關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的探討

李小燕

摘要 : 地下室采用預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋能減少地下室層高和埋深，并簡(jiǎn)化施工，從而取得直接或間接的綜合經(jīng)濟(jì)效益，且能有效的控制結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫。本文作者介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其應(yīng)用以供各位同仁參考。

關(guān)鍵詞 : 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)應(yīng)用

前言

預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)目前已廣泛用于各類建筑結(jié)構(gòu)，由于其提高了結(jié)構(gòu)剛度和抗裂性，較大幅度減少梁截面高度及板厚度，使建筑高度降低，增加了結(jié)構(gòu)的跨度。預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)是我國(guó)在“九五”計(jì)劃期間在建筑業(yè)重點(diǎn)采用和推廣項(xiàng)目，隨著建筑科技的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法、材料和施工工藝、規(guī)范規(guī)程等方面均已成熟，應(yīng)用日益普及，近年發(fā)展迅速。

一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力混凝土是通過張拉預(yù)埋在混凝土中的預(yù)應(yīng)力筋，使混凝土截面受到某種量值與分布的內(nèi)壓力，以部分或全部抵消使用荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力建立后，預(yù)應(yīng)力筋受拉，混凝土受壓，組成一個(gè)自平衡系統(tǒng)。從實(shí)效上看，預(yù)應(yīng)力提高了混凝土的抗拉能力，使得必須帶裂縫工作的普通混凝土結(jié)構(gòu)可以不開裂或裂縫寬度大大減小，從而提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度及耐久性，這是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最重要的特點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力鋼筋按照能否與混凝土產(chǎn)生粘結(jié)分為有粘結(jié)筋和無粘結(jié)筋。有粘結(jié)筋能充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度，無粘結(jié)筋施工方便，得到廣泛使用，我國(guó)已建成的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土工程面積逾1億㎡，預(yù)應(yīng)力鋼筋耗量已占全世界的1/3。

大跨梁式結(jié)構(gòu)采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是眾所周知的。近年來，預(yù)應(yīng)力無梁平板大量用于地下室，采用這種結(jié)構(gòu)形式的初衷主要是減少地下室層高和埋深，并簡(jiǎn)化施工，從而取得間接的綜合經(jīng)濟(jì)效益，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有填土或人防的地下室樓蓋，部分地下室底板采用優(yōu)化的預(yù)應(yīng)力無梁平板結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)直接造價(jià)比普通梁板結(jié)構(gòu)有較大降低，一般在每平方米50～150元左右，當(dāng)然造價(jià)的降低與前幾年預(yù)應(yīng)力材料及體系價(jià)格走低、市場(chǎng)的成熟與蓬勃壯大也有直接的聯(lián)系。正因?yàn)檫@些直接和間接的可觀經(jīng)濟(jì)效益，該結(jié)構(gòu)型式受到地產(chǎn)商的青睞，短短幾年時(shí)間，在建筑工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)從傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域迅速向地下室傾斜，地域上從廣東、北京等應(yīng)用較廣的地區(qū)向上海地區(qū)、湖南、江西、西安等地蔓延，西南部分省市、內(nèi)蒙也即開始使用。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)成熟，設(shè)計(jì)施工有章可循，結(jié)構(gòu)安全可靠

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一直都是我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》的重要組成部分，為適應(yīng)現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家相繼頒布了《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》、《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》、《建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程》及預(yù)應(yīng)力材料及體系方面的一系列標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)范規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，使預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)更加成熟，設(shè)計(jì)施工有章可循，結(jié)構(gòu)安全可靠。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在全世界已經(jīng)使用了近70年，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在美國(guó)也使用了近40年。

三、地下室采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土平板樓蓋的必要性

1) 減少地下室埋深及基坑開挖深度的需要。為解決抗浮問題，可以用增加地下室頂板及底板厚度、抗拔樁這些被動(dòng)措施，但成本高。降低地下室層高，減少水壓力是最有效、最經(jīng)濟(jì)的辦法；降低層高，還可以減少外墻砼用量、土方量、防水材料、及支擋結(jié)構(gòu)費(fèi)用。

結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)、防水、抗裂安全性的需要。由于地下室留永久結(jié)構(gòu)縫會(huì)影響覆土景觀、容易漏水且難以根治，

還影響主體結(jié)構(gòu)的埋深，雖然在材料及施工上可以采取一些措施，但現(xiàn)實(shí)上由于種種原因，在普通的民用建筑中，控制裂縫的一些措施往往難以落實(shí)。預(yù)應(yīng)力是主動(dòng)力，而且數(shù)值可調(diào)可控，與其他被動(dòng)方法相比，對(duì)控制混凝土結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫更有效，可靠性更高，此外預(yù)應(yīng)力筋可兼顧抵抗外力與收縮溫度應(yīng)力，因此也是最經(jīng)濟(jì)的方法，這已被眾多的工程實(shí)踐所證明。

3）當(dāng)主樓與地庫(kù)基礎(chǔ)類型不同時(shí)，由于板結(jié)構(gòu)平面外剛度較小，次內(nèi)力較梁結(jié)構(gòu)小，更適宜。

四、地下室采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土平板樓蓋的經(jīng)濟(jì)性

采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低樓面結(jié)構(gòu)的造價(jià)，主要原因有：

