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預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

2007-05-15 17:33    【  【打印】【我要糾錯】

  隨著人們消費(fèi)觀念的改變,對住房和工作環(huán)境及消費(fèi)水平的要求也越來越高,住宅要求有較好的內(nèi)景,辦公室要求有開闊舒暢的空間,建筑要追求較大的凈高……預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),輕松的實(shí)現(xiàn)了這些要求。

  預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的,常用的形式有:無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架(或剪力墻)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉、大懸挑結(jié)構(gòu)等。

  (一)、預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)

  傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系,需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁,這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯,降低了樓層的有效高度,影響了室內(nèi)美觀和使用功能,裝修也較難處理;由于室內(nèi)明梁的存在,隔墻布置的任意性受到限制,室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難,而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的,特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu),以上問題則迎刃而解;工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu),由于內(nèi)隔墻較多,附加荷載較大,要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級及撓度滿足規(guī)范要求,計(jì)算所需板厚較厚,同時普通鋼筋用量也較大,不經(jīng)濟(jì)。因此,為了提高整個樓蓋的抗裂性能,減薄板厚,減輕結(jié)構(gòu)自重,提高其使用功能,采用近年來在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù),將整個樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)是一個良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無梁平板,除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外,室內(nèi)明梁全部取消,僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能,每單元整個室內(nèi)頂板為一整塊的平面。

  這種結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的許多共性,其優(yōu)點(diǎn)主要有:

 。1)有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度

  對于有地下室的大型建筑或高層建筑,常常把地下室作為車庫或商場。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板;局部配電房,發(fā)電機(jī)房等需層高較高者,可局部下挖,使之達(dá)到設(shè)備高度要求;這樣,在地下室中,則降低了層高,減少了水壓力,減少了底板支模工序及基坑開挖深度,減少了外墻砼用量,從而降低造價。若是把上部結(jié)構(gòu)也做成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),或選平板結(jié)構(gòu)或選有梁大板結(jié)構(gòu),均能擴(kuò)大柱距,使柱子和基礎(chǔ)數(shù)量減少,也增加了室內(nèi)的凈面積。車庫可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個車位出來,商場則可以擺放更多的貨品欄。

 。2)利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高

  對于6—9m跨度的樓蓋體系若采用普通鋼筋混凝土梁—板結(jié)構(gòu),梁板需要占去700—1000mm的凈空,若采用預(yù)應(yīng)力樓板后,室內(nèi)明梁取消,板厚為180—200mm(托板部分總高度300—350mm),這樣在凈空部變的情況下,每層可以減小500mm以上的層高。

 。3)利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能

  現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自已的愛好,經(jīng)營商品的組成變化,需要對商場及辦公樓進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍,甚至在不同時期因業(yè)主的變化,都會有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對用途的改變極容易適應(yīng),在任意位置均可以設(shè)置隔墻,方案可以是多種多樣,可給用戶最大的自由度,使房屋使用功能及檔次得到很大的提高,是房屋銷售的一大賣點(diǎn)。另外預(yù)應(yīng)力樓板取消了室內(nèi)明梁,避免了由于管線及通風(fēng)管道的鋪設(shè)使層高大大降低的問題,同時也為管道的安裝提供較大的方便,預(yù)應(yīng)力平板的分隔墻可以任意間隔,更是解決了各層各戶布置均不同帶來的普通梁—板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用之間的矛盾,這點(diǎn)也對回遷房的分割帶來極大方便。

 。4)具有優(yōu)越的抗裂性,減少鋼筋用量 ,降低結(jié)構(gòu)的造價。

  在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)種預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個向上等效荷載,同時在板中產(chǎn)生一個軸向壓力,使平板剛度提高,撓度大大減少,抗裂性能也大為提高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)的造價是因?yàn),第一普通鋼筋用量減少,因?yàn)?/p>

  1)預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高(是普通鋼筋強(qiáng)度的3-4倍),且一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋,使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高;

  2)有梁板往往以極值代替平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì),無梁板直接以平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì);

  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(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不需要為控制裂縫或提高剛度增加普通配筋,裂縫控制要求越高,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢越大(如地下室底板、有填土的頂板等);

  5)規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力板的構(gòu)造配筋率比普通板低;

