大懸挑樓面的幾種做法探討

陳光　劉亞南

摘 要：本文通過工程實例從大懸挑樓面設計理念、工程概況、設計條件和設計參數(shù)、設計方案、施工要求和實施效果六個方面對大懸挑樓面設計進行分析，總結經(jīng)驗，為今后大懸挑樓面設計研究提供參考。

關鍵詞：大懸挑樓面；荷載；建設；預應力；作用；情況

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，對于建筑的美觀，精致，舒適性要求越來高。某些情況下，常常采取有退有進的處理方法提高立面線條流暢程度，增加立面層次感。這種情況下，常常需要結構樓面作出較大懸挑達8m～15m，常規(guī)砼梁高度為懸挑長度的1/3～1/5，如果懸挑9m，則梁高為1.6m，加上保溫等，厚度能達到1.8m～2m。建筑上顯得非常笨重，嚴重影響美觀。因為樓面，采用鋼結構懸挑梁，亦需采用鋼筋砼樓板才能有較好的舒適性，但是鋼結構梁與砼連接節(jié)點設計較為困難，且鋼結構耐久性，舒適性等性能較鋼筋砼差，故而砼樓面是較好的選擇。為了滿足建筑對美觀的要求，常常梁高限制在跨度的1/10左右，這甚至超過了一般鋼結構梁1/5～1/8挑出長度的標準。

相對而言，屋面大懸挑相對比較容易實現(xiàn)，因為荷載小（常見屋面：輕鋼屋面板，靜荷載0.4kN/㎡，活荷載 0.5kN/㎡），而且因為是頂層，結構高度通常并無嚴格限制，一般可以用網(wǎng)架，桁架，大型H型鋼梁等實現(xiàn)，梁高達到懸挑長度的1/5～1/8較容易實現(xiàn)。為了給從事設計的工程師提供參考，在這里結合工程實例進行探討。

1 大懸挑樓面設計理念

樓面大懸挑，以一般公共場所樓面（活荷載3.5kN/㎡，砼樓板厚度120，自重3.0kN/㎡）為例，柱距9m，挑出長度9.80m，為減輕自重，降低樓板厚度，需設置次梁，將樓板分割為較小跨度。先采用普通鋼筋砼梁，采用PKPM系列軟件，梁截面取600×800進行試算。用PKPM系列軟件試算，結果如圖1所示。

由以上計算結果可以看出，由于挑出長度比較大，截面高度受限，普通砼梁已經(jīng)無法滿足設計要求。因此需要采用預應力鋼筋砼梁。預應力混凝土梁具有以下優(yōu)勢：（1）預應力鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)因提前預壓，在加荷載時會抵消拉應力，使構件的抗拉強度得以提高。（2）施加預應力時構件會出現(xiàn)反拱，這樣在施加荷載的時候會減小撓度，這樣就能適用于更大的跨度。（3）預加壓力可大幅度提高梁體的抗裂性，并增加梁的耐久性；（4）混凝土全截面受壓，充分發(fā)揮混凝土抗壓性能的優(yōu)勢，提高梁的剛性。

2 工程概況

本工程名稱為遼寧省第十二屆全運會文化場館，項目處于沈陽市渾南新城內(nèi)，位于城市的三環(huán)路以外，在全運北路和全運路之間。工程總建筑面積約80000㎡，其中B區(qū)為九層塔樓，其余為主體為四層。結構類型采用框架-剪力墻結構，基礎采用獨立基礎。層高均為4.5m，為平屋面。本次僅討論普遍存在的A～B交1～3軸的大懸挑樓面。柱距9m，挑出長度9.80m。

3 設計條件和設計參數(shù)

本工程結構安全等級為一級。

抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組；場地類別為II類，水平地震影響系數(shù)為0.08，特征周期值為0.35s，為抗震一般地段。

