实践技术：装配式预应力钢筋混凝土屋面板预制安装关键技术研究与实践——以万安县粮食仓储配送中心建设项目为例
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第5期
装配式预应力钢筋混凝土屋面板预制安装关键技术研究与实践
——以万安县粮食仓储配送中心建设项目为例
朱先禄，武玉波，肖熊
［摘要］本文针对 1.5m×6.0m 预应力混凝土屋面板在生产、装配施工过程中的核心技术进行了深入探讨，特别是在预应力张拉工艺、质量管理、构件拼接等关键节点上进行了细致阐述和理论分析。通过对万安县粮食仓储配送中心建设工程的案例剖析，展示了装配式预应力钢筋混凝土屋面板在实际工程应用中的高效性与优越性，同时也揭示了此类面板在生产与安装中面临的挑战及其解决策略。
［关键词］预应力屋面板；张拉技术；质量把控；构件拼接；结构稳定性
引言
预应力混凝土屋面板由于其独特的预应力机制和显著的结构性能优势，在现代建筑设计和施工中占据着不可或缺的地位。预应力屋面板采用预张拉工艺，在承受荷载和应对自然灾害等方面具有出色表现，可提升结构轻量化水平，具有良好的结构性能；预应力屋面板成本低，可减少混凝土使用量和降低维护费用，可在各类建筑项目中应用。本文以万安县粮食仓储配送中心建设项目为典型范例，系统研究了预应力混凝土屋面板的预制化生产、精确安装及其内在的技术逻辑，尤其关注了预应力张拉技术的精控、全链条质量管理和构件间无缝拼接等核心问题，旨在为同类工程项目提供理论指导与实践参考。
工程概况
万安县粮食仓储配送中心建设项目占地面积达2032.84m，总高度13m，屋面斜度设计为13.12，设计储备量可达8066吨稻谷。此项目屋顶采用了2201.5m6.0m的装配式预制预应力屋面板，每块面板重量约吨，全部通过装配式施工工艺安装。施工过程中，对预埋件进行精准定位，屋面板与现场预埋件四个角进行稳固对焊，现场安装无需模板和临时支撑，仅需名工人进行扶正定位操作，极大提升了施工效率。
预应力屋面板的特点及优劣势
2.1预应力屋面板的优点
）整体性优良
预应力屋面板凭借其卓越的整体性赢得了业界的广泛认同。整体性体现在预应力构件在施工完成后能形成一个协同工作的整体，使各个部分共同抵御荷载，大幅减少了裂缝的产生，突显出结构的整体抗震性和稳定性。预应力屋面板通过预应力技术的应用，使混凝土在受力状态下负荷分布更为均衡，减小裂缝产生，显著提升了抗裂性能和整体性优势，从而使预应力屋面板在结构设计和建筑施工中应用广泛。
）高效预应力技术应用
预应力屋面板的另一显著特点是高效预应力技术的应用。预应力技术是通过预先施加计算精确的预应力，使构件在使用过程中能更有效地对抗外部荷载，提高结构的承载能力。对于屋面板而言，高效的预应力技术可以使其在较小的截面尺寸下达到更大的荷载承载能力，节约了材料的使用量，同时提高了结构的经济性和可持续性。
）成本效益显著，结构性能优异
预应力屋面板兼具成本低廉和优秀的结构性能特征。通过预应力技术，在结构设计中实现了材料的高效利用，减小了截面尺寸，从而降低了总体建筑成本。同时，预应力屋面板在施工后展现出出色的抗裂性和变形控制性能，有力增强了建筑结构的稳定性与耐久性。预应力屋面板的低成本、高性能特征使其在建筑领域得到了广泛的应用。
预应力屋面板通过在混凝土结构内部预先形成预压力，有效抑制了在承受荷载时裂缝的产生和扩展，大大提高了构件的抗裂性能和增强结构耐久性。预应力屋面板在制作过程中施加预应力，使屋面板在荷载状态下能保持原有形状，增强构件刚度，进一步巩固了结构的整体稳定性。预应力技术还提升了混凝土屋面板的抗拉强度和抗剪、抗疲劳性能，确保屋面结构能满足长期使用需求。采用高强度的预应力钢筋，屋面结构能够充分发挥材料优势，不仅减少了混凝土用量，降低了自重，而且提升了构件的承载能力。预应力屋面板可实现较大跨度的设计，拓宽了预应力钢筋混凝土面板的应用范围，满足不同建筑项目对结构性能和空间利用率的多元化需求。此外，预应力屋面板运输和吊装便捷，采用整体构件生产模式，具有较高的模数化程度，有利于实现大规模生产，提高生产效率。
