预应力框架结构施工方法

框架结构主要包括框架梁、框架柱和楼板等。一般情况下，现浇预应力混凝土框架结构中，框架梁为预应力结构，采用后张法施工; 框架柱一般是非预应力的，对顶层边柱，有时为了解决配筋过多的问题，也有施加预应力的; 楼板结构则根据情况，有时为无粘结预应力楼板，有时则为非预应力混凝土结构。本节主要介绍现浇整体预应力框架梁和柱的结构施工。

5.7.1 框架梁的预应力筋布置形式

预应力混凝土框架梁的预应力筋布置的外形应尽可能与弯矩图一致，尽可能减少孔道摩擦损失，节省锚具，方便施工。以下主要介绍单跨框架与连续多跨框架结构的预应力筋布置。

1. 单跨框架梁的预应力筋布置

在竖向荷载作用下，单跨预应力混凝土框架梁的支座弯矩与跨中弯矩差异不大。梁中的预应力筋有如图5.7.1所示的几种布置形式。

图5.7.1 单跨框架梁的预应力筋布置方案图

①正反抛物线布置，如图5.7.1 (a) 所示。从跨中C点至支座A点 (或B点) 采用两段曲率相反的抛物线，在反弯点D (或E点) 处相接并相切，A点 (或B点) 与C点分别为两抛物线的顶点。因此，反弯点位于A点 (或B点) 与C点的连线与反弯点位置线的交点上。反弯点的位置线距梁端的距离，一般取0.1～0.2L (L为梁的跨度)，即α=0.1～0.2。图5.7.1 (a) 中的抛物线方程为

y=Ax2　(5.7.1)

该方案常用于支座弯矩与跨中弯矩基本相等的单跨框架梁。

②直线与抛物线形相切布置，如图5.7.1 (b) 所示。跨中区段的抛物线与梁端区段的直线相切。切点位置D点(或E点) 距梁端的距离L1，可以按下式计算

该方案宜用于支座弯矩较小的单跨框架梁。

③折线形布置，如图5.7.1 (c) 所示。β值取1/4～1/3，宜用于集中荷载作用下的框架梁或开洞梁。

2. 多跨框架梁的预应力筋布置

在竖向荷载作用下，多跨预应力混凝土框架梁的内支座弯矩约为跨中弯矩或边支座弯矩的2倍。梁的预应力筋布置有连续布置，如图5.7.2 (a) 所示，和连续与局部组合布置，如图5.7.2 (b) 所示，对不等跨框架梁，部分顶应力筋在短跨切断，如图5.7.2 (c) 所示。

图5.7.2 (a) 中，直线与抛物线切点D的位置与求法如下

图5.7.2 (b) 中，β1=0.25～0.5; β2=0.25～0.35。

如果内支座弯矩比跨中弯矩与边支座弯矩大得多，可以在中支座处加腋或局部加筋解决。

5.7.2 构造措施

1. 预应力筋孔道布置

①预应力筋保护层的最小厚度: 对梁底取50mm，对梁侧取40mm，使预应力筋位于非预应力钢筋以内。

②预应力筋孔道直径宜比钢丝束或钢绞线束的外径大5～10mm，且孔道面积应不小于预应力筋净面积的2倍。

③预应力筋孔道的最小净距，应大于粗骨料最大直径的4/3。对曲线筋孔道，竖直方向净距应不小于孔径d，对使用插入式振动器穿过孔道捣实时，水平方向净距应不小于1.5d。

图5.7.2 多跨框架梁的预应力筋布置方案图

④曲线孔道的曲率半径，对钢丝束，应不小于4m。折线孔道的弯折处，宜采用圆弧线过渡，其曲率半径可以适当减小。

⑤灌浆孔的位置宜设置在孔道的最低处，其间距一般应不大于15m; 对波纹管孔道，可以放宽至24m。曲线孔道的高差大于500mm时，应在孔道的每个峰顶处设置泌水管。

⑥在梁中部设置张拉端时，应在该处楼面板设置相应的施工孔，施工孔一般为400mm×800mm，并预留钢筋，待预应力施工完毕后再浇筑施工孔处楼面板的混凝土。

2. 钢筋构造措施

①在框架梁的预应力筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处内侧设置钢筋网片，以增强预应力筋弯折区段的混凝土。