抗震設防類別為重點設防類（乙類）

基本風壓：0.55kN/㎡，十年一遇風壓：0.40kN/㎡（僅用于舒適度計算），地面粗糙度：B類，基本雪壓：0.50kN/㎡。

4 設計方案

對于大懸挑樓面，本文提出三種設計方案以供參考：

（1）三根與柱相連的主梁做預應力懸挑梁，其余次梁做普通混凝土梁，樓板厚度可取100mm～150mm，平面布置如圖2所示。

（2）與柱相連的主梁及次梁均做預應力懸挑梁，樓板厚度可取100mm～ 150mm，平面布置如圖3所示。

（3）大懸挑部分采用鋼格板等輕質(zhì)樓板時，減小梁截面至250mm× 800mm，極大的的減輕自重，并且樓面改為不上人。這時，則可以不使用預應力構件，直接采用普通混凝土梁，經(jīng)試算，尺寸可以做到（挑出長度7m～10m），平面布置如圖4所示。

以上三種方案各有優(yōu)劣，方案一的優(yōu)勢為：只有主梁采用預應力砼梁，計算模型簡單，傳力途徑明確，次應力小，沒有相對薄弱環(huán)節(jié)。缺點為主梁受力較大，配筋較大，節(jié)點處梁縱筋，預應力筋，柱子縱筋相互干擾，施工較難處理；方案二優(yōu)勢為：應力較為分散，受力相對均勻，單根梁所配鋼筋較小，施工相對方便。缺點是傳力方式不明確，對另一個方向主梁來說，存在次應力，不容易計算準確；且另一個方向主梁相對為薄弱環(huán)節(jié)；方案三優(yōu)勢為設計施工都較為簡便，缺點為影響建筑功能，需要建筑師配合調(diào)整。

5 施工要求

預應力筋張拉控制應力為0.75Fptk。待混凝土立方體抗壓強度標準值不小于36N/mm2時方可進行預應力張拉，張拉前不得拆除底模。預應力采用有粘結預應力，灌漿材料：水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比不大于0.45，并摻入水泥用量8%的EPS-P灌漿劑，水泥漿強度不得低于30MPa。后澆封錨混凝土采用微膨脹細石混凝土，強度不低于C40。當鋼筋與波紋管發(fā)生沖突時，可調(diào)整鋼筋位置，盡量保證預應力筋位置。柱筋應預先排列以便預應力波紋管穿過柱子。在進行電氣焊時嚴禁傷及波紋管及預應力筋。錨固端墊板采用Q345C材質(zhì)，200mm×200mm×30mm尺寸。預應力梁均采用C40細石砼。

6 實施效果

以上幾種方案，實際中均有實施。最終均實現(xiàn)了建筑立面效果。相對而言，施加預應力的，結構較為舒展，撓度很小，后期做外飾面時，較為容易調(diào)平。不施加預應力的，因為撓度較大，外飾面碰到了不少困難。

綜上所述，以上三種大懸挑樓面設計方案在實際中，均實現(xiàn)了較薄的結構厚度，體現(xiàn)了建筑立面效果。但是，在實施中各自面臨不同的難點：

（1）輕質(zhì)樓板方案需要建筑修改設計方案，并部分影響樓面功能，并且實際監(jiān)測中，撓度達到30mm，相對撓度較大，只能在對樓面功能要求不高的情況下使用。

（2）只有主梁做成預應力的方案，由于主梁配筋較大，當懸挑長度超過9m時，主梁配筋不可接受。因此適用不超過9m的大懸挑。實際撓度檢測，施加預應力后，可反拱20mm，基本抵消了靜荷載下的撓度。

3主次梁全部預應力的，受力較為均勻，可接受懸挑長度達11m。但是若內(nèi)部平衡結構較為復雜時，會造成計算困難，構造不好處理。內(nèi)部結構不復雜，懸挑長度較大時，可優(yōu)先選用此方案。

參考文獻

[1] GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[3] GB 50009-2012，建筑結構荷載規(guī)范[S].