地下室頂板結構多種方案的經濟性研究

馬志偉

華誠博遠工程技術集團有限公司 北京 100052

1 工程概況

某小區綜合樓是一棟地上7層，地下1層，集商業和住宅于一體的綜合性建筑。地下室頂覆土厚1.0m。該建筑有兩個主要特點：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]以上兩個主要特點，我們選取兩種方案進行對比，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：預應力混凝土框架梁與無黏結預應力混凝土單向板所組成的四邊預應力梁支承的無黏結預應力混凝土單向板樓蓋方案[1]。

1.1 普通梁板結構方案普通梁板結構

由于本地下室的建筑功能需要，柱網確定為7.6m×7.6m。根據《建筑結構荷載規范》，消防車在單向板方案中的荷載標準值為35kN/m2，同時在次梁及主梁的設計時考慮荷載折減系數。經過計算，地下室頂板布置成十字交叉梁結構，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。考慮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，基礎采用樁筏基礎，底板厚650mm，地下室底板底距地面距離為5500mm。經過計算分析計算，板的配筋為雙層雙向12@180。

1.2 空心無梁樓板的設計方案

無梁樓蓋結構體系又稱板柱結構體系，這是相對梁板結構體系而言的。在我國，無梁樓蓋結構體系是近年來發展較為迅速的一項建筑結構新技術。較之傳統的密肋梁結構體系它具有整體性好、建筑空間大，可有效地增加凈高、減小層高等優點。在施工方面，采用無梁樓蓋結構體系的建筑物具有施工支模簡單、樓面鋼筋綁扎方便，設備安裝方便等優點，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構也是具有明顯的經濟效益的[2]。

空心無梁樓蓋，這是一種新穎的結構形式，是傳統密肋樓蓋的發展，可降低層高和造價。空心無梁樓蓋內的填充構件采用底寬360mm、頂寬400mm、高180mm的薄壁塑料盒，這種塑料盒環保無毒，受火后也無毒煙。每1m2的樓板內放置4個塑料盒，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，在柱的軸線處設置實心的暗梁，區格的中間部分則放置塑料盒。

豎向荷載作用下，空心無梁頂板的計算采用等代框架法，要點如下：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，所以可對中間區格板的內力計算值進行折減，通常可乘以0.8～1.0的折減系數。在本工程中由于混凝土側墻可以對板的周邊提供更好的約束作用，所以對邊區格和角區格內的板同樣進行內力折減。本工程對所有的柱上板帶均采用0.9的折減系數。在柱上板帶框架柱的位置處應設置暗梁，暗梁的上下受力鋼筋應分別取柱上板帶計算所需上下鋼筋的0.5倍左右。暗梁之外板的鋼筋配置在相應的空心板內，其中板底的正彎矩鋼筋配置在肋梁內。經此處理后，計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 預應力方案

根據板跨度，變形及裂縫的限制條件，取板截面高度h=260mm，現澆預應力混凝土單向板采用強度等級為C40混凝土，預應力筋取為抗拉強度標準值為fpk=1860N/mm2的低松弛鋼絞線，張拉控制應力為=0.75fpk，預應力工藝為無黏結，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。非預應力筋采用HRB400級鋼筋。

主梁截面為b×h=350mm×700mm，梁混凝土強度等級為C4O，預應力筋取為抗拉強度標準值為fptk=1860N/mm2的低松弛鋼紋線，張拉控制應力為=0.75fpk，預應力工藝為有黏結，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。非預應力筋采用HRB400級鋼筋。梁的配筋計算采用統一設計方法。

2 方案對比

鋼筋含量三種布置方案經濟性能對比發現方案布置Ⅰ在經濟上優于方案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，對于大跨度的結構不經濟，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點，同時可以降低結構層高，特別適用于跨度較大、荷載也較大的結構；對于會議室等大空間結構，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，空心無梁樓蓋的內力分析可以類似采用實心無梁樓蓋的等代框架法進行，但板的截面特性應采用實際值，對蜂窩式空心樓蓋可采用本文給出的計算公式計算其截面特性。采用等代框架法可同時對框架柱在樓層位里處的受力情況進行分析。在受力分析中如果活荷載較大則應考慮活荷載的不利布置。為進一步提高經濟效益，受力鑰筋建議采用 HRB400 級鋼筋?？紤]到實際受力情況的復雜性，板的上部負筋應通長布置，不宜截斷。

方案Ⅲ：通過在結構中配置預應力筋的方式，采取主被動手段相結合的方式，使混凝土早期的收縮對結構的影響減少到較小程度，并隨后主動給結構構件施加一定的壓力，來減弱或消除溫度應力的影響，能有效抵抗混凝土結構收縮和溫度應力產生的裂縫，達到不設永久性結構伸縮縫的效果。本工程實踐證明，在結構長度達 115 m 的地下室頂板中，采用預應力技術后，地下室頂板無任何滲漏產生。

3 結束語

經過綜合比較后，該工程地下室頂板采用了預應力梁板方案后，從技術上克服了因上翻梁使防水層鋪設難和覆土后排水難的缺點，滿足了地下室層高要求。地下室頂板結構方案的選擇直接關系到工程造價，預應力技術在超長結構中應用具有良好的經濟性，預應力梁板結構較原方案節約，經濟效益顯著。

[1]鄭丈忠,王英.預應力混凝土房及結構設計統一方法與實例[M].哈爾濱:雙龍江科學技術出版社,2015:199.

[2]GJ140-2004.預應力混凝土結構混凝設計規程[s].北京:中國標準出版社,2004.

[3]峋學康.后張預應力混凝土設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2016:231.