浅谈预应力技术在现代建筑中的作用

胡文锦

张家口市人才交流服务中心

随着社会科技不断的发展,人们对生活环境的要求越来越高,建筑结构形式多种多样,使用功能不断变化,高层建筑蓬勃发展,结构大空间的需求越来越强烈,普通钢筋混凝土结构不能很好满足要求,而钢结构费用过高,人们接受程度有限,后张预应力技术的广泛应用,可以轻松解决.后张预应力包括有粘结预应力体系和无粘结预应力体系.

1 地下室顶板预应力无梁结构

1.1 工程概况

某住宅小区,内含多栋小高层住宅和多层住宅建筑,其中小高层地上11层,地下一层.小高层区域柱网尺寸主要为8.0m×8.0m,地下室连通,地下室顶板上覆土1000mm,有人防要求,平时为室内停车场,战时则为6级物质库.

1.2 预应力技术的应用及技术要点

该工程的地下室顶板采用有粘结预应力无梁板结构.预应力筋布置严格按图施工,钢筋数量及种类必须符合图纸要求,严格按设计要求曲线布筋,保证在垂直方向上各控制点的高度达到设计要求,曲线要平滑,最高点及反弯点位置控制是重点.暗梁内预应力筋保护层最小厚度50mm.张拉端与固定端采用夹片类7孔锚具,喇叭口和螺旋筋与其配套.孔道用金属波纹管留孔,管径为70mm,接管采用大一号的波纹管,采用一端张拉,张拉和灌浆是预应力施工重点.

1.3 技术经济分析

(1)使用功能.

①预应力混凝土无梁板方案有利于减少地下室埋深及基坑的开挖深度.顶板做成预应力板后,则可以降低层高,减少水压力,减少基坑的开挖深度.

②预应力混凝土无梁板方案有利于增加地下室的使用空间或者减少层高.对于8.0m跨度的板体系,若采用普通钢筋混凝土梁板结构,梁需要占去900mm左右的净空,而采用预应力楼板后,取消了不必要的明梁,板厚为180～300mm(柱帽部分总高度约为500mm),这样在净空不变的情况下,至少可以减少600mm以上的层高.

③预应力混凝土无梁板技术具有优越的抗裂性,并解决了超长结构的温度应力.预应力不仅解决了竖向荷载下的抗裂问题,而且在混凝土顶板中建立了大约1.5～2.3M Pa的预压应力,对超长结构抵抗温度应力以及混凝土收缩应力具有明显的优越性,结构还可不设施工缝.

(2)对施工的影响.①预应力混凝土平板结构取消了许多梁,模板用量明显减少;而且模板安装简单方便,节省时间.②采用预应力混凝土平板结构后,楼面结构的普通钢筋用量将减少,平板钢筋绑扎快捷方便,预应力筋铺设与普通钢筋的绑扎可以交叉进行,节省时间.

③当混凝土强度达到设计强度的75%时即可进行预应力筋的张拉,张拉过程中可以照常进行上一层楼面的施工.张拉完成后,即可拆除模板,加快模板周转使用.

(3)经济性.

表1 两种经济方案比较

上述比较中,混凝土综合价格按照300元/m3,普通钢筋综合价格按照4000元/t,预应力综合价格按照16500元/t.由表的经济比较可以发现:采用预应力无梁板方案比普通钢筋混凝土梁板方案每平米综合单价约低10%.采用预应力混凝土无梁板方案减少钢筋、混凝土用量,降低结构的造价.

(4)其它.

实践证明预应力无梁板结构用于建筑物地面以上部分不仅具备以上优点,还具有分隔使用空间不受梁的限制,利于改善结构的使用功能.这种预应力无梁板,除在楼板周边保留必要的梁和在局部少数有隔墙的地方及洞口边缘保留梁之外,室内明梁全部取消,仅在必要的地方设暗梁以改善楼板的受力性能,每单元整个室内顶板为一整块,建筑可以在不同时期因业主的变化,使用要求的变化而改变,在任意位置均可以设置隔墙,方案可以是多种多样,可给用户最大的自由度,解决了各层各户分隔形式单一尴尬局面,使房屋使用功能及档次得到很大的提高,是房屋销售的一大卖点.另外预应力楼板取消了室内明梁,避免了由于管线及通风管道的铺设使层高大大降低的问题,同时也为管道的安装提供较大的方便.

