劉君鴻

(福建華景建筑設(shè)計院有限公司，福建 廈門 361001)

0 前 言

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土是指基于大跨度(跨度≥30 m)結(jié)構(gòu)工程中，在混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)先施加壓力，從而在混凝土牽拉中抑制裂縫風(fēng)險的一種混凝土材料。此類材料若運用在樓蓋設(shè)計環(huán)節(jié)，能夠滿足建筑工程施工需求。

1 大跨預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)勢及其基本要求

1.1 優(yōu) 勢

在大跨度工程項目中，考慮到跨度指標(biāo)較大，故而為了保障工程建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)充分借助預(yù)應(yīng)力混凝土，消除裂縫風(fēng)險，以免混凝土結(jié)構(gòu)生成裂縫，增加返工維修損失。所謂的預(yù)應(yīng)力混凝土是指在混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，以人為施加壓力的方式，提前對混凝土結(jié)構(gòu)給予一個壓力，促使混凝土處于受壓狀態(tài)，這樣可以與裂縫產(chǎn)生時形成的拉力予以抵消，便于混凝土結(jié)構(gòu)能夠適當(dāng)延緩開裂速度。結(jié)合相關(guān)研究結(jié)果，預(yù)應(yīng)力混凝土因其顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，而被廣泛運用在大跨度工程項目中。

1)大剛度且抗裂性能優(yōu)良。混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的生成伴隨著拉力的出現(xiàn)。而預(yù)應(yīng)力混凝土因其在尚未開裂前已經(jīng)施加了壓力，造成混凝土基于荷載作用保持力的均勻分布，既能延長使用年限，又能增強剛度，促使大跨度混凝土結(jié)構(gòu)保持優(yōu)良性能。其原理圖見圖1。

2)省材自重輕。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在施工設(shè)計期間，它所使用的材料無論從數(shù)量還是結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計結(jié)果上，都體現(xiàn)出了節(jié)約特性。而且預(yù)應(yīng)力混凝土因其具備預(yù)應(yīng)力作用，混凝土結(jié)構(gòu)重量有所減輕。相比普通混凝土結(jié)構(gòu)，其材料消耗量較少。

3)省力。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用在大跨度橋梁項目中，對于橋梁中混凝土梁體結(jié)構(gòu)，可以在預(yù)應(yīng)力輔助下，降低主拉應(yīng)力，促使設(shè)計者在腹板尺寸設(shè)計期間，能夠適當(dāng)實施降低厚度，整體結(jié)構(gòu)承載力更小。

4)耐疲勞性與耐壓性較好。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)運用在大跨度橋梁建設(shè)項目中，結(jié)構(gòu)中相關(guān)配件常在超出承載極限時出現(xiàn)破損情況。而預(yù)加壓力可以對混凝土結(jié)構(gòu)起到緊固作用，使之不易達(dá)到疲勞極限的標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以產(chǎn)生顯著的抗彎折能力。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土在大跨結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮著重要作用。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土力的變化原理圖

1.2 基本要求

在預(yù)應(yīng)力混凝土實際使用期間，它需要滿足一定的基本要求，方可展現(xiàn)出應(yīng)用特性。以鋼混結(jié)構(gòu)為例，要想表現(xiàn)出預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)勢，要求選用的鋼筋材料具有較高的強度，而且鋼混結(jié)構(gòu)緊密性良好，保持優(yōu)良的塑性，以免受鋼筋材料影響，造成預(yù)應(yīng)力混凝土表面生成裂縫。從市場調(diào)查中可了解到：熱處理鋼筋以及冷軋帶鋼筋較為適用。而在鋼混結(jié)構(gòu)中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土，還要求混凝土材料的收縮性、抗壓強度以及硬度較好[1]。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)的常見類型

預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)按照不同分類依據(jù)，能夠產(chǎn)生多樣性類型。而樓蓋實則包含主梁、次梁以及樓板部分。樓蓋的建設(shè)是為了進一步夯實樓面承載基礎(chǔ)，保持樓體穩(wěn)定性，妥善處理好梁柱協(xié)調(diào)關(guān)系。

2.1 結(jié)構(gòu)分類

依據(jù)結(jié)構(gòu)特征可以將樓蓋結(jié)構(gòu)以肋梁結(jié)構(gòu)為主。同時，還涵蓋著密肋、無梁以及井式樓蓋等綜合類型。每一種結(jié)構(gòu)都各有特征。如針對肋梁結(jié)構(gòu)進行細(xì)分，可分為單向板肋結(jié)構(gòu)與雙向板肋結(jié)構(gòu)，見圖2～3。

