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新IMS预制装配式整体预应力板柱体系试验与工程实践 

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1  概述

    预制装配式整体预应力板柱体系(IMS体系)是由南斯拉夫塞尔维亚材料研究院的伯兰柯·热热立（Branko Zezely）教授于1956年首创，已经在全世界许多国家和地区得到广泛应用的一种建筑体系。

    1976年唐山地震后，南斯拉夫将这种体系介绍到我国。中建一局科研院等三十多个科研、设计、施工单位对IMS体系进行了系统的研究和开发，累计建成近30万m² 整体板柱预应力建筑，促进和发展了该体系，并于1993年颁布了《整体预应力装配式板柱建筑技术规程》（CECS52:93）

     1999年由天津市房地产设计院组织中建六局三公司和北京市建筑工程研究院北京建筑工程技术研究中心完成了一项新IMS四拼板模型试验，并将此试验成果全部应用于天津华苑产业园区内新纪元软技术发展中心工程的设计与施工中，取得了显著的技术经济效益。本文将有关试验与工程情况做简要介绍。

2  新IMS四拼板模型试验

本项试验方案为7.2m×7.2m柱网的四拼板足尺模型试验,试验数据如表1所示。表1中同时给出了1993年完成的类似试验模型数据，从两次试验数据与结果初步比较可以看出，在柱网尺寸增大的情况下，预应力筋用量减少，结构延性提高、破坏形态改善。试验取得了圆满结果，并对《规程》（CECS52:93）提出了修改建议[1]。

表1. 四拼板模型试验数据比较

3  工程实践

        新纪元软技术发展中心位于天津华苑产业园区,一期工程包括五栋八层房屋,总建筑面积约2.6万m²,全部采用IMS体系预应力装配式板柱结构,在预应力筋用量只有约3.8kg/m²的情况下,实现了7.2m×6.6m的大柱网.该工程除剪力墙为现浇混凝土外,其余如楼板、柱、边梁和垫块等均为预制构件，现场拼装。

        1#、3#、5#、6#楼纵向长度为40.8m，2#楼纵向长度达60.6m。纵向柱轴线和板拼缝中预应力筋连续,采用φ15.24mm、1860N/mm²低松驰钢绞线 ，预应力锚固系统采用了多孔群锚B&S-EPS系统Z15系列锚具。

预应力采用“先拉后折”的方法进行施工，即在将全部预应力筋张拉至设计控制应力（扣除弯折引起的应力增量）后，再对预应力筋进行压折。预应力筋张拉和压折完成后，对柱和垫块的孔道进行灌浆，保证结构的耐久性和长期使用性能。该工程于2000年3月开工，现已竣工验收。

3.1 预应力特点

        该工程1#楼的底层平面如图1所示.。

图1  1#楼首层平面示意

由图可见，该房屋采用大柱网垫块式拼板技术，以四块楼板为单位，形成一个柱网单元。对每一个柱网单元而言，楼板除在四角与柱形成摩擦节点外，楼板之间通过预制垫块相连，在预应力作用下也形成摩擦节点。

预应力筋布置于纵横两方向所有柱轴线和垫块轴线楼板之间的拼缝中，每个方向的预应力筋均通长布置，穿过柱和垫块上的预留孔道，在端部锚固在柱或垫块外侧。通过在纵横两个方向施加预应力，楼板之间由于柱和垫块的连接相互挤紧，在柱部位形成的摩擦节点，可以在相当程度上承受作用于楼板的竖向荷载，另外，在每个柱开间内，预应力筋在对称的两点进行弯折（图2），从而对拼板产生上托力，更可进一步提高结构的竖向承载力。

 对图1所示房屋，预应力筋沿纵向长度超过40.8m，本工程中最长的一座楼房，预应力筋沿纵向的长度超过60.6m。预应力筋采用1860级f15.24低松弛钢绞线，柱轴线布置6根钢绞线，垫块拼缝中布置4根钢绞线。

图2 预应力筋弯折示意

3.2 预应力施工方法

预应力采用“先拉后折”的方法进行施工，即在将全部预应力筋张拉至100%控制应力后，再对预应力筋进行压折。全部预应力筋张拉和压折完成后，应对柱和垫块的孔道进行灌浆，保证结构的长期使用性能。下面分别说明预应力施工的各种工艺。

