預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用評(píng)述

楊亞

（重慶和美建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 重慶市 404100）

預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用評(píng)述

楊亞

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現(xiàn)代建筑的樓蓋向大跨、無梁的方向發(fā)展，期望在低梁甚至無梁的情況下樓蓋結(jié)構(gòu)仍然具有足夠的承載能力，以便提供足夠的使用空間，并適應(yīng)對(duì)房間的任意分割和不同的功能要求。除此之外，樓蓋結(jié)構(gòu)還應(yīng)該具有足夠的剛度和裂縫控制性能、較好的延性以及良好的整體性和抗震能力。預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋能較好的滿足以上要求，有較好的發(fā)展空間，因此有必要較為詳細(xì)、系統(tǒng)地了解一下預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)型式及其優(yōu)劣。

預(yù)應(yīng)力；混凝土；結(jié)構(gòu)型式

1 預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)型式

1.1 梁板體系

即為普通的混凝土樓蓋體系，但在梁板中施加了預(yù)應(yīng)力，布置了預(yù)應(yīng)力筋，從而減小了結(jié)構(gòu)高度，其他性能與普通混凝土樓蓋無明顯差異。

1.2 預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋體系

即肋梁樓蓋，沿平面柱網(wǎng)上的大柱距方向布置預(yù)應(yīng)力承重框架主梁，而在小柱距方向布置普通鋼筋混凝土次梁。這種樓蓋體系中，樓蓋混凝土的折算厚度最小，自重輕；開間大，柱網(wǎng)尺寸大，一個(gè)方向可以達(dá)到（21～24）m。采用這種結(jié)構(gòu)型式的樓蓋承載能力強(qiáng)，整體剛度好，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度亦較大，且RC混凝土次梁可以采用塑性內(nèi)力重分布方法設(shè)計(jì)。但這種結(jié)構(gòu)布置方式中，構(gòu)件的高度較大，且模板復(fù)雜，往往在PC主梁節(jié)點(diǎn)處因力筋多而導(dǎo)致施工困難。

1.3 預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋體系

即在大柱距方向布置間距較密的預(yù)應(yīng)力次梁，而將主梁布置在小柱距方向。這種布置方式可以看作預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋體系的一個(gè)改進(jìn)，雖然PC混凝土次梁跨度大，但負(fù)荷面積較小，因此高度也小，主次梁梁高幾乎相同，對(duì)降低層高有利。主梁跨度減小，主梁及框架柱的內(nèi)力也減小，可減小配筋量。相比于預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋體系，采用預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋體系，可節(jié)省鋼材20～25%，混凝土15%。但是在這種結(jié)構(gòu)型式中，主次梁剛接時(shí)，邊主梁所受扭矩較大，特別是當(dāng)次梁跨度較大時(shí)，如有必要，在設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行主梁的抗扭能力的驗(yàn)算。

1.4 后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋體系

這種樓蓋型式已經(jīng)得到越來越多的認(rèn)可。它廣泛的應(yīng)用于高層建筑、辦公樓、車庫、學(xué)校、醫(yī)院、倉庫、住宅及地下結(jié)構(gòu)中，作為無蓋和樓蓋的混凝土結(jié)構(gòu)層。

無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋體系可分為有梁體系與無梁體系兩種，前者用梁或墻支承，常用為單向板或雙向板，后者直接支承于柱上，采用雙向板。

后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊o梁，因此可進(jìn)一步降低層高，在總高不變的情況下增加層數(shù)；可減少水暖管線及設(shè)備的容量和維護(hù)費(fèi)用；可以為建筑物提供較大跨度的空間，便于靈活布置各種用房，滿足不同的使用功能要求。模板簡(jiǎn)單，施工速度快；室內(nèi)美觀，采光通風(fēng)效果好，便于清潔。

1.5 預(yù)應(yīng)力混凝土雙向井式樓蓋

當(dāng)平面柱網(wǎng)的兩個(gè)方向柱距相差不大且要求有較大的使用空間時(shí)，可以考慮使用預(yù)應(yīng)力混凝土雙向井式樓蓋。該方案集中了井式梁及預(yù)應(yīng)力技術(shù)的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的空間整體作用，樓蓋剛度大，受力合理，而且結(jié)構(gòu)高度低。

這些結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程中都有應(yīng)用實(shí)例，但是每種結(jié)構(gòu)體系都有其優(yōu)劣。在實(shí)際工程中，如果不清楚這些樓蓋結(jié)構(gòu)的適用范圍而胡亂地適用的話，反而會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)有不利的影響，并且浪費(fèi)建筑材料，提高結(jié)構(gòu)造價(jià)。

2 后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋體系

在現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋體系使用得較為普遍，結(jié)構(gòu)高度低，施工方便，因此，有必要對(duì)其有進(jìn)一步的了解。

常用的后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋可分為單向板和雙向板兩大類。單向板在荷載作用下沿一個(gè)方向傳遞荷載，受力簡(jiǎn)單，可按梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。雙向板又包括無梁雙向樓板，帶柱帽或托板的無梁雙向樓板，帶扁梁平板，雙向密肋板和梁周邊支承雙向平板等。

