工程案例
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地下室采用后張預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓板的建議報(bào)告
引言
預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)是我國(guó)在“九五”計(jì)劃期間就在建筑業(yè)重 點(diǎn)采用和推廣項(xiàng)目，隨著建筑科技的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法、材料和施工工藝、規(guī)范規(guī)程等方面均已成熟，應(yīng)用日益普及，近年發(fā)展迅速。
1. 后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用
后張預(yù)應(yīng)力混凝土是通過(guò)張拉預(yù)埋在混凝土中的預(yù)應(yīng)力筋，使混凝土截面受到某種量值與分布的內(nèi)壓力，以部分或全部抵消使用荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力建立后，預(yù)應(yīng)力筋受拉，混凝土受壓，組成一個(gè)自平衡系統(tǒng)。從實(shí)效上看，預(yù)應(yīng)力提高了混凝土的抗拉能力，使得須帶裂縫工作的普通混凝土結(jié)構(gòu)可以不開(kāi)裂或裂縫寬度大大減小，從而提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度及耐久性，這是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重要的特點(diǎn)。
預(yù)應(yīng)力鋼筋按照能否與混凝土產(chǎn)生粘結(jié)分為有粘結(jié)筋和無(wú)粘結(jié)筋。有粘結(jié)筋能充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度，無(wú)粘結(jié)筋施工方便，獲得廣泛使用，我國(guó)已建成的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土工程面積逾1億㎡，預(yù)應(yīng)力鋼筋耗量已占全世界的1/3。
大跨梁式結(jié)構(gòu)采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是眾所周知的。近年來(lái)，預(yù)應(yīng)力無(wú)梁平板大量用于地下室，采用這種結(jié)構(gòu)形式的初衷主要是減少地下室層高和埋深，并簡(jiǎn)化施工，從而取得間接的綜合經(jīng)濟(jì)效益，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有填土或人防的地下室樓蓋，部分地下室底板采用優(yōu)化的預(yù)應(yīng)力的無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)直接造價(jià)比普通梁板結(jié)構(gòu)有較大降低，一般在每平米50～150元左右，當(dāng)然造價(jià)的降低與前幾年預(yù)應(yīng)力材料及體系價(jià)格走低、市場(chǎng)的成熟與蓬勃壯大也有直接的聯(lián)系。正因?yàn)檫@些直接和間接的可觀經(jīng)濟(jì)效益，該結(jié)構(gòu)型式受到地產(chǎn)商的青睞，短短幾年時(shí)間，在建筑工程中，后張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)從傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域迅速向地下室傾斜，地域上從廣東、北京等應(yīng)用較廣的地區(qū)向上海地區(qū)、湖南、江西、西安、天津等地蔓延，西南部分省市、內(nèi)蒙也開(kāi)始使用。
2. 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)成熟，設(shè)計(jì)施工有章可循，結(jié)構(gòu)安全可靠
預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一直都是我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》的重要組成部分，為適應(yīng)現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，相繼頒布了《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》、《無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》、《建筑工程預(yù)應(yīng)力施工規(guī)程》及預(yù)應(yīng)力材料及體系方面的一系列標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)范規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，使預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)更加成熟，設(shè)計(jì)施工有章可循，結(jié)構(gòu)安全可靠。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在全世界已經(jīng)使用近70年，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在美國(guó)也使用了近40年。
3. 地下室采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土平板樓蓋的必要性
(1) 減少地下室埋深及基坑開(kāi)挖深度的重要。南方地區(qū)地下水位較高，地表水豐富，近幾年連續(xù)發(fā)生了幾起由于抗浮不足引起結(jié)構(gòu)局部損壞或整體破壞的事例，引起業(yè)內(nèi)警覺(jué)。解決抗浮問(wèn)題，固然可以用錨桿、抗拔樁這些被動(dòng)措施，但成本高，降低地下室層高，減少水壓力是有效、經(jīng)濟(jì)的辦法；降低層高，還可以減少外墻砼用量、土方量、防水材料、及支擋結(jié)構(gòu)費(fèi)用。
(2) 結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)、防水、抗裂安全性的需要。由于地下室留結(jié)構(gòu)縫會(huì)影響覆土景觀、容易漏水且難以根 治，還影響主體結(jié)構(gòu)的埋深，因此近年所建住宅小區(qū)的地下室多為超長(zhǎng)、連體結(jié)構(gòu)，在混凝土收縮及溫差的影響下，抗裂安全性較低，雖然在材料及施工上可以采取一些措施，但現(xiàn)實(shí)上由于種種原因，在普通的民用建筑中，控制裂縫的一些措施往往難以落實(shí)。預(yù)應(yīng)力是主動(dòng)力，而且數(shù)值可調(diào)可控，與其他被動(dòng)方法相比，對(duì)控制混凝土結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫更有效，可靠性更高，此外預(yù)應(yīng)力筋可兼顧抵抗外力，因此也是經(jīng)濟(jì)的方法，這已被眾多的工程實(shí)踐所證明。 ，