②当框架梁的截面高度范围内有集中荷载作用时，应在该处设置附加箍筋，不宜采用吊筋，以免将预应力筋孔道挤弯。

③当框架梁的非预应力负筋在锚固区向下弯有困难时，可以向上弯或缩进向下弯，弯折点位置至框架柱内侧的距离应大于h/2 (h为柱截面高度)，锚固长度必须满足相关规范中的要求。

④由于预应力筋扩大孔位于柱的外侧，框架柱的纵向受力钢筋宜尽量布置在柱的四角处。

3. 锚固区构造

锚固区是指后张预应力混凝土结构端部锚具下的局部高应力扩散到正常允许压应力所需的区段。锚固区的受力比较复杂，端头局部高应力在垂直于预应力筋方向会产生较大的拉应力，该区段的截面尺寸和承载力取决于: 锚具与垫板尺寸、锚具间距与锚具至边缘距离、混凝上强度等级、钢筋网片或螺旋筋等。

锚固端位置与做法如图5.7.3所示。预应力筋锚固在梁柱节点时，由于柱的尺寸大，引起的拉应力一般不会使混凝土劈裂并逐步消散。预应力筋锚固在悬臂梁端时，由于梁的厚度薄所引起的拉应力大，通常需要配置附加钢筋，以防止混凝土沿孔道劈裂。预应力筋锚固在梁体内，只适用于固定端。

图5.7.3 锚固端做法

1—柱; 2—梁; 3—JM型锚具; 4—预埋钢板; 5—网片; 6—孔道; 7—纵筋8—QM型锚具; 9—喇叭形铸铁垫板; 10—螺旋筋; 11—DM型锻具12—扩大孔; 13—附加钢筋; 14—预应力筋; 15—内埋式锚具

预应力筋锚固端做法，又可以分为凸出式和凹入式。前者节点构造简单，但凸头影响美观，需加以装饰。后者用细石混凝土封裹与柱面齐平，且不易渗水，但节点复杂，有时难以处理。

5.7.3 预应力框架结构施工顺序

多层现浇预应力混凝土框架结构施工时，首先应安排好框架梁混凝土施工和预应力筋张拉两道工序之间的顺序关系。对框架混凝土施工与预应力筋张拉顺序，可以分为“逐层浇筑、逐层张拉”和“数层浇筑、顺向张拉”等。对现浇预应力混凝土楼盖，宜先张拉楼板、次梁的预应力筋，后张拉主梁的预应力筋。

1. 逐层浇筑、逐层张拉

多层现浇预应力混凝土框架结构施工时，浇筑一层框架的混凝土，张拉一层框架梁的预应力筋，自下而上逐层完成的施工顺序称为“逐层浇筑、逐层张拉”，如图5.7.4所示。其施工顺序为:

图5.7.4 “逐层浇筑、逐层张拉”施工顺序示意图

①第一层框架柱及第二层框架梁混凝土施工，如图5.7.4 (a) 所示。

②第二层框架柱混凝土施工及第三层框架梁支模、绑扎钢筋与孔道留设，如图5.7.4 (b) 所示。第二层框架梁混凝土达到设计要求后，张拉该层框架梁预应力筋，孔道灌浆。

③第三层框架梁混凝土浇筑，如图5.7.4 (c) 所示。第二层框架梁孔道灌浆强度达到设计要求后，拆除梁下的支撑与底模。

④第三层框架柱混凝土施工及第四层框架梁支模、绑扎钢筋及孔道留设，如图5.7.4 (d) 所示。第三层框架梁混凝土强度达到设计要求后，张拉该层框架梁预应力筋，孔道灌浆。

重复进行以上过程，直至屋面梁施工完毕。

采用“逐层浇筑、逐层张拉”施工时，由于框架梁下支撑只承受一层施工荷载，预应力筋张拉后即可拆除，因此占用模板、支撑的时间和数量均较少。一般梁侧模板只需配置一套，梁底模及支撑需要配置两套。但是，预应力张拉专业队伍每层需要进场一次，花费时间较多。

采用这种施工顺序组织施工时，上层框架梁混凝土浇筑应在该下层框架梁预应力筋张拉后进行。每层框架梁混凝土浇筑后又都必须养护到设计规定强度时，方可张拉预应力筋。一般情况下，框架梁混凝土养护所需时间较长，所以，对于平面尺寸不大的工程，每层框架梁混凝土养护与预应力筋张拉都要占用一些工期。对于平面尺寸较大的工程，则可划分施工段组织流水施工，以减少混凝土养护对工期的影响。