2 地下室筏型基础及剪力墙预应力结构

2.1 工程概况

如某二层地下车库,总面积11060m2,建筑抗防裂度为八度,该工程采用80×62m的地下剪力墙及筏形大体积基础底板,其混凝土强度等级为C40,混凝土抗渗等级为S8.

2.2 预应力技术的应用及技术要点

本工程剪力墙和基础均采用无粘结预应力体系,预应力筋采用1860MPa低松驰钢铰线,保护采用中丝涂油技术,有效地提高钢铰线的防腐性能,更好地保持耐久性.在张拉端采用夹片锚具,固定端采用挤压锚具.承压板采用100×100×10钢板,无粘结预应力混凝土是预应力筋沿全长与周围混凝土不粘结而完全靠锚具传力的预应力混凝土.

筏形基础厚500mm,所承受的力主要是地基均匀反力和上部结构通过柱子产生的冲切力,筏形基础有一定的刚度要求,在筏基中配置预应力筋的主要目的是为了改善筏板的受力状况,提高筏板的抗裂性能和基础性防水性能.根据图纸和工程实际情况,基础筏板无粘结筋不能在剪力墙外处设张拉端,所有预应力筋的张拉只能在板面完成,故对预应力筋须分段来完成张拉端的设置.在完成非预应力筋绑扎时,铺设无粘结预应力钢铰线,严格控制预应力筋固定位置、间距及高度,保证预应力筋矢高和水平位置准确.预应力筋的马凳采用Φ 14钢制作,固定在非预应力的钢筋上.在支座边缘处,跨中处及反弯点处,预应力钢铰线的高度控制应作为关键点来控制,张拉时要用伸长值和张拉应力双项控制.

2.3 技术经济分析

地下车库筏形基础和剪力墙配置一定的无粘结预应力筋可以从整体上改善结构的受力状态,提高整体刚度、抗冲切性和极限承载能力;对地下室的抗裂和抗渗漏具有很好的作用.大体积混凝土施工中,不用采取设置施工缝工艺,整体浇注,很大程度加快施工进度.由于采用预应力技术,减少了结构的截面尺寸,提高了工程质量,降低了工程成本,具有很好的技术经济效益.

3 高层结构转换层预应力结构

3.1 工程概况及预应力技术应用

现阶段高层建筑蓬勃发展,下部需要大柱网、大空间的公共设施,从受力的角度讲这是不合理的,解决这种矛盾的最常用方式就是设置结构转换层,转换层受力构件钢筋密集,截面尺寸大,施工难度大,使用率低.随着预应力技术的逐渐成熟,这一难点被攻克,如位于8度抗震设防区高64.2m的北京市公安局刑科楼就是做了跨越2～4层高达4800mm的预应力转换大梁;宁波浙海大厦,地上52层,地下2层,在6层处设置了2000mm的预应力厚板和3500x3200mm的暗梁作为该超高层建筑的转换层;上海乾鸿苑大厦由九座塔楼组成,塔楼在60m左右不等,塔楼扭转48度,上下层错位,采用厚970mm长约140m宽为40m～70m不等的不规则梯形预应力板作为该多塔高层的转换层.

3.2 技术经济分析

采用预应力技术减少截面尺寸、控制裂缝和挠度,控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担,只要采用预应力度适当,构造处理得当,预应力结构的抗震是可以得到保证的.采用预应力技术,可以减少大量钢构件的使用,更能体现出预应力混凝土结构的经济性.

4 结 语

预应力技术经过了几十年的不断研究和工程实践,已经是比较成熟的一项工程技术.在以上实例中,充分体现出预应力技术相对钢筋混凝土结构有其独有的技术优势和经济优势,而相对钢结构而言混凝土结构有明显经济优势,在现代建筑中预应力技术将发挥巨大的作用!

[1]吕志涛,孟少平.现代预应力设计.东南大学

[2]冯大斌,栾贵臣.后张预应力混凝土施工手册.中国建筑工业出版社