對(duì)于無梁平板，由于平板沿截面彎矩分布在柱上板帶和樁間板帶上是不均勻的，因此預(yù)應(yīng)力筋有多種布置方式。

圖1 單向板

圖2 無梁雙向平板

圖3 帶柱帽或托板的無梁雙向

圖4 帶扁梁平板

圖5 雙向密肋板

圖6 梁周邊支承雙向平板

2.1 按柱上板帶和中間板帶布筋

圖7a所示即為按柱上板帶和中間板帶布筋方式，試驗(yàn)表明，通過柱內(nèi)或靠近柱邊的柱上板帶上的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋比遠(yuǎn)離柱邊的中間板帶上的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋承受的彎矩大，這種布筋方式正是反映了這種彎矩分布的特點(diǎn)。

2.2 一個(gè)方向帶狀集中布筋，另一方向均勻布筋

這種布筋方式如圖7b所示。這種布筋方式能產(chǎn)生具有雙向預(yù)應(yīng)力的單向板效果，平板中的帶狀集中的預(yù)應(yīng)力筋起到了支承梁的作用。試驗(yàn)證實(shí)，采用這種布筋方式的平板在使用階段和極限承載階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形能力都很好，且由于避免了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的編網(wǎng)工序，在施工時(shí)易保證無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的垂幅，方便了施工。

2.3 在兩個(gè)方向上均沿柱軸線集中布置

如圖7c所示，將兩個(gè)方向的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋都集中布置在柱軸線附近，形成暗梁支承內(nèi)平板結(jié)構(gòu)，該內(nèi)平板按梁支承的鋼筋混凝土雙向板進(jìn)行設(shè)計(jì)，理論分析和試驗(yàn)均表明，這種配筋方式可大大減少柱周圍處的彎矩值和板的撓度，有利于提高板柱節(jié)點(diǎn)的抗沖切承載能力，并便于在板上開洞，缺點(diǎn)是鋼筋用量較大。

2.4 一個(gè)方向按柱上跨中板帶布筋，另一方向均勻分散布筋

如圖7d所示，在一個(gè)方向上將75%的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋布置在柱上板帶，25%布置在跨中板帶，另一方向的無粘結(jié)筋均勻布置，這種布筋方式綜合了圖7a、圖7b特點(diǎn)，但在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。

圖7 預(yù)應(yīng)力盤的布置方式

我國《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定對(duì)無梁平板采用圖7a、7b的布筋方式。

3 不同預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)型式比較

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋與普通混凝土樓蓋

某高爾夫俱樂部有限公司擬開發(fā)建設(shè)一個(gè)平面尺寸為174m×92m 的地下車庫，車庫柱網(wǎng)為 8.0m×（5.6～6.0）m，進(jìn)行了多種樓蓋結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)并進(jìn)行對(duì)比。

表1 4種方案截面尺寸比較

經(jīng)過計(jì)算，得到四種結(jié)構(gòu)方案鋼筋及混凝土施工費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)對(duì)比。

表2 4種方案施工費(fèi)用比較

可以發(fā)現(xiàn)，就樓蓋本身造價(jià)而言，預(yù)應(yīng)力混凝土與普通混凝土方案相比，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)比普通混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)省8%。預(yù)應(yīng)力混凝土無梁樓蓋與普通混凝土無梁樓蓋相比，在經(jīng)濟(jì)上有一定的優(yōu)勢(shì)，綜合造價(jià)約節(jié)省8%且建筑凈空可以提高60mm?？梢?，采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁樓蓋不僅可以減小樓蓋的厚度，改善結(jié)構(gòu)的受力性能和建筑使用功能，而且能節(jié)約材料，降低工程造價(jià)。

因此，預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋型式相比于普通混凝土樓蓋型式有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3.2 預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋體系與預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋體系

重慶美心·蒙迪門業(yè)E棟廠房東西向長216.6m，南北向長116.0m，總用地面積約2.52萬m2，總建筑面積約4.10萬m2。從其中選取一個(gè)結(jié)構(gòu)平面單元如圖所示，在大柱網(wǎng)方向布置預(yù)應(yīng)力梁，選取一種預(yù)應(yīng)力主梁方案（非預(yù)應(yīng)力次梁間距為2.75m及3.0m，）和三種預(yù)應(yīng)力次梁方案（方案一、二、三的預(yù)應(yīng)力次梁間距分別為1.8m、2.25m、3.0m）進(jìn)行計(jì)算分析和比較。

圖8 計(jì)算單元平面圖

計(jì)算結(jié)果如下：

表3 預(yù)應(yīng)力主、次梁的計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果分析可知，預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋方案在配筋量、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土用量等方面均優(yōu)于預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋方案。此外，預(yù)應(yīng)力次梁方案還具有單梁預(yù)應(yīng)力筋配置量少、容易滿足現(xiàn)行規(guī)范的抗震及構(gòu)造要求、梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便的優(yōu)點(diǎn)。

因此，建議在條件允許的情況下，盡量采用預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋體系，避免采用預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋體系。

4 結(jié)束語

本文介紹了現(xiàn)在常見的幾種預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋型式，并粗略的比較了他們之間的優(yōu)劣，著重介紹了常用的幾種后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)及其布筋方式。選取了兩個(gè)算例，從算例中可以比較直觀地看出預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋比之普通混凝土樓蓋的優(yōu)勢(shì)所在和預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋比之預(yù)應(yīng)力主梁樓蓋的優(yōu)勢(shì)所在。

同時(shí)應(yīng)該看到，每種樓蓋型式均有其不足之處，例如，預(yù)應(yīng)力次梁樓蓋體系中邊主梁的受扭問題，對(duì)于這些問題，尚需進(jìn)一步的研究。

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TU973.12

A

1673-0038（2015）45-0121-03

收稿日期：2015-10-19

楊亞（1983-），男，工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。