圖2 單向板肋形樓蓋結(jié)構(gòu)圖

圖3 雙向板肋形樓蓋結(jié)構(gòu)圖

此種樓蓋中是以現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為主。此結(jié)構(gòu)的跨度多在6～8 m可以根據(jù)此次研究中的樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行細(xì)化分析。井式樓蓋屬于大跨結(jié)構(gòu)，它以井字形布置梁體，以雙向板布置梁板，以合力應(yīng)對荷載力。至于無梁樓蓋，它是單純以板體支撐柱體的形式承載樓面力量，無次梁、主梁部分。密肋樓蓋結(jié)構(gòu)是以高密度梁板布置形式分配承載力，具體類型同單向板肋梁樓蓋。

2.2 支撐分類

在不同支撐力的分類標(biāo)準(zhǔn)下，它可以經(jīng)過縱橫比劃分依據(jù)予以分類，即雙向與單向樓蓋。對于縱橫比常根據(jù)板體長短邊比例予以分析?？v橫比即為長短邊長度比。單向樓蓋結(jié)構(gòu)，它的長短邊長度比多高于2∶1[2]。

2.3 施工分類

在大跨樓蓋結(jié)構(gòu)施工中，施工方式的差異性也會形成不同類型的樓蓋。好比利用現(xiàn)澆整體施工工藝，能夠提升樓蓋結(jié)構(gòu)的防水性、抗震性。如若借助裝配式技術(shù)予以施工，則能夠達(dá)到高效省材的施工效果。另外一種類型是裝配整體施工工藝，基本上屬于前兩種工藝融合施工方法。

3 大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)選型方法

3.1 分析樓蓋結(jié)構(gòu)受力性能

在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)選型過程中，需要先對樓蓋結(jié)構(gòu)的受力性能予以綜合分析，從受力性能分析結(jié)果中，預(yù)判施工方案可行性。本次研究中以南安一中昌財體育館項目為例，建筑面積3 316.03 m2，用地面積2 119.32 m2，跨度為28.3 m，均以混凝土肋梁結(jié)構(gòu)為建設(shè)主體，梁高2.5 m，北側(cè)擋墻高度超出6 m。經(jīng)過相關(guān)分析，確定此項目符合預(yù)應(yīng)力樓蓋施工條件，且本項目設(shè)有衛(wèi)生間、無障礙設(shè)施以及綠色建筑。在本項目施工中，其屋頂造型上以學(xué)士帽形式進行設(shè)計，其入口柱廊處設(shè)有寬為20.8m的大臺階，依據(jù)梁板結(jié)構(gòu)特點分析其梁板應(yīng)力分配情況。

例如，針對預(yù)應(yīng)力混凝土梁板處，可以對其應(yīng)變應(yīng)力加以檢測。相關(guān)人員可以借助應(yīng)變傳感器設(shè)施，于梁頂、梁底乃至梁中設(shè)置應(yīng)變檢測。在雙向肋板樓蓋類型中，可以直接獲取傳感器實測數(shù)值。對于待測點數(shù)量的確定應(yīng)至少保持10個，以免出現(xiàn)偶然問題，造成此次測試結(jié)果失真。一般情況下，在樓蓋結(jié)構(gòu)中的次梁部分，可在張拉檢測中了解到其的應(yīng)力合格率。若低于3.5 MPa，則表明此結(jié)構(gòu)受力不均勻，反之則代表此類型的樓蓋結(jié)構(gòu)符合施工要求。因此，應(yīng)變應(yīng)力測試工作的開展，也是增加本工程中樓蓋結(jié)構(gòu)適中性的重要途徑。

