地下室頂板結(jié)構(gòu)多種方案的經(jīng)濟(jì)性研究

馬志偉

華誠博遠(yuǎn)工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 北京 100052

1 工程概況

某小區(qū)綜合樓是一棟地上7層，地下1層，集商業(yè)和住宅于一體的綜合性建筑。地下室頂覆土厚1.0m。該建筑有兩個(gè)主要特點(diǎn)：①在布局上，7層住宅用房布置在四周，中間為地下室，層高為4.6m，柱距為7.6m；②地下室的頂蓋又兼作消防車道?？紤]以上兩個(gè)主要特點(diǎn)，我們選取兩種方案進(jìn)行對比，方案Ⅰ：普通鋼筋混凝土單向板方案；方案Ⅱ：空心無梁樓板方案；方案Ⅲ：預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土單向板所組成的四邊預(yù)應(yīng)力梁支承的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土單向板樓蓋方案[1]。

1.1 普通梁板結(jié)構(gòu)方案普通梁板結(jié)構(gòu)

由于本地下室的建筑功能需要，柱網(wǎng)確定為7.6m×7.6m。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，消防車在單向板方案中的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為35kN/m2，同時(shí)在次梁及主梁的設(shè)計(jì)時(shí)考慮荷載折減系數(shù)。經(jīng)過計(jì)算，地下室頂板布置成十字交叉梁結(jié)構(gòu)，主梁斷面為350×900mm，次梁為300×600mm，頂板厚200mm，梁板折算后的板厚為365mm?？紤]到建筑功能需要地下室凈高2900mm，按此種方法的地下室層高為3000mm，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，底板厚650mm，地下室底板底距地面距離為5500mm。經(jīng)過計(jì)算分析計(jì)算，板的配筋為雙層雙向12@180。

1.2 空心無梁樓板的設(shè)計(jì)方案

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系又稱板柱結(jié)構(gòu)體系，這是相對梁板結(jié)構(gòu)體系而言的。在我國，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展較為迅速的一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)。較之傳統(tǒng)的密肋梁結(jié)構(gòu)體系它具有整體性好、建筑空間大，可有效地增加凈高、減小層高等優(yōu)點(diǎn)。在施工方面，采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的建筑物具有施工支模簡單、樓面鋼筋綁扎方便，設(shè)備安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，從而大大提高了施工速度。因此，在特定條件下采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)也是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益的[2]。

空心無梁樓蓋，這是一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，是傳統(tǒng)密肋樓蓋的發(fā)展，可降低層高和造價(jià)?？招臒o梁樓蓋內(nèi)的填充構(gòu)件采用底寬360mm、頂寬400mm、高180mm的薄壁塑料盒，這種塑料盒環(huán)保無毒，受火后也無毒煙。每1m2的樓板內(nèi)放置4個(gè)塑料盒，盒子的中距為500mm，相鄰盒子間為100寬的肋，從而形成蜂窩式的雙向密肋空心無梁樓蓋?？招臒o梁頂板的厚度取為300mm，在柱的軸線處設(shè)置實(shí)心的暗梁，區(qū)格的中間部分則放置塑料盒。

豎向荷載作用下，空心無梁頂板的計(jì)算采用等代框架法，要點(diǎn)如下：等代梁的寬度取相鄰跨跨中之間的距離；考慮到柱帽上翻，為偏于安全不考慮柱帽的有利影響，取等代梁的計(jì)算跨度為軸線間的距離減去柱寬。等代邊柱的寬度取與等代梁同寬，并假定柱的底端固定[3]。

由于無梁樓蓋中間區(qū)格的穹頂作用明顯，可顯著提高板的承載能力，所以可對中間區(qū)格板的內(nèi)力計(jì)算值進(jìn)行折減，通?？沙艘?.8～1.0的折減系數(shù)。在本工程中由于混凝土側(cè)墻可以對板的周邊提供更好的約束作用，所以對邊區(qū)格和角區(qū)格內(nèi)的板同樣進(jìn)行內(nèi)力折減。本工程對所有的柱上板帶均采用0.9的折減系數(shù)。在柱上板帶框架柱的位置處應(yīng)設(shè)置暗梁，暗梁的上下受力鋼筋應(yīng)分別取柱上板帶計(jì)算所需上下鋼筋的0.5倍左右。暗梁之外板的鋼筋配置在相應(yīng)的空心板內(nèi)，其中板底的正彎矩鋼筋配置在肋梁內(nèi)。經(jīng)此處理后，計(jì)算得空心無梁頂板的配筋為16@130（單向），暗梁底筋僅為312。

