上，节约水泥8％以上，降低屋面造价20％以上。（7）维修简便，降低维修次数和费用50％以上。（8）特别适用于不中断生产快速更换屋面。（9）适用于仓库、工业厂房、影剧院、住宅、车站雨棚、站房等各种工业与民用建筑；不适用处于高温高热、腐蚀性物质浓烈等环境中的建筑物。二、工艺原理与关键技术（1）马鞍壳板示意图及基本公式：如图21-1所示。第3页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@式中z——马鞍壳板上任一点的竖向坐标（mm）；x——马鞍壳板上任一点的横向坐标（mm）；y——马鞍壳板上任一点的纵向坐标（mm）；a——马鞍壳板半宽（mm）；b——马鞍壳板半长（mm）；fx——马鞍壳板的横向矢高（mm）；fy一马鞍壳板的纵向矢高（mm）；（2）根据基本公式和曲面性质，推导出胎模张拉端板外侧底面曲线参数的计算公式如下：式中am——张拉端板外侧底面曲线半宽（mm）；bm——张拉端板外恻底面曲线至马鞍壳板中心的距离（胎模半长）（mm）；fxm——张拉端板外侧底面曲线的槽向矢高（mm）；fym——胎模的纵向矢高（底面曲线顶端至y轴的距离）（mm）；△b一张拉端板外恻至马鞍壳板端部的距离（mm）。（3）根据悬索原理，推导出预应力钢丝自重挠度计算公式如下：第4页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@式中w——预应力钢丝上任一点竖向自重挠度（mm）；Wmas——预应力钢丝在胎模中心点的昀大竖向挠度值（mm）；q——预应力钢丝单位长度重量（N／mm）；H——每根预应力钢丝实施预应力值（N）；y——钢丝上任一点的纵向坐标（mm）。（4）胎模张拉端板外恻布筋曲线计算公式：式中z——布筋曲线的竖向坐标（mm）；ZO——预应力钢丝保护层（mm）；x——布筋曲线的横向坐标（mm）。（5）端板底面（即胎模表面）横向曲线计算公式：式中zm1——横向曲线的坚向坐标（mm）。（6）胎模表面纵向曲线计算公式：式中Zm2——纵向曲线的竖向坐标（mm）。（7）应用双曲壳板公式的直线性原理布置和张拉预应力钢丝。（8）应用双曲壳板公式的移动性原理制作胎模和预制马鞍形壳板。（9）本工法的关键技术是：l）胎模制作技术；2）隔离剂应用技术；3）吊装技术。三、工艺流程及操作要点第5页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@（一）胎模施工工艺流程（二）马鞍形壳板施工工艺流程第6页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@（三）胎模制作操作要点（1）制作胎模的场地应符合马鞍壳板施工规程的要求。根据场地实际槽况选择胎模的布置形式（单列、成组并列、长线串接）和张拉合座类型（墩式、悬臂式，槽式）。（2）根据马鞍壳板施工规程的规定对胎模各部件进行检算，根据计算出的强度、刚度、稳定性指标遗用或制作胎模部件。（3）胎模放线是确定胎模精确度的关键步骤。单列槽式胎模的放线方法及程序如下，其它形式的胎模可参照办理。1）在选定的场地用经纬仪或其它方法放出胎模的x轴线和y轴线，网轴交点即为铀心。2）为使挖填土方昀省并便于操作，端板的高程以埋人地面二分之一端板高第7页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@度为宜，准备放端板的部位应做150mm厚混凝土基础。3）平行于y轴两侧放置预制过柱，并使两边往内侧之间的距高等于马鞍壳板总宽度（2a＋2倍边肋宽度）和胎模浇筑粉刷厚度之和。4）平行于工轴两端放置张拉端板于混凝土基础上，使两端板外侧的距高等于壳板胎模的总长度，即2bm＝2（b十△b），其中：△b包括端板总厚度、壳板端部到端板内侧的距离。用水准仪校正端板标高，使两块端板上部槽粱处于同一水平标高上，随后用电焊或螺栓把端板和两边端柱牢固连接，不留缝隙。边柱长度不合模数的间隙部分可用不低于C20级的混凝土现浇。各段边柱之间用螺栓或电焊连接。5）调整端板上梳子板的位置，使y轴成为其对称轴，总宽度不小于2am，用公式Z=fxmx2/a2m在梳子板外侧确定胎模表面横向曲线，用水准仪校核两端端板曲线各对称点，使其处于同一标高上。6）以端板曲线的昀低点（即其与y轴的交点，标高为z＝一zm）为准，沿y轴线用公确定胎模表面的纵向曲线，可将此曲线提高若干高度标到预制边往上。在此曲线上将标高加至壳板的横向总高度（横向矢高fx十边助高度hb），就是胎模的纵边顶部曲线。据此于边柱上用砌砖或混凝土做出胎模的纵边曲线。