(3) 當(dāng)主樓與地庫(kù)基礎(chǔ)類(lèi)型不同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)平面外剛度較小，次內(nèi)力較梁結(jié)構(gòu)小，更適宜。
4. 地下室采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土平板樓蓋的經(jīng)濟(jì)性、采用預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)可以降低樓面結(jié)構(gòu)的造價(jià)，主要原因有：
(1) 普通鋼筋用量減少。因?yàn)椋孩兕A(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高，性價(jià)比高。預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1320Mpa，普通鋼筋HRB335、HRB400的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為300Mpa、360Mpa，其強(qiáng)度比值分別為4.4、3.67，而綜合單價(jià)之比大致為3～3.4；②同一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋，長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于等量的普通鋼筋正負(fù)筋之和，使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高；③無(wú)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)強(qiáng)度和抗裂控制配筋是協(xié)調(diào)的，不需要為控制裂縫增加普通配筋，而普通混凝土結(jié)構(gòu)地下室底面、露天或有填土的頂板頂面裂縫控制要求較高(一般裂縫寬度≤0.2mm)，為滿足裂縫寬度要求，(非人防區(qū))普通結(jié)構(gòu)配筋一般要增加配筋20％～25％左右。
(2)減少了預(yù)應(yīng)力筋用量。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)，減少了預(yù)應(yīng)力筋用量。
(3)模板及混凝土用量較普通梁板結(jié)構(gòu)少。這兩項(xiàng)減少抵消混凝土標(biāo)號(hào)的提高影響后還有節(jié)省。
(4)地下室高度減少的間接效益。降低結(jié)構(gòu)高度從而降低了地下室層高，可以減少內(nèi)外墻及柱混凝土用量、土方量、防水材料、支擋結(jié)構(gòu)及抗拔樁費(fèi)用，按照經(jīng)驗(yàn)，層高每減少100mm，無(wú)抗拔樁時(shí)節(jié)省5～8元／㎡，有抗拔樁時(shí)節(jié)省30～40元／㎡左右。
大量的工程實(shí)踐及對(duì)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(wú)梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫(xiě)著無(wú)梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價(jià)的傳統(tǒng)觀念。
5．預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓板施工更方便，速度更快
普通鋼筋混凝土由混凝土和普通鋼筋構(gòu)成，預(yù)應(yīng)力混凝土是在普通鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上，加入少量高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋，置換出較多量的普通鋼筋。由于基本材料沒(méi)有變化，因此施工方法和過(guò)程基本是一樣的，只是增加了預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)和張拉工序。預(yù)應(yīng)力工程量一般僅占總工程量的4％～8％。
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)椋孩兕A(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(jiǎn)單方便，節(jié)省時(shí)間；②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(shí)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(shí)間；③當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75％時(shí)即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉過(guò)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(shí)間；④預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)后澆帶預(yù)留時(shí)間可相對(duì)短一點(diǎn)。大量工程實(shí)例表明，并不會(huì)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(wú)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(guò)體驗(yàn)的土建施工單位，更樂(lè)于這種結(jié)構(gòu)的施工。
6．預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以象普通結(jié)構(gòu)一樣分期分塊施工或采用不同的結(jié)構(gòu)形式
對(duì)于尺度較大的結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以象普通結(jié)構(gòu)一樣分期分塊施工，只需要在先施工的結(jié)構(gòu)中埋入較短的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，待后澆帶澆注達(dá)到一定強(qiáng)度后張拉短筋連成整體即可。
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也可以象普通結(jié)構(gòu)一樣有高差錯(cuò)位，地庫(kù)部分用無(wú)梁板結(jié)構(gòu)，高層部分利用室內(nèi)外高差做梁板結(jié)構(gòu)，以滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范的有關(guān)要求。
7．地下室底板采用預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁板結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性