1.3 預(yù)應(yīng)力方案

根據(jù)板跨度，變形及裂縫的限制條件，取板截面高度h=260mm，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單向板采用強(qiáng)度等級為C40混凝土，預(yù)應(yīng)力筋取為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpk=1860N/mm2的低松弛鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為=0.75fpk，預(yù)應(yīng)力工藝為無黏結(jié)，一端張拉，張拉端采用XMI5―1單孔夾片錨，錨固端采用擠壓錨栓。非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400級鋼筋。

主梁截面為b×h=350mm×700mm，梁混凝土強(qiáng)度等級為C4O，預(yù)應(yīng)力筋取為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fptk=1860N/mm2的低松弛鋼紋線，張拉控制應(yīng)力為=0.75fpk，預(yù)應(yīng)力工藝為有黏結(jié)，兩端張拉，張拉端采用XMI5―6.7多孔夾片錨，錨囿端采用擠壓錨栓。非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400級鋼筋。梁的配筋計(jì)算采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)方法。

2 方案對比

鋼筋含量三種布置方案經(jīng)濟(jì)性能對比發(fā)現(xiàn)方案布置Ⅰ在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于方案Ⅱ，但使用功能上方案Ⅲ在極限荷載作用下都能滿足變形及裂縫最大寬度的控制條件，比方案Ⅱ更加安全。

方案Ⅰ：梁截面大，含鋼量大，對于大跨度的結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)，但施工簡單。

方案Ⅱ：蜂窩式空心無梁樓蓋具有空心率大、雙向性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以降低結(jié)構(gòu)層高，特別適用于跨度較大、荷載也較大的結(jié)構(gòu)；對于會議室等大空間結(jié)構(gòu)，平整的底面也可以取得良好的建筑效果。在豎向荷載作用下，空心無梁樓蓋的內(nèi)力分析可以類似采用實(shí)心無梁樓蓋的等代框架法進(jìn)行，但板的截面特性應(yīng)采用實(shí)際值，對蜂窩式空心樓蓋可采用本文給出的計(jì)算公式計(jì)算其截面特性。采用等代框架法可同時(shí)對框架柱在樓層位里處的受力情況進(jìn)行分析。在受力分析中如果活荷載較大則應(yīng)考慮活荷載的不利布置。為進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，受力鑰筋建議采用 HRB400 級鋼筋?？紤]到實(shí)際受力情況的復(fù)雜性，板的上部負(fù)筋應(yīng)通長布置，不宜截?cái)唷?/p>

方案Ⅲ：通過在結(jié)構(gòu)中配置預(yù)應(yīng)力筋的方式，采取主被動(dòng)手段相結(jié)合的方式，使混凝土早期的收縮對結(jié)構(gòu)的影響減少到較小程度，并隨后主動(dòng)給結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加一定的壓力，來減弱或消除溫度應(yīng)力的影響，能有效抵抗混凝土結(jié)構(gòu)收縮和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，達(dá)到不設(shè)永久性結(jié)構(gòu)伸縮縫的效果。本工程實(shí)踐證明，在結(jié)構(gòu)長度達(dá) 115 m 的地下室頂板中，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)后，地下室頂板無任何滲漏產(chǎn)生。

3 結(jié)束語

經(jīng)過綜合比較后，該工程地下室頂板采用了預(yù)應(yīng)力梁板方案后，從技術(shù)上克服了因上翻梁使防水層鋪設(shè)難和覆土后排水難的缺點(diǎn)，滿足了地下室層高要求。地下室頂板結(jié)構(gòu)方案的選擇直接關(guān)系到工程造價(jià)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在超長結(jié)構(gòu)中應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)性，預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)較原方案節(jié)約，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]鄭丈忠,王英.預(yù)應(yīng)力混凝土房及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一方法與實(shí)例[M].哈爾濱:雙龍江科學(xué)技術(shù)出版社,2015:199.

[2]GJ140-2004.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)混凝設(shè)計(jì)規(guī)程[s].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[3]峋學(xué)康.后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016:231.