7）以纵边曲线为基准，用公式制定的曲面活动模尺在两纵边曲线上沿y轴滑动，确定胎模整个曲面形状（该过程包括挖填上，混凝土底层浇筑及水泥砂浆粉面三个层次）。特别在做砂浆面层时要按规程要求检查胎模的纵、横、对角线等尺寸及曲面形状，控制在允许偏差内。8）用端板布筋公式在端板上确定布筋曲线，用12#～16#铁丝四根检查胎模的准确性。若铁丝距胎模表面的距离处处都不小于z。且铁丝上部距马板设计表面也均不小于乙时，表示胎模准确，否则需对胎模进行适当修整直至满足要求。用一根。?6钢筋沿布筋曲线点焊于端板流子板上、距该曲线上方6～7mm处焊上另一根?6钢筋组成预应力钢丝张拉孔。第8页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@（4）胎模作好后应按规程的要求进行检查，使其质量符合规程标准。（四）隔离剂的制作、涂刷与设置压缩层粘上石棉膏隔离剂是不污染壳板和钢筋、隔离效果好、价格便宜、易于施工的自制隔离剂。其做法是：按体积比60％黄泥浆、（经过200目筛选）、30％石棉粉、10％石灰膏加水调成稠浆；胎模打扫干净后，均匀涂刷一遍，待初干后再刷一遍，随即均匀撒上一薄层滑石粉，待隔离剂干后扫去浮面多余的滑石粉。如马板支托粱内侧水平交角大于45°，则胎模支托粱槽内侧应做20～30mm厚压缩层。其作法是）：用粘土石棉浆或粘上细砂浆粉刷，外表撒水泥粉硬化。（五）材料要求马鞍壳板的所有材料均严格遵守《预应力钢筋混凝土马鞍形壳板施工规程及验收标准》的有关规定进行挑选。预应力钢丝逐盘进行检查，合格后使用。搅拌时粗细骨料都盘盘过磅，抽查包装水泥重量、严格按配合比投料。（六）张拉注意事项（1）用碳素钢丝、刻痕钢丝做预应力筋时，不允许有任何接头。张拉前先将全部钢丝按照设计文件规定，自一侧起按顺序穿好。张拉时，壳板两侧预应力钢丝对称逐根轮换张拉。胎模组总长度超过40m时采用双向双控张拉。与分布筋绑扎时扎丝头平行干预应力钢丝，并用水泥砂浆垫块控制保护层厚度不小于15mm。（2）预应力钢丝的张拉控制程序按0→105％→持荷2min→0一100％σcon进行（σcon为预应力筋张拉控制应力）。钢筋实际伸长值比理论计算伸长值大10％或小5％、或两端张拉板总变形超过6mm时，停止张拉进行处理。拉断的钢丝不能再做为预应力筋使用。（3）预应力钢丝张拉后，及时用双控钢丝内力测定仪抽查应力值并做好记录，偏差值们离设计应力值±5％时重新张拉。（4）预应力钢丝全部张拉完毕后20h内浇筑混凝土。（七）混凝土浇筑及养护（1）混凝上采用试验重量配合比并经过现场试拌。在任何情况下均确保混凝上初凝时间在60min以上，塌落度损失过大时进行二次搅拌。第9页@筑龙网预应力钢筋混凝土双曲马鞍形壳板施工工法资料编号：YJGF21—94@（2）用喷雾器反复喷湿胎模又不致彼坏隔离剂，随即用铁锹将倒在胎模外铁板上的混凝土按需要厚度均匀撒铺在胎模内，用弧板振动器从谷底依次由下而上反复振捣密实。用马板内曲面横向曲线模尺往返削刮，控制马板弧度和厚度。用木搓板搓平表面，铁抹子一次抹平压光；再次用活动模尺检查曲面，及时填平补齐。混凝土收浆时撒一层不厚于0.5mm的于水泥粉，用铁抹子用力反复拍压抹光“铁化”，“铁化”时特另“防止出现”两层皮“现象。每块马板的混凝土施工必须一次完成，不能中断和留施工缝。如遇意外情况（如突然停电等）无法再继续浇筑时，应立即将已浇混凝上铲除废弃，清理胎模与钢筋，待条件具备时再行施工。（3）在混凝土终凝后4h左右开始养护。自然养护时根据条件采用保水覆盖材料浇水养护、蓄水养护（水温不高于45℃）等方式。养护时间不少于7天。（4）试块强度己达设计强度的70％（冷拔钢丝）或80%（碳素钢丝或刻痕钢丝）时，剪丝放张，用工具剪按马板两恻钢丝对称逐根轮换从两端同时剪断。迭层生产时如需用氧炔切割下层预应力钢丝时，断口距马板端部混凝土的距离应大于50mm并快速切断。（5）马板起模后，在工地施工技术人员主持下进行外观检查，及时按壳板施工规程的规定修补壳板缺陷。（八）运送及安装要求（1）工厂预制或无及时安装条件时，应按下列规定堆放：1）按规程要求选好成品堆放场地，场地上不得有影响起吊、装运的工业管路、电线路及其它障碍物，且应有回转行车道路和通向主要交通道的道路。场地土质密实，易于排水，能满足装吊运输设备行车的要求。堆放处应设置砖、石、混凝上或钢支墩。带支托梁的马板用平面支墩，不带支托梁的用弧面支墩。两支墩的中心距等于马板跨度，支墩高度约400mm，其基础承载力根据迭层堆放的荷载经计算确走。2）每堆迭层的限制为：全长18m以下为5块，1