3.2 對比樓蓋結(jié)構(gòu)類型經(jīng)濟性

在樓蓋結(jié)構(gòu)選型期間，除了需要判斷其受力性能是否達(dá)標(biāo)外，還需對比不同類型下的工程造價，以此權(quán)衡經(jīng)濟性指標(biāo)，盡量節(jié)省工程建設(shè)成本。由于樓蓋類型較為多樣。所以，在經(jīng)濟性分析時，多采用對比檢測法，對其實際成本予以計取，而后比對哪一種類型工程造價較低，匯總綜合因素后選擇經(jīng)濟性突出的預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)類型。其對比結(jié)果見表1。從表1中可以發(fā)現(xiàn)按照對應(yīng)的設(shè)計方案進行設(shè)計時，其中單向雙次梁樓蓋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性更強。依據(jù)設(shè)計步驟，它的主梁與次梁截面保持密切的關(guān)系。相關(guān)人員在確定樓蓋類型時，理應(yīng)參照其經(jīng)濟性對比數(shù)值，在多種樓蓋結(jié)構(gòu)的施工結(jié)果相差不大前提下，應(yīng)盡量選擇花費成本偏低的樓蓋類型。尤其是面對材料市價波動較大的城市，于建筑工程中開展樓蓋結(jié)構(gòu)施工設(shè)計工作，需要隨時根據(jù)市場變動情況，制定科學(xué)的工程造價方案，以供相關(guān)人員及時從經(jīng)濟性層面上分析當(dāng)前的樓蓋結(jié)構(gòu)是否符合施工要求。實際上，之所以單向雙次梁類型的工程造價偏小，源于實際施工階段，鋼筋使用量偏少，這就導(dǎo)致整體成本消耗量有所降低。從具體的對比結(jié)果中，并非局限于單向雙次梁。此處僅列舉常見的樓蓋類型，其余類型不予贅述[3]。

表1 三種不同預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)造價對比結(jié)果

表1中混凝土(C40)以福建省2021年12月份均價530元/m3為標(biāo)準(zhǔn)，鋼筋價格3.8元/kg，模板價格65元/m2。

而在不同結(jié)構(gòu)樓蓋中進行比對，預(yù)應(yīng)力樓蓋在相同跨度項目中，同鋼結(jié)構(gòu)樓蓋比較，其的工程造價略高。以跨度為31.2 m的工程項目為例，在有梁板(C30)中其的工程量為605.83 m2，合計25.65萬元，而有梁板(C40)中則需要花費25.880 6萬元。至于直行樓梯以及模板施工中的造價費用為16.813 9萬元、37.639 1萬元，匯總現(xiàn)澆構(gòu)件等多個施工環(huán)節(jié)，合計需要165萬元。而與之對應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)樓蓋，鋼梁施工需消耗34.004 675萬元，屋面板與屋面檁條則對應(yīng)9.378 3萬元、5.496 66萬元，外加吊運費、制作費以及彩鋼安裝費等，合計花費111萬元。同預(yù)應(yīng)力樓蓋比較，整體上節(jié)省54萬元，由此證實大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋建設(shè)中，照比鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性較低。為了進一步節(jié)約預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)的工程造價，則應(yīng)當(dāng)對其具體樓蓋類型進行合計設(shè)計，以期在預(yù)應(yīng)力樓蓋施工中，預(yù)應(yīng)力樓蓋可以有效控制工程造價，避免超出預(yù)期成本。

3.3 優(yōu)化樓蓋結(jié)構(gòu)布置方案

在確定應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)后，還需要對其樓蓋類型進行優(yōu)選，這樣才能保證選擇的預(yù)應(yīng)力樓蓋在大跨度工程中，能夠在多個類型預(yù)應(yīng)力樓蓋中表現(xiàn)出其特點。其中在預(yù)應(yīng)力樓蓋選型階段，應(yīng)當(dāng)針對布置方案予以細(xì)化分析，從中知曉方案中預(yù)應(yīng)力樓蓋差異，由此判定此種預(yù)應(yīng)力樓蓋的應(yīng)用價值，并擇取適合的結(jié)構(gòu)類型完成施工任務(wù)。依據(jù)大跨樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，可以選擇單向次梁與井字梁兩種樓蓋結(jié)構(gòu)，井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)

前者施工中，其能夠按照預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼筋材料的均衡分配，為建筑物內(nèi)部空間的拓展提供保障。樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇能夠影響空間使用量，而且除了上述的經(jīng)濟性不同外，其布置方法也不一致。單向次梁樓蓋布置期間，其能夠滿足大跨度施工要求，在柱網(wǎng)布置過程中，可以經(jīng)過不同參數(shù)的設(shè)計，實現(xiàn)空間的延伸。在主梁與次梁跨度存在差異時，選擇此種樓蓋布置形式，可以提升主梁截面尺寸的合理性。從實踐項目實際布置經(jīng)驗中，可了解到：單向次梁此種布置形式下編制的布置方案，它可以達(dá)到15 m跨度。尤其在預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)布置中，20 m跨度的項目中依舊適用。所以，此種布置形式更適合在大跨度結(jié)構(gòu)工程中。相關(guān)人員可以充分?jǐn)U大此種布置方案的推廣范圍[4]。

