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 预应力混凝土结构在地下室结构设计中的探讨

       提要:地下室采用预应力混凝土楼盖能减少地下室层高和埋深,并简化施工,从而取得直接或间接的综合经济效益,且能有效的控制结构的中后期收缩及温度裂缝。

  关键词:预应力,无梁楼盖,经济性

  

  预应力混凝土技术目前已广泛用于各类建筑结构,由于其提高了结构刚度和抗裂性,较大幅度减少梁截面高度及板厚度,使建筑高度降低,增加了结构的跨度。预应力混凝土技术是我国在“九五”计划期间在建筑业重点采用和推广项目,随着建筑科技的不断发展,预应力技术也取得了长足的进步,从结构设计理论和方法、材料和施工工艺、规范规程等方面均已成熟,应用日益普及,近年发展迅速。

  1.预应力混凝土结构的特点及应用

  预应力混凝土是通过张拉预埋在混凝土中的预应力筋,使混凝土截面受到某种量值与分布的内压力,以部分或全部抵消使用荷载产生的拉应力。预应力建立后,预应力筋受拉,混凝土受压,组成一个自平衡系统。从实效上看,预应力提高了混凝土的抗拉能力,使得必须带裂缝工作的普通混凝土结构可以不开裂或裂缝宽度大大减小,从而提高了构件的抗裂度和刚度及耐久性,这是预应力混凝土结构最重要的特点。

  预应力钢筋按照能否与混凝土产生粘结分为有粘结筋和无粘结筋。有粘结筋能充分发挥预应力筋的强度,无粘结筋施工方便,得到广泛使用,我国已建成的无粘结预应力混凝土工程面积逾1亿平方米,预应力钢筋耗量已占全世界的1/3。

  大跨梁式结构采用后张预应力混凝土技术的优势是众所周知的。近年来,预应力无梁平板大量用于地下室,采用这种结构形式的初衷主要是减少地下室层高和埋深,并简化施工,从而取得间接的综合经济效益,但在实践中发现,有填土或人防的地下室楼盖,部分地下室底板采用优化的预应力无梁平板结构,其结构直接造价比普通梁板结构有较大降低,一般在每平方米50~150元左右,当然造价的降低与前几年预应力材料及体系价格走低、市场的成熟与蓬勃壮大也有直接的联系。正因为这些直接和间接的可观经济效益,该结构型式受到地产商的青睐,短短几年时间,在建筑工程中,预应力混凝土技术从传统应用领域迅速向地下室倾斜,地域上从广东、北京等应用较广的地区向上海地区、湖南、江西、西安等地蔓延,西南部分省市、内蒙也即开始使用。

  2.预应力混凝土技术成熟,设计施工有章可循,结构安全可靠

  预应力结构一直都是我国《混凝土结构设计规范》、《混凝土结构施工验收规范》的重要组成部分,为适应现代预应力技术的发展,国家相继颁布了《预应力混凝土结构设计建议》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》、《预应力混凝土结构抗震设计规程》、《建筑工程预应力施工规程》及预应力材料及体系方面的一系列标准,这些规范规程标准的出台,使预应力混凝土技术更加成熟,设计施工有章可循,结构安全可靠。预应力混凝土结构在全世界已经使用了近70年,无粘结预应力结构在美国也使用了近40年。

  3.地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的必要性

  1)减少地下室埋深及基坑开挖深度的需要。天津市地区地下水位较高,地表水丰富,近几年连续发生了几起由于抗浮不足引起结构局部损坏或整体破坏的事例,引起业内警觉。解决抗浮问题,固然可以用增加地下室顶板及底板厚度、抗拔桩这些被动措施,但成本高。降低地下室层高,减少水压力是最有效、最经济的办法;降低层高,还可以减少外墙砼用量、土方量、防水材料、及支挡结构费用。

  2) 结构超长、防水、抗裂安全性的需要。由于地下室留永久结构缝会影响覆土景观、容易漏水且难以根治,还影响主体结构的埋深,因此近年所建住宅小区的地下室多为超长、连体结构,在混凝土收缩及温差的影响下,抗裂安全性较低,虽然在材料及施工上可以采取一些措施,但现实上由于种种原因,在普通的民用建筑中,控制裂缝的一些措施往往难以落实。预应力是主动力,而且数值可调可控,与其他被动方法相比,对控制混凝土结构的中后期收缩及温度裂缝更有效,可靠性更高,此外预应力筋可兼顾抵抗外力与收缩温度应力,因此也是最经济的方法,这已被众多的工程实践所证明。

  3) 当主楼与地库基础类型不同时,由于板结构平面外刚度较小,次内力较梁结构小,更适宜。

  4.地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的经济性

  采用预应力混凝土无梁平板结构可以降低楼面结构的造价,主要原因有

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