2. 数层浇筑、顺向张拉

多层现浇预应力混凝土框架结构施工时，在浇筑2～3层框架梁混凝土之后，自下而上 (顺向) 逐层张拉框架梁预应力筋的施工顺序称为“数层浇筑、顺向张拉”，如图5.7.5所示。主要施工顺序为:

图5.7.5 “数层浇筑、顺向张拉”施工程序示意图(www.xing528.com)

①第一层框架柱至第三层框架梁混凝土施工，如图5.7.5 (a) 所示。

②第三层框架柱混凝土施工及第四层框架梁支模、绑扎钢筋与孔道留设，如图5.7.5 (b) 所示。第二层框架梁混凝土强度达到设计要求、第三层框架梁的混凝土也具有一定强度之后，张拉第二层框架梁预应力筋，进行孔道灌浆。

③第四层框架梁混凝土浇筑，如图5.7.5 (c) 所示。第二层框架梁孔道灌浆强度达到设计要求后，拆除梁下的支撑与底模。

④第四层框架柱混凝土施工及第五层框架梁支模、绑扎钢筋与孔道留设，如图5.7.5 (d) 所示。第三层框架梁预应力筋张拉。

按照以上施工顺序，依次完成全部工作。

采用数层浇筑、顺向张拉时，框架结构混凝土施工可以按普通钢筋混凝土结构一样逐层连续施工，框架梁预应力筋张拉可以错开一层，自下而上逐层跟着张拉。采用这种施工顺序，立体交叉作业，工作紧凑，可以缩短工期，但占用支撑和模板较多。

采用这种施工顺序时，由于下层框架梁预应力筋张拉后所产生的反拱，会通过支撑对上层框架梁产生影响，因此，张拉时要求上层框架梁混凝土的强度应达到C15以上。

5.7.4 预应力混凝土框架梁施工

多层现浇预应力混凝土框架结构具有跨度大、柱距大、施工荷载大和高空张拉等特点。因此，预应力框架梁施工与普通钢筋混凝土框架施工相比较，难度更大，施工技术要求更严。这里主要阐述预应力混凝土框架施工的特殊要求与方法。

1. 模板的安装与拆除

预应力混凝土框架梁由于梁的高度大、自重大、层高也较大，因此，支模时，支架的承载力应能承受施工过程中可能出现的最大施工荷载，而且稳定性要好。应特别注意框架梁底层梁模板支撑的地基必须稳定可靠，要做好地基处理，防止不均匀沉陷。

支撑方式有扣件式钢管排架、门式脚手架和可调独立支撑三种支撑方案，施工时可以结合施工顺序、荷载的大小和支撑供应条件等进行选用。

安装预应力框架梁模板时，先在支架上安装好梁底模板和梁一边侧模板，并在其上按曲线坐标弹出波纹管的位置线，然后绑扎梁的钢筋骨架并安装波纹管，如图5.7.6所示，波纹管及钢筋骨架安装完毕，应对波纹管进行检漏试验，经检查无误后再安装梁另一侧模板。

图5.7.6 梁模板与波纹管的安装示意图

架; 2—模板; 3—箍筋; 4—钢筋支托; 5—波纹管; 6—垫块

预应力框架梁模板的起拱值，考虑到梁张拉后产生的反拱可以抵消部分梁自重产生的挠度，因此，预应力框架梁模板的起拱值应比普通钢筋混凝土框架梁要小，其起拱高度宜为全跨长度的0.5‰～1‰。

预应力框架梁的侧模板和现浇楼板的底模板，应在预应力筋张拉前全部拆除，以避免施加预应力时模板束缚梁的混凝土自由变形，影响混凝土预加应力的建立。框架梁底模板及支撑应在预应力筋张拉结束，孔道灌浆强度达到15MPa后方可拆除。

2. 混凝土浇筑

预应力混凝土框架结构混凝土的强度等级宜为C35～C40。预应力混凝土框架梁的高度较大，混凝土应分层浇筑，且用插入式振动器振实。混凝土振捣过程中，应特别注意振动器不得触及波纹管，以防止损坏波纹管而引起漏浆，堵塞孔道，给穿入预应力筋带来困难。同时，在框架梁端部，梁柱节点处等关键部位，因钢筋密集，浇捣困难，宜采用小直径 (φ30) 的振动棒或振动片，仔细振捣密实，切勿漏振，以免张拉时因梁端混凝土不密实，使预埋钢板凹陷，造成质量事故。

