淺談大面積超長預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性

劉麗娜

(上海建科預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程有限公司，上海 200032)

淺談大面積超長預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性

劉麗娜

(上海建科預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程有限公司，上海 200032)

以中國博覽會會展綜合體為工程背景，闡述了大面積超長混凝土結(jié)構(gòu)特點與難點，以及該工程采取的相應(yīng)對策。通過對比分析在該類結(jié)構(gòu)中采用普通混凝土結(jié)構(gòu)與采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，說明采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)能有效控制裂縫，縮短工期，節(jié)約成本，為類似工程提供參考借鑒。

大面積超長混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力；工期；工程造價

1 工程概況

中國博覽會會展綜合體項目總建筑面積約147萬m2，地下總建筑面積為20萬m2，地上總建筑面積為127萬m2。根據(jù)使用功能需要，本會展綜合體上部劃分13個功能分區(qū)，其中A1、B1、C1、D1、F1、F2、F3為展廳部分；A0、B0、C0為辦公樓；D0為酒店；E1和E2為配套商業(yè)中心；各展廳、商業(yè)等場所通過8 m、16 m標(biāo)高的高架步道連接。南廣場地下室部分(含人防區(qū)域)為G區(qū)。

中國博覽會會展綜合體每塊長度為334.2 m，寬度為308 m，且不設(shè)置伸縮縫，遠(yuǎn)大于相關(guān)規(guī)范[1-2]規(guī)定的結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大布置間距要求，屬于大面積超長混凝土結(jié)構(gòu)。

2 超長結(jié)構(gòu)的裂縫危害

本工程若嚴(yán)格按照規(guī)范要求對這種平面超長結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，將會很大程度上影響建筑使用功能；但不設(shè)置伸縮縫，超長結(jié)構(gòu)將會在溫度及收縮效應(yīng)作用下，產(chǎn)生較大的溫度收縮裂縫，從而影響結(jié)構(gòu)使用及耐久性[3]。

3 工程特點及難點與對策

3.1 工程特點

(1) 單個展廳的占地面積即相當(dāng)于10個標(biāo)準(zhǔn)足球場，規(guī)模超大。

(2) 總工期842個日歷天，工期極為緊張。

(3) 標(biāo)段內(nèi)和標(biāo)段間界面復(fù)雜，交叉作業(yè)多。

(4) 施工質(zhì)量控制要求高。

(5) 展廳凈空高、混凝土構(gòu)件截面大。

單層展廳凈空高度達(dá)到35 m；雙層展廳首層層高16 m，二層凈空高度達(dá)到22 m。雙層展廳底層柱網(wǎng)27 m×36 m，二層柱網(wǎng)54 m×36 m， 16 m平臺主梁截面2 000×3 000、1 800×3 000，為超大跨度的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。

3.2 工程難點分析及對策

(1) 超長混凝土結(jié)構(gòu)施工期間裂縫控制。雙層展廳16 m層平面尺寸為297 m×308 m，屬超長、大面積混凝土結(jié)構(gòu)；溫度應(yīng)力和收縮的作用，容易造成結(jié)構(gòu)中的梁板在施工階段就出現(xiàn)裂縫，將對結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生不良影響；由于混凝土在硬化過程中溫度梯度最大、收縮發(fā)生的速率最大，這使得結(jié)構(gòu)在澆筑混凝土之后容易出現(xiàn)裂縫。

本工程采取了以下措施[4]：① 在保證混凝土強度等主要指標(biāo)的前提下，應(yīng)該盡量減少水泥用量。② 為保證混凝土的強度和流動性，考慮加入適當(dāng)?shù)耐饧觿?。這樣既可以使水泥用量和水的用量大大減少，同時也降低了混凝土的水化熱和收縮，減少出現(xiàn)裂縫的可能性。③ 加強混凝土的養(yǎng)護。在澆筑混凝土以后，要加強梁底和板底混凝土的養(yǎng)護。同時注意不要片面地在樓板表面采用“蓄水養(yǎng)護”的方法，這樣反而會造成混凝土上下表面收縮差增大，使梁底和板底更容易開裂。④ 合理設(shè)置施工縫。合理的施工縫設(shè)置可以釋放早期混凝土的應(yīng)力，減少以收縮為主的變形[5]。

(2) 不影響整體施工，預(yù)應(yīng)力筋合理分段[5]。單體面積大，施工分區(qū)多，工期緊張，結(jié)合施工縫的位置及土建施工流程合理設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋的布置和分段形式，最大限度地提高了結(jié)構(gòu)施工效率，縮短施工工期且不影響整體結(jié)構(gòu)受力。

4 采用預(yù)應(yīng)力超長結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

4.1 技術(shù)優(yōu)勢分析

施工階段可采取的控制措施，實際上只是解決了施工階段混凝土的收縮引起的變形和裂縫問題，在后澆帶澆筑完成，結(jié)構(gòu)連成一個整體之后，在晝夜和季節(jié)溫差變化的情況下，由于豎向構(gòu)件墻、柱約束的存在，在混凝土梁、板中必然產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土梁板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力和耐久性,不能解決結(jié)構(gòu)在使用階段的溫差效應(yīng)。

預(yù)加應(yīng)力措施[6]是指通過在結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件中施加一定的預(yù)壓應(yīng)力，專門用于抵消溫度、收縮應(yīng)力的措施，在通盤考慮后澆帶的留設(shè)、預(yù)應(yīng)力筋的分段、分批張拉等因素后，它既能解決結(jié)構(gòu)在施工階段的溫差效應(yīng)，也能解決結(jié)構(gòu)在使用階段的溫差效應(yīng)。