對(duì)于地下水壓力較大的地下室底板，采用預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁板結(jié)構(gòu)，除具有頂板的上述優(yōu)越性外，還可省去底梁磚模及地梁鋼筋工序及工程量，減少防水材料用量，明顯加 快施工進(jìn)度。廣東地區(qū)多高層建筑地下室應(yīng)用較多。多高層建筑筏基也可采用這種結(jié)構(gòu)形式。
8．工程實(shí)例
某工程為人防地下室，人防等級(jí)分別為5級(jí)和6級(jí)。某項(xiàng)板原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為普通鋼筋混凝土梁板井字梁結(jié)構(gòu)：大梁高分別為950mm(5級(jí)人防)和850mm(6級(jí)人防)；縱向柱間距為8.2m，橫向柱間距為8.0m。通過(guò)對(duì)地下室(5級(jí)、6級(jí)人防)項(xiàng)板進(jìn)行預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，以標(biāo)準(zhǔn)單元塊(8.2m×8.0m)為樣本，將預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu)與原普通結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較數(shù)據(jù)如下：
結(jié)構(gòu)類(lèi)型 | 模板（㎡） | 混凝土（m3） | 鋼筋分類(lèi)（kg） | 每㎡總造價(jià)（元/㎡） | ||||||
HPB235(Ⅰ級(jí)） | HRB335(Ⅱ級(jí)） | HRB400(Ⅲ級(jí)） | 預(yù)應(yīng)力鋼筋 | |||||||
5級(jí)人防頂板 | 普通梁板結(jié)構(gòu) | 標(biāo)準(zhǔn)單位工程量 | 114.59 | 28.23 | 27.53
| 2836.02 | 4097.33 | |||
每㎡工程量 | 1.747 | 0.430 | 0.42 | 43.23 | 62.5 | |||||
單價(jià)（元） | 30.00 | 288.0 | 3.548 | 3.578 | 3.814 | |||||
取費(fèi)系數(shù) | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | |||||
每㎡造價(jià)（元） | 62.88 | 148.72 | 1.79 | 185.62 | 285.86 | 684.88 | ||||
預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu) | 標(biāo)準(zhǔn)單元工程量 | 72.16 | 31.62 | 251.37 | 2543.00 | 729.73 | ||||
每㎡工程量 | 1.100 | 0.482 | 3.38 | 0.00 | 38.8 | 11.12 | ||||
單價(jià)（元） | 30.00 | 318.0 | 3.548 | 3.578 | 3.814 | 13.500 | ||||
取費(fèi)系數(shù) | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.10 | ||||
每㎡造價(jià)（元） | 39.60 | 183.94 | 16.31 | 0.00 | 177.42 | 150.17 | 567.44 | |||
采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板后每平方節(jié)省造價(jià)（元） | 117.44 | |||||||||
6級(jí)人防頂板 | 普通梁板結(jié)構(gòu) | 標(biāo)準(zhǔn)單元工程量 | 112.122 | 21.69 | 16.65 | 2222.41 | 2840.86 | |||
每㎡工程量 | 1.711 | 0.331 | 0.25 | 33.88 | 43.3 | |||||
單價(jià)（元） | 30.00 | 288.0 | 3.548 | 3.578 | 3.814 | |||||
取費(fèi)系數(shù) | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | |||||
每㎡造價(jià)（元） | 61.58 | 114.27 | 1.08 | 145.46 | 198.20 | 520.59 | ||||
預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu) | 標(biāo)準(zhǔn)單元工程量 | 68.84 | 22.83 | 237.85 | 1867.60 | 673.60 | ||||
每㎡工程量 | 1.049 | 0.348 | 3.63 | 0.00 | 28.5 | 10.27 | ||||
單價(jià)（元） | 30.00 | 318.0 | 3.548 | 3.578 | 3.814 | 13.500 | ||||
取費(fèi)系數(shù) | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.10 | ||||
每㎡造價(jià)（元） | 37.78 | 132.80 | 15.44 | 0.00 | 130.30 | 138.62 | 454.93 | |||
采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板后每平方節(jié)省造價(jià)（元） | 65.66 | |||||||||
此外，預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)更在于它可以降低建筑物的綜合建造費(fèi)用。本地下室項(xiàng)板和底板采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu)后，層高可降低500mm。間接節(jié)省造價(jià)：土方工程費(fèi)用約減少了20元／㎡；墻柱模板、鋼筋及混凝土減少節(jié)省費(fèi)用約5元／㎡。另外還可減少基坑支護(hù)費(fèi)用及電梯、水、電、設(shè)備等一系列費(fèi)用。以預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)取代普通鋼筋混凝土井字梁結(jié)構(gòu)，在梁板造價(jià)方面，5級(jí)、6級(jí)人防地下室頂板每㎡將分別節(jié)省117.44元、65.66元。
9．結(jié)論
地下室采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板結(jié)構(gòu)減少地下室層高和埋深。降低結(jié)構(gòu)造價(jià)，帶來(lái)直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。地下室多為超長(zhǎng)、連體結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力控制混凝土結(jié)構(gòu)的中后期收縮及溫度裂縫更有效，可靠性更高，從而提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。另外無(wú)梁樓板比有梁樓板簡(jiǎn)化了施工工序，施工更方便，速度更快。