(1) 预应力筋的张拉

预应力筋的张拉按一定程序分级进行。

首先，从整体受力性能上看，预应力的施加应始终保证结构受力均匀，能够使预制构件形成一个整体协同工作的受力体系。为此，首先对称地张拉四边轴线上的预应力筋，对楼层整体平面形成一个“外套箍”，可以在相当程度上减小后续预应力张拉可能造成结构平面的不均匀变形与扭曲。在此基础上，按由外向内的原则，先张拉柱轴线上的预应力筋，后张拉垫块拼缝处的预应力筋。另外，纵、横两方向的预应力筋在垫块部位交叉，纵向预应力筋在上，横向预应力筋在下，因此张拉时先张拉纵向预应力筋，后张拉横向预应力筋。

预应力筋的张拉采用YCN-23型千斤顶。全部预应力筋的张拉分两级进行，即先将所有预应力筋按程序张拉至50%控制应力后，再按同样的程序张拉至100%控制应力，这样可以减小后张拉预应力筋对先张拉预应力筋的影响，保证预应力筋的应力较为均匀。

(2) 预应力筋的压折

按“先拉后折”的施工工艺，在全部预应力筋张拉完成后，应按一定的次序对预应力筋进行压折。由于预应力筋的压折决定了预应力筋最终的应力状态，而本工程纵向同一根预应力筋沿各柱开间有多个压折点，因此要保证预应力筋应力的均匀性，压折的次序相当重要。一般而言，压折应按对称、间隔的原则进行，本工程中对6跨结构的压折顺序为461253，对9跨结构的压折顺序为295618473。具体施工时，先压折垫块拼缝处的预应力筋，后压折柱轴线上的预应力筋，同时，由于横向预应力筋在下，纵向预应力筋在上，压折按先横后纵的原则进行。

对垫块拼缝处的预应力筋，由于上抬力较小，采用特制的手动压折器进行压折，对柱轴线处的预应力筋，采用千斤顶配合压折器配件进行压折。压折就位后用U型卡件配合方钢梁固定预应力筋，如图3所示。

图3 压折点固定示意

(3) 孔道灌浆

预应力筋张拉和压折完毕后，应在浇筑拼缝明槽前对柱和垫块的预应力孔道进行灌浆，保证预应力筋的防腐性能，提高结构的耐久性。

由于该孔道较短，孔径较细，灌浆料用量较少，采用了特制的手动灌浆机进行灌浆。浆料采用纯水泥浆加微膨胀剂，灌浆时，先用较干的水泥砂浆封住孔道另一端，在上方留出出气口，然后用灌浆机从另一端灌入，直到出气口冒浆，迅速用较干的水泥砂浆封闭孔道。在施工过程中对灌浆情况进行了抽检，证明了这种灌浆方法的可靠性。

 4.新IMS体系的特点与推广建议

    根据上述试验和工程实践，总结出新IMS体系的主要特点如下：

    (1)采用高性能砼与高强低松驰钢绞线，结构延性提高，破坏形态改善。

    (2)采用先进预制砼技术与轻质保温隔音楼板，提高了结构整体质量和改善了使用功能。

    (3)采用多孔群锚（B&S—EPS系统）替代传统的锥塞锚，充分保证了锚固作用，完全消除了滑丝或断丝现象。

    (4)使用便携式前卡千斤顶与新型弯折专用千斤顶，简化了工艺，提高了施工效率。

    (5)采用高性能孔道灌浆料，保证结构耐久性能，

    (6)与同等柱网尺寸全现浇预应力板柱体系比较，新IMS体系在提高砼质量、加快施工速度，节约材料和降低成本等多方面具有优势。

借鉴世界上发达与发展中国家在预制装配式建筑技术方面的成功经验，为促进我国预制装配式整体预应力结构体系的发展，应加强科研、设计、施工、业主与开发商等单位之间的横向联系合作，从制订设计方案开始，深入比较和进行全面评估，充分发挥预制装配式建筑体系的优越性，努力在大面积住宅和办公建筑中大力推广新IMS体系。