2.2预应力屋面板的缺点
尽管预应力屋面板具有众多优点，但在制造工艺上相对复杂，需要精密计算和高级制造工艺技术支持，增加了生产的难度。同时，预应力技术对施工作业人员的技术水平要求较高，需要经验丰富的专业人员进行施工安装和监测，增加了作业难度。屋面板的生产需要专用的张拉设备和生产台座，需要配置足够数量的工程师和技术人员进行监督和管理，增加了设备投资和人力成本，更适用于大型项目的装配式施工要求，小规模项目成本较高。然而，鉴于预应力屋面板的独特优势和广阔的应用前景，在建筑工程中仍然占据重要地位，尤其是在大型、长寿命周期、高要求的建筑项目中，预应力屋面板仍然是技术经济性较高的解决方案。未来需要持续技术创新，定期经验总结，及时总结实践经验，以克服预应力屋面板的局限性，才能提高其经济性和可行性。
预应力屋面板生产工艺详解
3.1生产工艺流程
材料准备作为整个生产流程的开端，屋面板在生产开始前需要选择科学合理的混凝土原材料、高强度预应力钢筋和其他施工材料，确保施工材料达到质量要求。进入到模具制作阶段，按照1.5m6.0m预应力混凝土面板的尺寸和形状设计模板，确保模块具有足够的坚固性和适应性。模具设计要符合混凝土的形状和尺寸设计要求，确保在浇注和预应力张拉过程中能够提供稳固支撑。
预应力钢筋张拉为生产流程核心环节，混凝土浇筑之前将预应力钢筋设置在浇筑模具内，并采用专业的张拉设备对钢筋施加预应力，要确保混凝土在受力时能够达到足够的抵抗拉力，提高面板的承载能力。预应力钢筋张拉工序完成后进行混凝土浇筑，技术人员将混凝土均匀浇注到模具中，并充分包裹预应力钢筋，形成密实而坚固的整体结构。
浇筑完成后，需科学养护混凝土，确保混凝土达到设计强度，保证其耐久性和抗裂性能。在混凝土屋面板整个生产流程中，必须进行全面质量控制，严格控制混凝土原材料、预应力钢筋和模具质量，确保施工质量符合设计和标准要求。具体生产工艺见图所示。
3.2预制生产操作要点
质量控制是装配式预应力钢筋混凝土屋面板预制生产的关键要点。要对混凝土原材料、预应力钢筋、模具等进行严格的质量检查，确保关键材料满足设计要求，确保产品达到足够的强度和耐久性。预应力钢筋张拉是预制生产中的核心内容，在模具内正确安放高强度的预应力钢筋后，对其进行精确的预应力处理，既要保证张拉力的准确性，又要实现最优的预应力效果，以提升面板的整体性能。在预应力钢筋张拉完成后，混凝土需均匀地浇筑入模具中，确保混凝土完全包覆预应力钢筋，形成均匀且紧密结合的混凝土结构，以提高构件的整体强度。屋面板质量检查环节，需重点关注表面平整度、缝隙和裂缝情况，确保屋面板成品表面平整完美、无瑕疵，安装时能紧密贴合，以保障屋面板的整体稳定性。预埋焊接点和吊装点要确保位置准确无误，焊接要确保牢固可靠，吊装点的分布需均匀，以便于运输和吊装操作，最大程度简化后续工序。屋面板生产见图所示。
3.3构件表观质量检查
屋面板构件表观质量检查的重点包括表面平整度、缝隙与裂缝检查、表面光洁度及颜色一致性等方面。表面平整度是衡量构件质量的重要指标，混凝土面板表面避免出现凹凸不平、坑洞、蜂窝麻面等缺陷。构件表观质量不仅要求美观，还要确保板件在安装时能够紧密贴合，增强屋面板的整体稳定性。
缝隙与裂缝的检查至关重要，要排查屋面板表面是否存在裂缝和缝隙，判断其是否会影响面板的强度和耐久性，通过仔细观察确保构件表面完整无损，防止裂缝继续扩散。
表面光洁度亦是构件表观质量的重要指标，需检查混凝土屋面板表面是否光滑，有无明显起砂、起灰等问题，以此评判外观质量，并确保屋面结构的耐久性。另外，还需检查混凝土表面颜色是否均匀一致，是否符合设计要求。