在框架梁浇筑过程中，为了防止波纹管偶而漏浆引起孔道堵塞，应采用尼龙绳牵引通孔器 (比孔道直径小10mm，长70～30mm的铁块) 在波纹管孔道内来回拉动。在浇筑混凝土前，预应力筋已穿入孔道时，则应利用已穿入的预应力筋来回抽动，以保证孔道畅通。在孔道最低处设置排水孔 (一般灌浆孔兼排水孔)，混凝土浇筑完毕后，用高压水冲洗波纹管内壁，能有效清除孔道内的漏浆。

大面积框架梁与楼面混凝土浇筑时，可以采用泵送混凝土，但应采取减少混凝土收缩的措施。

梁柱混凝土应分开浇筑，施工缝一般留在梁下20～50mm处和梁上200～400mm处，后者系考虑到梁端预应力筋张拉时局部承压需要。

预应力框架梁一般不允许留施工缝，楼面的施工缝可以留在次梁的中间1/3跨中处。

3. 曲线预应力筋穿束

框架梁曲线预应力筋采用先穿或后穿，直接影响到施工顺序安排与留孔质量控制，应在施工组织设计中明确作出规定。一般情况下，框架结构的预应力钢筋束宜采用先穿法施工。

4. 曲线预应力筋张拉

在现浇后张预应力混凝土框架结构中，框架梁混凝土达到强度等级的75%以上，且不低于C30后，方可进行张拉。

对于单跨框架梁的曲线筋可以采用一端张拉，该方法是在研究曲线预应力筋的孔道反摩擦损失与锚固损失的基础上进一步提出的。通过12～24m单跨框架梁的抗裂度分析，对配置二束预应力筋 (张拉端交错布置在两端) 的梁，抗裂度影响甚微，对配置一束预应力筋的梁，支座处抗裂度下降仅1%～3%，一般仍能满足设计要求，必要时可以采取超张拉措施，以提高固定端应力。目前，该技术在单跨框架梁中已得到广泛采用。

在张拉过程中应用超张拉回松技术可以有效减少孔道摩擦损失，使预应力值沿长度方向分布较为均匀。该方法首先适当超张拉，可以提高内支座处的应力，随后再回松，张拉端应力下降，使预应力筋沿梁的长度方向分布的应力比较均匀。

在单向预应力混凝土框架结构中，其张拉顺序一般宜对称于整个楼层进行。当现浇预应力框架结构梁的断面尺寸较大，楼面整体性好时，框架梁的张拉顺序，也可以按轴线顺序从一边向另一边推进，使张拉设备移动线路最短。

对每榀框架梁中预应力筋的张拉顺序，可以自上而下或自下而上进行，应根据受力特点和安全施工等因素确定。由于框架梁的断面尺寸较大，混凝土的预压应力较小，楼板刚度较大，张拉端又在框架柱上，因此为便于施工，可以采取不对称一次张拉，即第一束先一次拉足张拉力。

当框架结构的主、次梁均采用预应力时，双向预应力框架梁的张拉顺序，应先张拉次梁，后张拉主梁。如果先张拉主梁，往往会由于主梁反拱较大，使位于主梁跨中的次梁被抬起，造成次梁与模板支撑脱开，这时次梁尚未张拉，有可能产生裂缝。

预应力井式梁结构的张拉顺序，按双向对称进行。

5.7.5 预应力混凝土框架柱施工

在大跨度预应力混凝土框架结构中，由于框架梁跨度大，荷载大，顶层梁柱节点采用刚接时，就会导致顶层边柱的偏心弯矩很大，柱中需配置许多纵向钢筋，造成钢材浪费。若将顶层边柱设计成预应力混凝土柱，可以有效地解决边柱中配筋过多的问题，而且又提高了边柱的刚度和抗裂度。

1. 预应力筋布置与固定端构造

大跨度顶层预应力混凝土框架边柱的纵向预应力筋布置方式有: 二段抛物线与折线两种。二段抛物线布筋方式如图5.7.7 (a) 所示，其优点是能与使用弯矩图相吻合，施工也较方便，但孔道摩阻损失较大。折线筋方式如图5.7.7 (b) 所示，其优点是能与使用弯矩图基本吻合，摩阻损失可以小一些。

