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        關于預應力混凝土結(jié)構(gòu)在地下室結(jié)構(gòu)設計中的探討

        2011-12-31 06:51:24李小燕
        城市建設理論研究 2011年28期
        關鍵詞:無梁板結(jié)構(gòu)張拉

        李小燕

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

        關鍵詞 : 預應力混凝土結(jié)構(gòu) 特點應用

        前言

        預應力混凝土技術(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。預應力混凝土技術(shù)是我國在“九五”計劃期間在建筑業(yè)重點采用和推廣項目,隨著建筑科技的不斷發(fā)展,預應力技術(shù)也取得了長足的進步,從結(jié)構(gòu)設計理論和方法、材料和施工工藝、規(guī)范規(guī)程等方面均已成熟,應用日益普及,近年發(fā)展迅速。

        一、預應力混凝土結(jié)構(gòu)的特點及應用

        預應力混凝土是通過張拉預埋在混凝土中的預應力筋,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)生的拉應力。預應力建立后,預應力筋受拉,混凝土受壓,組成一個自平衡系統(tǒng)。從實效上看,預應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,這是預應力混凝土結(jié)構(gòu)最重要的特點。

        預應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)揮預應力筋的強度,無粘結(jié)筋施工方便,得到廣泛使用,我國已建成的無粘結(jié)預應力混凝土工程面積逾1億㎡,預應力鋼筋耗量已占全世界的1/3。

        大跨梁式結(jié)構(gòu)采用后張預應力混凝土技術(shù)的優(yōu)勢是眾所周知的。近年來,預應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,并簡化施工,從而取得間接的綜合經(jīng)濟效益,但在實踐中發(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)化的預應力無梁平板結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)直接造價比普通梁板結(jié)構(gòu)有較大降低,一般在每平方米50~150元左右,當然造價的降低與前幾年預應力材料及體系價格走低、市場的成熟與蓬勃壯大也有直接的聯(lián)系。正因為這些直接和間接的可觀經(jīng)濟效益,該結(jié)構(gòu)型式受到地產(chǎn)商的青睞,短短幾年時間,在建筑工程中,預應力混凝土技術(shù)從傳統(tǒng)應用領域迅速向地下室傾斜,地域上從廣東、北京等應用較廣的地區(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、預應力混凝土技術(shù)成熟,設計施工有章可循,結(jié)構(gòu)安全可靠

        預應力結(jié)構(gòu)一直都是我國《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)施工驗收規(guī)范》的重要組成部分,為適應現(xiàn)代預應力技術(shù)的發(fā)展,國家相繼頒布了《預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計建議》、《無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《預應力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)程》、《建筑工程預應力施工規(guī)程》及預應力材料及體系方面的一系列標準,這些規(guī)范規(guī)程標準的出臺,使預應力混凝土技術(shù)更加成熟,設計施工有章可循,結(jié)構(gòu)安全可靠。預應力混凝土結(jié)構(gòu)在全世界已經(jīng)使用了近70年,無粘結(jié)預應力結(jié)構(gòu)在美國也使用了近40年。

        三、地下室采用后張預應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)費用。

        結(jié)構(gòu)超長、防水、抗裂安全性的需要。由于地下室留永久結(jié)構(gòu)縫會影響覆土景觀、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。預應力是主動力,而且數(shù)值可調(diào)可控,與其他被動方法相比,對控制混凝土結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫更有效,可靠性更高,此外預應力筋可兼顧抵抗外力與收縮溫度應力,因此也是最經(jīng)濟的方法,這已被眾多的工程實踐所證明。

        3)當主樓與地庫基礎類型不同時,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、地下室采用后張預應力混凝土平板樓蓋的經(jīng)濟性

        采用預應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,主要原因有:

        1)普通鋼筋用量減少。因為:①預應力筋強度高,性價比高。預應力筋強度設計值1320Mpa,普通鋼筋HRB335、HRB400的強度設計值分別為300Mpa、360MPa,其強度比值分別為4.4、3.67,而綜合單價之比大致為3~3.4;,②同一條預應力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋,長度遠小于等量的普通鋼筋正負筋之和,使預應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預應力結(jié)構(gòu)強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)減少了預應力筋用量。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),減少了預應力筋用量。

        3)模板及混凝土用量較普通梁板結(jié)構(gòu)少。這兩項減少抵消混凝土標號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)及抗拔樁費用,按照經(jīng)驗,層高每減少100mm,無抗拔樁時節(jié)省5~8元/m2,有抗拔樁時節(jié)省30~40元/m2左右。

        大量的工程實踐及對比分析表明,結(jié)構(gòu)選型及設計合理的預應力無梁樓板結(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)造價高的傳統(tǒng)觀念。

        五、預應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,預應力混凝土是在普通鋼筋混凝土的基礎上,加入少量高強預應力鋼筋,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,只是增加了預應力筋鋪設和張拉工序。預應力工程量一般僅占總工程量的4%~8%。

        采用預應力混凝土平板結(jié)構(gòu),施工進度可以加快,這主要是因為:1)預應力混凝土平板結(jié)構(gòu)取消了許多梁,模板用量明顯減少,而且模板安裝簡單方便,節(jié)省時間;2)采用預應力混凝土平板結(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時費力的梁鋼筋,平板鋼筋綁扎快捷方便,預應力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進行,節(jié)省時間;3)當混凝土強度達到設計強度的75%時即可進行預應力筋的張拉,張拉過程中可以照常進行上一層樓面的施工。張拉完成后,即可拆除模板,而預應力張拉不占施工工期,節(jié)省了時間;4)預應力結(jié)構(gòu)后澆帶預留時間可相對短一點。大量工程實例表明,并不會因為采用了預應力而增加工期,相反,預應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。

        由于以上預應力無梁結(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(從而使人工費用減少)的特點,有過體驗的土建施工單位,更樂于這種結(jié)構(gòu)的施工。

        六、 預應力混凝土結(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

        對于尺度較大的結(jié)構(gòu),預應力混凝土結(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)預應力筋,待后澆帶澆注達到一定強度后張拉短筋連成整體即可。

        預應力混凝土結(jié)構(gòu)也可以象普通結(jié)構(gòu)一樣有高差錯位,地庫部分用無梁板結(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)范的有關要求。

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

        對于地下水壓力較大的地下室底板,采用預應力混凝土無梁板結(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,明顯加快施工進度。

        八、結(jié)束語

        由此可見,地下室采用預應力無梁板結(jié)構(gòu)減少地下室層高和埋深,帶來直接或間接的經(jīng)濟效益。地下室多為超長、連體結(jié)構(gòu),預應力控制混凝土結(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應力混凝土無梁樓蓋,且本身比普通梁板結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性。

        參考文獻

        [1]混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范? GB 50010-2002? 中國建筑工業(yè)出版社,2002

        [2]陶學康主編 . 后張預應力混凝土設計手冊 . 中國建筑工業(yè)出版社,1996

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