相對于施工階段采取的裂縫控制措施，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是解決此類超長混凝土結(jié)構(gòu)的有效途徑。通過預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力可以在樓蓋中建立預(yù)壓應(yīng)力，抵消混凝土后期收縮和溫度變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)間接裂縫的產(chǎn)生。采用預(yù)應(yīng)力還可以少留或不留后澆帶，或者可以適當(dāng)?shù)奶崆胺忾]后澆帶，從而極大地縮短工期。合理的預(yù)應(yīng)力設(shè)計，不僅能夠防止超長混凝土結(jié)構(gòu)的受力裂縫和間接裂縫的產(chǎn)生，滿足建筑的諸多美觀和使用功能要求，而且還具有顯著的經(jīng)濟效益。

4.2 經(jīng)濟優(yōu)勢分析

方案一：采用單向普通混凝土梁結(jié)構(gòu)，主梁截面尺寸1 800×3 600，次梁截面尺寸600×3 500，梁配筋圖如圖1所示。

方案二：采用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)，主梁截面尺寸1 800×2 650，一級次梁截面尺寸600×2 500，二級次梁截面尺寸300×900，預(yù)應(yīng)力梁配筋圖如圖2所示。

根據(jù)方案一、方案二設(shè)計結(jié)果，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7-11],計算出經(jīng)濟指標(biāo)如表1、表2所列。

圖1 單向普通混凝土梁配筋

圖2 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁配筋

表1 普通混凝土梁單方造價

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁單方造價

通過對本工程的分析，可以看出采用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁能有效地降低建筑實體尺寸，大幅度增加有效使用空間。對于同樣的跨度情況下，外部條件完全一樣時，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以減少混凝土和鋼筋用量，減少模板和人工用量，增加了預(yù)應(yīng)力部分造價，綜合起來預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)會節(jié)省20%的造價；對部分由于建筑功能需要(如更大的空間和跨度等)，如非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)方案是不能實現(xiàn)的，這種情況下，造價就完全沒有可比性；由于結(jié)構(gòu)自重減少，還能帶來水平荷載(風(fēng)、地震)作用下配筋的降低，更能帶來造價的節(jié)省。此外，預(yù)應(yīng)力施工作為專業(yè)承包，納入總包的統(tǒng)籌規(guī)劃中，鋪放階段穿插在模板、普通鋼筋、混凝土等工序中，不在關(guān)鍵線路上，故不占用日歷工期；張拉階段，由于是獨立工種，不影響其他部位作業(yè)，更不會影響工期。

5 工程實例

(1) 上海虹橋交通樞紐東交廣場柱網(wǎng)18 m×18 m，設(shè)計時做了預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力兩種方案，預(yù)應(yīng)力方案可降低結(jié)構(gòu)造價7%，鋼材用量節(jié)約29%，混凝土用量節(jié)約10%。

(2) 成都雙流國際機場T2航站樓平面軸線尺寸496 m×154.6 m，采用預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，梁高降低500 mm，有效增加凈空，降低結(jié)構(gòu)造價13%，鋼材用量節(jié)約24%，混凝土用量節(jié)約18%。

(3) 無錫市綜合交通樞紐地下室側(cè)墻單向最長達(dá)到277.2 m，地下一層和一層板縱橫向長度均超過55 m,預(yù)應(yīng)力側(cè)墻、框架梁和樓板內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù),板厚降低200 mm, 降低結(jié)構(gòu)造價10%，鋼材用量節(jié)約30%，混凝土用量節(jié)約15%。

(4) 上海國際金融中心地下一層及一層建筑長度為312 m，寬度為168 m，設(shè)計采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓板技術(shù)，比普通混凝土樓板結(jié)構(gòu)造價降低12%，鋼材用量節(jié)約35%，混凝土用量節(jié)約17%。

(5) 外高橋物流園區(qū)K6地塊多層綜合物流倉庫，原設(shè)計采用多跨連續(xù)混凝土框架，修改為預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，梁高降低300 mm，有效增加凈空，降低結(jié)構(gòu)造價13%，鋼材用量節(jié)約25%，混凝土用量節(jié)約8%。

6 結(jié)束語

超長大面積預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)在工程實踐中得到了很大的應(yīng)用，翔實的工程數(shù)據(jù)證明該結(jié)構(gòu)不僅具有技術(shù)上的優(yōu)勢，而且能明顯降低工程造價，節(jié)約工期。對類似工程具有借鑒、參考價值。

[1] GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

[2] DGJ 08-69-2007,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[S]．

[3] 鄭茂初.超長結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)研究[J].科技資訊,2008(20):64～65.

[4] 全國造價工程師執(zhí)業(yè)資格考試培訓(xùn)教材編審委員會.建設(shè)工程技術(shù)與計量(土木建筑工程)[M]．北京：中國計劃出版社，2014.

[5] CECS 180-2005，建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程[S]．

[6] 程 娟，郭向陽.試論預(yù)應(yīng)力混凝土的裂縫控制[J]．科技創(chuàng)業(yè),2004(8):23～24.

[7] GB 50010-2013,建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范[S]．

[8] GB 50854-2013,房屋建筑與裝飾工程工程量計算規(guī)范[S]．

[9] GB/T 5224-2003, 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線[S]．

[10] 祝燮權(quán)，謝 羽.實用五金手冊(第8版)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

[11] 上海市建設(shè)工程定額管理總站.上海市建筑和裝飾工程預(yù)算定額[M]．上海：上海科學(xué)普及出版社，2000.

2016-10-21；修改日期：2016-10-28

劉麗娜(1979-)，女，遼寧朝陽人，上海建科預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程有限公司工程師．

TU378

A

1673-5781(2016)05-0595-03