预应力筋下端的锚固，根据预应力筋种类不同，可以采用半粘结式锚具或全粘结式锚具。

图5.7.7 框架柱预应力筋布置方式

半粘结式锚具 (如图5.7.8 (a) 所示) 是柱的预应力筋下端部分靠粘结锚固，部分靠机械零件锚固。若采用钢丝束体系，由于钢丝表面光滑，粘结力差，单靠部分长度钢丝粘结不能满足要求，因此，钢丝束下端还需设置镦头锚板进行锚固。为使浆体易于进入钢丝束端头，钢丝束下端作成扩大头，锚板底部焊有4根锚筋，以增加粘结。为了防止浇筑混凝土时锚板上浮而脱开镦头，锚板下还要焊一块薄钢板将镦头托住。固定端应配置螺旋筋，以增加局部承压能力。试验表明，当锚固长度大于500mm时，粘结部分可以承担钢丝极限强度的10%～27%，其余均由锚板承担。

图5.7.8 柱脚固定端构造

丝束; 2—螺旋筋; 3—锚板; 4—薄钢板; 5—波纹管; 6—灌浆孔; 7—施工缝8—钢绞线束; 9—压花锚具

全粘结式锚具 (如图5.7.8 (b) 所示) 是柱的预应力筋下端全部靠粘结锚固。若采用钢绞线束体系，由于钢绞线粘结性能好，钢绞线下端可以采用压花头进行锚固。钢绞线的锚固长度la不小于1200mm，压花头处混凝土强度等级不小于C30。

2. 预应力混凝土柱施工

框架柱预应力筋采用钢丝束半粘结式锚固体系时，为了便于施工，可以事先将预应力筋各部件组成预应力筋组装件，然后随着框架往的施工分阶段进行就位固定。

制作预应力筋组装件，包括钢丝束、波纹管、螺旋筋、预埋钢板和徽头锚具等。其组装顺序为: 预应力筋下料、组装固定端 (穿锚板、镦头和焊托板)、套入波纹管与螺旋筋、组装张拉端 (套入预埋钢板、穿锚具和镦头)。

在下层框架梁浇筑混凝土前，应将预应力筋组装件的固定端按设计位置埋入柱内固定，端部锚板应与柱钢筋焊牢。预应力筋组装件上部可以用支架进行临时固定，待混凝土浇筑至梁面时，将组装件的波纹管轻轻压入新浇筑混凝土内约100mm。

框架柱钢筋绑扎后，将预应力筋组装件按设计位置进行固定，且在离下层梁面50～100mm处用塑料弧形压板留设灌浆孔，再用塑料管引出柱外，继续浇筑混凝土至上层梁底的施工缝处。

绑扎柱顶钢筋的同时，按设计坐标位置固定预应力筋组装件，并使波纹管上口伸入预埋钢板孔内，然后用胶带纸封裹接口。浇筑柱顶混凝土时，尽量提紧钢丝束，并使锚板紧贴预埋钢板，以保证柱的标高，端部混凝土必须振捣密实，并确保预应力筋组装件位置正确，不得向外偏移，以防止张拉时柱角劈裂。

预应力筋张拉时，将千斤顶立放，配有专用张拉套筒与锚板式镦头锚具相连接，张拉到吨位后，在锚板与垫板之间加入两片半圆环垫板。两片半圆环垫板之间应留出5mm左右孔隙，作为灌浆时的泌水孔。

竖向孔道灌浆，一般可以按常规方法进行。为使柱顶孔道灌浆饱满密实，在灌浆嘴处装一阀门，灌浆完毕后在稳压的情况下，关闭灌浆嘴阀门，弯折并扎紧灌浆孔处的塑料管，以防止竖向孔道内水泥浆倒流。此外，灌浆前在柱顶锚具处还设置有简易灌浆罩，灌浆时水泥浆从锚具的排气孔和半圆环垫板缝隙处喷出水泥浆，填满灌浆罩。停止灌浆后，罩内水泥浆能补充因泌水引起的孔隙，使竖向孔道水泥浆饱满。因罩内水泥浆容易堵塞排气孔，因此，应经常用铁丝通孔并随时人工补浆，以保证竖向孔道灌浆密实。