所有构件表观质量检查需严格遵守相关国家标准和设计要求，采用专业检测仪器设备进行定量检测。对于发现问题的屋面板，应及时采取修复或替换措施，以确保屋面板在美观、稳定和耐久性上都能达到高标准。
3.4预埋焊接点和预埋吊装点的设置要点
预埋焊接点设置要保证点位准确、数量适当和牢固可靠，准确定位焊接点能够保证屋面板在组装和连接过程中精准匹配，预埋焊接点数量要符合设计规范要求，保证屋面板整体稳定性。焊接点的牢固性直接影响焊接质量，焊接点与屋面板结构要可靠连接，满足后续使用强度要求。预埋吊装点设置应均匀分布至屋面板上方，结合屋面板结构特点，要确保吊装点位置不会影响屋面板的整体强度，吊装点的数量和位置要根据面板的尺寸和重量合理地设置，避免吊装过程中出现失衡。技术人员要做好焊接点和吊装点强度检查，采用专业强度检测技术，验证焊接点和吊装点是否能够承受应用荷载，确保其在运输、吊装和使用中的安全性和可靠性。预埋点设置要考虑将来维护和检修的便捷性，以降低后续运营成本。
预应力屋面板运输
屋面板预制完成后，需要选择专业的运输工具将构件安全运输至施工现场。构件运输过程中，避免混凝土屋面板在运输过程中受损。运输车辆的结构要科学合理，要做到稳固地支撑和保护屋面板，防止在运输途中发生晃动或碰撞。在对屋面板进行装载时，要根据屋面板尺寸和重量合理安排支撑点。为了避免在运输中受到外部震动干扰，采用适当的缓冲和固定措施平稳固定屋面板。
屋面板运输到目的地以后，起吊前制定详细的吊装计划。吊装过程中要科学选择吊装点，确保其与预埋吊装点完全匹配，避免在起吊过程中对屋面板结构施加不均匀外力。采用专业的吊装设备，根据预埋布置吊装点位置均匀、平稳操作起吊步骤，采用横向吊装与竖向吊装结合的方式，确保混凝土屋面板悬挂平衡，避免因倾斜而导致损坏或安全事故。预应力屋面板运输和吊装现场情况见图所示。
预应力屋面板吊装工艺
安装前需要确保施工现场符合安全规范要求，设置科学合理的施工平台和支撑结构，将屋面板放置到预定位置后再进行精细调整，确保其与相邻构件拼接平整、紧密。因仰视焊接会对焊工操作带来诸多不便，焊接阶段采用俯视焊接方式，焊接过程采用高质量的焊接材料和设备，焊接点要做到牢固可靠，严格控制焊缝质量。焊接完成后，对焊接点全面质量检查，确保焊接质量符合相关标准。
预应力屋面板装配化施工的关键技术
6.1张拉技术
预应力屋面板的张拉技术是直接影响面板强度、稳定性以及整体结构性能的关键。张拉时先制作预应力钢筋，通过施加预应力使其承受混凝土工作荷载，提高屋面板整体承载能力和抗拉性能。精确控制预应力钢筋张拉力度，对钢筋进行拉伸时，运用液压张拉机对预应力钢筋施加均匀的拉力，确保每块屋面板的预应力能够达到设计要求，为屋面板混凝土构件提供足够抗拉强度。均匀施力可以避免面板内部出现预应力集中而导致混凝土出现裂缝或变形，均匀的预应力分布使整个面板均匀承担外部荷载，提高整体结构的稳定性。考虑到利用混凝土的塑性变形特性，张拉通常在混凝土初凝前完成，初凝前阶段混凝土仍具有一定的可塑性，能够更好地适应预应力的作用，使结构更加紧密。预应力屋面板主筋采用的是直径18mm的冷拉钢筋，张拉力值在自然养护状态下是90kN，蒸汽养护状态下是100kN。技术人员在张伸钢筋操作中，需要严格遵循工程规范和设计要求，科学合理选择张拉设备，确保设备的操作人员具备专业的技能和经验，定期检查和测试张拉设备，监测预应力钢筋的状态，确保达到施工技术要求。
6.2质量把控
质量把控在预应力屋面板生产中发挥着重要作用，直接影响屋面板整体性能和可靠性。从原材料选择到混凝土构件形成，每一步骤都要严格按照国家及行业要求的质量标准，确保产品达到设计要求。原材料的选择是质量把控的第一步，混凝土和预应力钢筋是达到屋面板强度和耐久性的前提条件，需要选择声誉好的原材料生产厂家，对材料的生产工艺和质量证明详细核查，确保其符合相关规范要求。
