大跨度混凝土楼盖结构设计及施工研究

唐海星

【摘要】大跨度混凝土楼盖结构设计是个复杂的过程，在设计中需要考虑满足建筑使用功能的要求，同时也要保证结构的安全适用、经济合理、方便施工。本文仅以大跨度混凝土楼盖结构设计的概况为基础，对几种楼盖结构形式以及施工注意事项进行简要分析。

【关键词】大跨度;混凝土楼盖结构;施工要求

我国经济发展水平不断进步，人们对建筑功能、造型等设计有更高的要求。大跨度混凝土楼盖结构设计可以提供更开阔的空间，例如各种展馆、大会堂等对大跨度的空间设计要求高。因此，在满足大跨度的空间设计的基础上，给结构工程师提出新的问题和挑战，需要分析大跨度楼盖结构设计的特点，结合现有的施工条件，实现合理化设计。

1、大跨度混凝土楼盖结构设计的形式

根据《建筑抗震设计规范》规定，跨度大于等于18m的框架结构称为是大跨度结构[1]，目前在大跨度混凝土楼盖结构设计中，结构形式多样，需要结合建筑平面的不同进行优选。

1.1钢筋混凝土井字梁楼盖

钢筋混凝土井字梁的楼盖设计体系，是由同一平面内相互正交或斜交的梁所组成，梁的层次不分主次，相互协同工作;为了使整个楼盖体系受力均匀，两个方向的梁高需等高。一般情况，井字梁的间距大概是2.5-3m左右，适用于建筑平面为正方形或长宽比小于1.5的大跨度混凝土楼盖。在大厅的入口和大会堂等场所，根据建筑平面图进行井字梁位置的合理布置，亦能达到美观性的要求[2]。

1.2钢筋混凝土空腹网架楼盖

钢筋混凝土空腹网架楼盖的设计形式是在传统楼盖形式上升级的一种形式，最开始是由贵州大学的教授于1984年提出的，1985年经过完善后应用，属于三维空间受力设计体系，通常以现浇为主，适用于跨度为30m以下的公共建筑。

1.3无梁钢筋混凝土楼盖

无梁楼盖结构不设梁，是一种双向受力的板柱结构体系。由于缺少梁，钢筋混凝土板需要直接支承到框架柱上，板厚要比相同跨度的肋梁楼盖要大些，它施工方式比较方便，能提供较大的建筑净空，减少建筑层高。当前无梁钢筋混凝土楼盖的设计主要应用在商场、车库以及多层的厂房等柱跨不是很大的建筑中[3]。如在无梁楼盖结构内设置预应力钢筋，预先对混凝土施加压应力，则能显著提高楼盖结构的整体刚度、抗裂性能，可应用于大跨度混凝土楼盖结构中。

1.4预应力混凝土井字梁楼盖

预应力混凝土井字梁楼盖设计形式是指在普通混凝土井字梁楼盖中的梁内设置了预应力筋，最大的作用是能承受更大的荷载，能达到更大的跨度要求，其跨度范围一般为12m-36m左右。预应力混凝土井字梁按照施加预应力的先后顺序分为先张法和后张法，按照预应力筋与混凝土是否有粘结分为有粘結预应力和无粘结预应力。

2、大跨度混凝土楼盖结构设计的现状

在楼盖结构设计中，主要的作用是传递竖向的荷载，同时可传递水平荷载以及分配竖向荷载的传导等。大跨度混凝土楼盖结构形式的跨度比较大，也由此带来一些问题。其一是竖向构件所分担的楼盖面积比较大，竖向构件承受的荷载很大。其二是由于跨度的逐渐增加，大跨度楼盖结构的挠度问题增加，成为影响楼盖设计的关键因素和重要因素。当前人们对生活质量的要求逐渐提升，楼盖受到人行走以及其他节奏运动的影响，会产生不同程度的震动现象，大跨度的结构跨度比较大，人体感受更加明显。

3、大跨度混凝土楼盖结构设计和施工举措

针对大跨度混凝土楼盖结构设计要求，通过楼盖结构方案对比分析，合理选取结构形式、结构体系和进行结构布置，最大限度的满足建筑物功能需求，提升建筑品质。具体分析如下：

3.1大跨度混凝土楼盖设计方案选择

在当前的大跨度混凝土楼盖结构设计方案中，有钢筋混凝土井字梁的楼盖设计，钢筋混凝土的空腹网架楼盖设计、无梁钢筋混凝土楼盖设计以及预应力混凝土井字梁楼盖设计。钢筋混凝土井字梁楼盖自重较大，超过一定跨度变形将难以控制，如不起拱已无法满足要求，经济性随着跨度的增加显著降低。无梁钢筋混凝土的楼盖设计可以提供更高的空间，在荷载比较小的情况下，柱跨小于8m及以下，经济性较好，具备一定的优势。但在后期改造楼面增加设备，楼盖的荷载增加之后，无梁钢筋混凝土的楼盖设计优势不再。预应力混凝土井字梁楼盖设计可以解决存在的大跨度的情况。在具体的项目设计中，本着安全适用、经济合理、方便施工的原则，合理选择大跨度混凝土楼盖结构设计方案。

3.2大跨度楼盖设计方案的优化选择

某工程大跨度楼盖结构（21x24m），井字梁楼盖设计方案，井字梁截面高度取跨度的1/18，短跨跨度21m，经试算，梁截面取350x1200mm，梁距3m，楼板厚度取120mm，井字梁避开柱位布置，四周边梁为满足抗扭刚度和强度要求截面取450x1500。此方案已超过井字梁的经济跨度，跨中梁底变形较大，挠度无法满足设计要求，需结合施工起拱要求，中间需起拱较大。预应力混凝土井字梁楼盖设计方案，与柱相连的两个主轴方向井字梁采用预应力混凝土梁，梁截面为450x1200mm，预应力混凝土梁之间布置常规钢筋混凝土井字梁，梁截面为300x800mm，本方案跨中梁底变形小于规范限值，仅需按常规考虑施工起拱即可。对比发现，超过一定跨度的钢筋混凝土井字梁楼盖对净空的影响更大，且变形将更难控制，如不起拱已无法满足要求，经济性随着跨度的增加显著降低;相比之下，预应力混凝土梁表现出更多优越性，不论是空间布局还是变形控制，同时预应力体系延性更佳，塑性变形能力强，整体抗震性能更好。

3.3施工的注意事项

在当前大跨度楼盖施工的过程中，各种新技术取得不同程度的应用，但是在施工中受到各种因素的影响，也存在不同程度的问题。大跨度的结构设计本身具有一定的风险，在施工中需要注意的是保持警惕，以安全质量管理作为基础，提高质量安全保证，严格按照施工图纸施工。施工中为了减少挠度，需按要求施工起拱。除了常规的施工问题之外，在大跨度楼盖的施工过程中，必须保证钢筋的连续性，钢筋连接应优先采用机械连接接头，施工前做好钢筋班组的技术交底，发现问题及时改正，确保施工质量。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 （2016年版）

[2]熊亮明.大跨度混凝土楼盖结构设计及施工[J].珠江水运，2020（08）：103-104.

[3]周小溦.大跨度钢管混凝土拱架结构设计及楼盖竖向振动分析[D].华南理工大学，2016.