1）普通鋼筋用量減少。因?yàn)椋孩兕A(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高，性價(jià)比高。預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1320Mpa，普通鋼筋HRB335、HRB400的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為300Mpa、360MPa，其強(qiáng)度比值分別為4.4、3.67，而綜合單價(jià)之比大致為3～3.4；，②同一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋，長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于等量的普通鋼筋正負(fù)筋之和，使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高； ③無梁板充分利用了混凝土的抗剪能力，較有梁結(jié)構(gòu)箍筋用量省很多；④預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗裂控制配筋是協(xié)調(diào)的，不需要為控制裂縫增加普通配筋，而普通混凝土結(jié)構(gòu)地下室底板底面、露天或有填土的頂板頂面裂縫控制要求較高（一般裂縫寬度≤0.2mm），為滿足裂縫寬度要求，（非人防區(qū)）普通結(jié)構(gòu)配筋一般要增加配筋20%—25%左右。

2）減少了預(yù)應(yīng)力筋用量。在柱頭處加托板，使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào)，減少了預(yù)應(yīng)力筋用量。

3）模板及混凝土用量較普通梁板結(jié)構(gòu)少。這兩項(xiàng)減少抵消混凝土標(biāo)號(hào)的提高影響后還有節(jié)省。

4）地下室高度減少的間接效益。降低結(jié)構(gòu)高度從而降低了地下室層高，可以減少內(nèi)外墻及柱混凝土用量、土方量、防水材料、支擋結(jié)構(gòu)及抗拔樁費(fèi)用，按照經(jīng)驗(yàn)，層高每減少100mm,無抗拔樁時(shí)節(jié)省5～8元/m2，有抗拔樁時(shí)節(jié)省30～40元/m2左右。

大量的工程實(shí)踐及對(duì)比分析表明，結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫著無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價(jià)高的傳統(tǒng)觀念。

五、預(yù)應(yīng)力無梁樓板施工更方便，速度更快

普通鋼筋混凝土由混凝土和普通鋼筋構(gòu)成，預(yù)應(yīng)力混凝土是在普通鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上，加入少量高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋，置換出較多量的普通鋼筋。由于基本材料沒有變化，因此施工方法和過程基本是一樣的，只是增加了預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)和張拉工序。預(yù)應(yīng)力工程量一般僅占總工程量的4%～8%。

采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，施工進(jìn)度可以加快，這主要是因?yàn)椋?)預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)取消了許多梁，模板用量明顯減少，而且模板安裝簡(jiǎn)單方便，節(jié)省時(shí)間；2）采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)后，樓面結(jié)構(gòu)的普通鋼筋用量將減少，而且減少的大多是綁扎費(fèi)時(shí)費(fèi)力的梁鋼筋，平板鋼筋綁扎快捷方便，預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進(jìn)行，節(jié)省時(shí)間；3）當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉過程中可以照常進(jìn)行上一層樓面的施工。張拉完成后，即可拆除模板，而預(yù)應(yīng)力張拉不占施工工期，節(jié)省了時(shí)間；4）預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)后澆帶預(yù)留時(shí)間可相對(duì)短一點(diǎn)。大量工程實(shí)例表明，并不會(huì)因?yàn)椴捎昧祟A(yù)應(yīng)力而增加工期，相反，預(yù)應(yīng)力平板的施工速度要快于一般的梁板體系，這與常規(guī)想象有很大的不同。

由于以上預(yù)應(yīng)力無梁結(jié)構(gòu)施工省人力、省模板及鋪材、模板周轉(zhuǎn)加快、施工周期縮短（從而使人工費(fèi)用減少）的特點(diǎn)，有過體驗(yàn)的土建施工單位，更樂于這種結(jié)構(gòu)的施工。

六、 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以象普通結(jié)構(gòu)一樣分期分塊施工或采用不同的結(jié)構(gòu)形式

對(duì)于尺度較大的結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以象普通結(jié)構(gòu)一樣分期分塊施工，只需要在先施工的結(jié)構(gòu)中埋入較短的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，待后澆帶澆注達(dá)到一定強(qiáng)度后張拉短筋連成整體即可。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也可以象普通結(jié)構(gòu)一樣有高差錯(cuò)位，地庫(kù)部分用無梁板結(jié)構(gòu)，高層部分利用室內(nèi)外高差做梁板結(jié)構(gòu)，以滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范的有關(guān)要求。

七、地下室底板采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁板結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性

對(duì)于地下水壓力較大的地下室底板，采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁板結(jié)構(gòu)，除具有頂板的上述優(yōu)越性外，還可省去底梁磚模及地梁鋼筋工序及工程量，減少防水材料用量，明顯加快施工進(jìn)度。

八、結(jié)束語(yǔ)

由此可見，地下室采用預(yù)應(yīng)力無梁板結(jié)構(gòu)減少地下室層高和埋深，帶來直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。地下室多為超長(zhǎng)、連體結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力控制混凝土結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫更有效，可靠性更高，從而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。另外無梁樓板比有梁樓板簡(jiǎn)化了施工工序，施工更方便，速度更快。因此地下室有必要采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土無梁樓蓋，且本身比普通梁板結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

［1］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范? GB 50010-2002? 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

［2］陶學(xué)康主編 . 后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè) . 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996