  6)有消防車這種特殊可變荷載活動的區(qū)域(如有些地下室頂板)無梁結(jié)構(gòu)的縱筋箍筋都比有梁結(jié)構(gòu)省。第二對于車庫、商場、倉庫、有吊頂?shù)霓k公樓,可以在柱頭處加托板,使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào),大大減少預(yù)應(yīng)力筋用量。第三模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25-35%,而且預(yù)算定額直接費(fèi)較低。第四無梁板混凝土可用較大粒徑碎石,定額價一般較低。大量的工程實(shí)踐及對比分析表明,結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫和滌蕩者無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價高的傳統(tǒng)觀念(這種觀念在一般的教科書中都有表述,因此根深蒂固)。

 。5)施加預(yù)應(yīng)力后樓板的模板就可以拆除,施工方便,速度快。

  采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu),施工進(jìn)度可以加快,這主要是因?yàn)椋?/STRONG>

  a. 預(yù)應(yīng)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。

  b. 采用預(yù)應(yīng)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(fèi)時費(fèi)力的梁鋼筋,平板鋼筋綁扎快捷方便,預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進(jìn)行,節(jié)省時間。

  c.當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉,張拉過程中可以照常進(jìn)行上一層樓面的施工。張拉完成后,即可拆除模板,而預(yù)應(yīng)力張拉不占施工工期,節(jié)省了時間。大量工程實(shí)例表明,并不會因?yàn)椴捎昧祟A(yù)應(yīng)力而增加工期,相反,預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(從而人工費(fèi)用減少)的特點(diǎn),有過體驗(yàn)的土建施工單位,更樂于這種結(jié)構(gòu)的施工。

  (二)、有梁大板框架(或剪力墻)結(jié)構(gòu)

  有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子于柱子之間布明梁,大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處,柱距比較大,由于省去了次梁,避免了室內(nèi)錯綜復(fù)雜的次梁,內(nèi)景好,增加凈空,抗裂好,省材料省模板和拆模人工,施工快速等優(yōu)點(diǎn)。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用,則也能很大限度的減低層高或提升層凈高,如9米跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高,比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm高,比普通混凝土梁800mm少350mm.

  由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁,結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu),可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。

  有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓,尤其是住宅,不設(shè)次梁,既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀,也利于住戶自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能,即使更換了新住戶,改造房子時仍然可以再次自行布置房間。長沙市高12—16層的亞華住宅小區(qū)和16層的湘名園住宅小區(qū)都是采用這種結(jié)構(gòu)形式的,住宅的使用功能得到了住戶的一致好評。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系仍然適合用于商場等公共建筑。

  (三)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

  最近我國高層建筑發(fā)展迅速,且多為多功能綜合性建筑,需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部,從受力的角度講這是不合理的,解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟,預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降,即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多,大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子:如位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2~4層高達(dá)4800mm的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁;寧波浙海大廈,地上52層,地下2層,在6層處設(shè)置了2000mm的預(yù)應(yīng)力厚板和3500×3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)換層;上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成,塔樓在60米左右不等,塔樓扭轉(zhuǎn)48度,上下層錯位,采用厚970mm長約140m寬為40m—70m不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。

  采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn),如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度,控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng),構(gòu)造處理得當(dāng),預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸,對抗震也是有利的。

  (四)、特種結(jié)構(gòu)及其他

  隨著公共事業(yè)的發(fā)展,各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn),有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn),預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

 。1)、大懸挑結(jié)構(gòu)

  體育建筑在各大中城市興起,體育建筑的形式多樣,風(fēng)格各異,使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會興建的四座體育館,關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù);江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學(xué)院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展,許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu),可以獲得更大跨度,但是造價和維修費(fèi)用都比較高,所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢。

 。2)儲罐與筒倉

  一般地,儲罐與筒倉對抗裂要求比較高,預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力來提高抗裂性能;尤其是圓筒結(jié)構(gòu),環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用,正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國內(nèi)應(yīng)用了幾十年,主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸,帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

  (3)其他

  各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中,預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。還有預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見,主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外,預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu),疊合結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中,工程實(shí)例也越來越多。

  (五)結(jié)語

  預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究,已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù),在今后的發(fā)展中,還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們,預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢,在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競爭力,甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。

  參考文獻(xiàn):

  1、《第十二屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)交流會論文集》2003.10

  2、《現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)》 東南大學(xué) 呂志濤 孟少平

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