在模具制作阶段，要确保模具的精准度和耐用性，因为模具会对屋面板的尺寸精度和表面质量造成影响。采用先进的数控机床和精密测量工具，可以确保模具的精度和一致性，生产出符合设计要求的高质量屋面板。为了全面把控混凝土浇筑屋面板的生产质量，实时监测混凝土的配比、搅拌时间、浇筑温度等关键参数，确保混凝土的均匀性和稳定性，采用高性能的混凝土掺合料和添加剂，可以提高混凝土的强度和耐久性。
预应力张拉环节质量控制难度大，要采用精密的张拉设备和先进的张拉工艺，使预应力钢筋的张拉力度和方向符合设计要求，实时监测张拉力和变形参数，保证每块屋面板达到设计预应力要求。技术人员要对整个屋面板生产过程设定质检点，采用非破坏性检测技术、超声波检测、强度测试等先进的检测手段，对每一片屋面板进行全面的检测和评估，定期进行质量抽检，确保整个生产过程都符合质量控制要求。
6.3构件拼接
为了保证屋面板整体结构的稳定性和精准性，构件拼接需要经过精密设计、准确测量和专业施工。确保屋面板尺寸符合要求，几何形状的准确性，这是构件拼接的基础条件。屋面板的尺寸和几何形状需要与设计图纸完全符合，任何微小的差异都会导致拼接过程的不匹配和结构的不稳定。在拼接前对每块屋面板尺寸、角度和曲率等进行精确测量，确保其与设计相符。采用屋面板预埋件（预埋钢板）与现场预留件（预埋钢板）焊接技术进行拼接，在预埋件连接时要确保预埋件的规格符合设计要求，焊接时要进行满焊，以保证连接的牢固性好、耐久性好，并确保焊接表面清洁、均匀，避免表面凹凸不平，保障连接的稳定性。拼接环节要控制拼缝的宽度和平直度，确保拼缝间隙尺寸的一致性。
拼接缝浇筑后的后浇带要做好防水处理，以防止水分渗透损坏结构。构件拼接需要根据设计要求和实际情况选择正确的拼接顺序和方法，大型预应力混凝土屋面板的拼接需要借助专业吊装设备，确保拼接不会对结构产生不均匀荷载。拼接完毕后要对结构各拼接部位检查是否牢固、拼接缝是否均匀、连接处是否符合设计要求。通过严格的质量控制，确保整体结构的稳定性和耐久性。预应力屋面板组装完成图见图
结束语
装配式预应力钢筋混凝土屋面板预制安装技术在工程中应用广泛，在施工过程中，该技术能够避免现浇作业。万安县粮食仓储配送中心建设项目220块屋面板的安装工期仅天，平均分钟即可完成一块屋面板，有效缩短了施工周期，确保了工程进度和质量。在施工质量控制方面，通过在混凝土浇筑前张拉钢筋施加预应力，预应力屋面板能够抵消外荷载对混凝土产生的拉应力，提高构件承载能力，降低开裂风险。此外，预应力屋面板具有高度标准化，设计、生产和安装效率显著提高，充分体现了工业化制造技术在建筑领域的优越性。
参考文献
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供稿人：朱先禄，武玉波等
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
第十届全国建筑固废和尾矿泥浆处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会
2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
【建材“双碳”业务】
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建筑垃圾处置与资源化利用
建筑垃圾再生砂粉应用技术
建筑垃圾再生轻粗骨料技术
碳化再生骨料制备技术
【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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