后者在布置大跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)時，其的布置形式以“井”字形為基礎(chǔ)。作為一種較為特殊的布置方法，此種樓蓋結(jié)構(gòu)能夠體現(xiàn)出高剛度特性，同樣適用于大跨樓蓋結(jié)構(gòu)施工條件中。預(yù)應(yīng)力混凝土相比較更加省材，在布置樓蓋結(jié)構(gòu)時，也可以借助混凝土特性，妥善處置施工步驟。一方面，要求施工人員按照標(biāo)準(zhǔn)的布置方案落實樓蓋結(jié)構(gòu)施工內(nèi)容時，應(yīng)當(dāng)避免交叉施工；另一方面，應(yīng)當(dāng)借助肋梁高度指標(biāo)的調(diào)整要求，積極使用此種布置方式。對于樓蓋結(jié)構(gòu)選型方案的補充與優(yōu)化，理應(yīng)從凈高要求等方面加以分析[5]。

3.4 加強樓蓋結(jié)構(gòu)剛度可控性

預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇，還可以從剛度可控性上進行分析。預(yù)應(yīng)力樓蓋本身在預(yù)應(yīng)力作用下表現(xiàn)出抗變形優(yōu)勢。而隨著結(jié)構(gòu)類型的變化，預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)的剛度也會隨之改變，此時應(yīng)當(dāng)研究預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)對剛度的影響程度。在預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋選型中，還應(yīng)當(dāng)針對樓蓋平板的剛度進行深度研究。一般情況下，無梁平板中對于預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)方法較為多樣，為了體現(xiàn)出預(yù)應(yīng)力樓蓋的剛度性，應(yīng)以下述不同預(yù)應(yīng)力筋分布方式，確保預(yù)應(yīng)力樓蓋體現(xiàn)出應(yīng)用優(yōu)勢：第一種是在建筑樓蓋的板帶間布設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，通常在布設(shè)后，臨近建筑柱邊板帶上分布的預(yù)應(yīng)力筋彎矩要遠(yuǎn)高于中間板帶預(yù)應(yīng)力筋，自此增加了預(yù)應(yīng)力筋分布均勻性，促使此種預(yù)應(yīng)力筋分布形勢下產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力樓蓋，能夠擁有高承載力價值；第二種是在兩個不同方向布設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，以此在雙向協(xié)同作用下，增加預(yù)應(yīng)力樓蓋剛度，其中平板上分布的預(yù)應(yīng)力筋明顯能夠為支撐梁給予助力。經(jīng)過相關(guān)研究得出：預(yù)應(yīng)力樓蓋中要想提高剛度，可以按照此種布筋的手段，提升樓蓋結(jié)構(gòu)抗變形能力，以便在施工人員建設(shè)樓蓋時，能夠體現(xiàn)易于施工價值。鑒于此，關(guān)于大跨度預(yù)應(yīng)力樓蓋類型的確定，還需考慮剛度參數(shù)變化規(guī)律，衡量此種類型樓蓋的適中性，符合大跨工程預(yù)應(yīng)力樓蓋選型施工標(biāo)準(zhǔn)。

需要注意的是，無論是在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)施工設(shè)計環(huán)節(jié)，還是在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)，都很容易受到各種外在因素的干擾，從而影響整體施工效果和施工進度。特別是大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)施工設(shè)計，本身帶有一定的風(fēng)險性因素，一旦設(shè)計不當(dāng)，后續(xù)施工則很容易安全事故，甚至造成人員傷亡，這就需要各個部門的工作人員予以重視，嚴(yán)格按照施工圖紙規(guī)范要求，選擇最優(yōu)樓蓋結(jié)構(gòu)類型。而且，在后續(xù)工程施工期間，需要保證鋼筋連續(xù)，預(yù)先進行技術(shù)交底，采用機械連接接頭，使得樓蓋結(jié)構(gòu)類型選擇得當(dāng)、施工效果理想。

4 結(jié) 論

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)施工設(shè)計環(huán)節(jié)，需要從對應(yīng)的樓蓋結(jié)構(gòu)類型中予以優(yōu)選，并從受力性能、經(jīng)濟性、布置方案、剛度可控性等方面展開分析。基于大跨預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計而成的樓蓋結(jié)構(gòu)，具有顯著優(yōu)勢。

[ID:013633]