大悬挑楼面的几种做法探讨

陈光　刘亚南

摘 要：本文通过工程实例从大悬挑楼面设计理念、工程概况、设计条件和设计参数、设计方案、施工要求和实施效果六个方面对大悬挑楼面设计进行分析，总结经验，为今后大悬挑楼面设计研究提供参考。

关键词：大悬挑楼面；荷载；建设；预应力；作用；情况

中图分类号：TU755 文献标识码：A

随着我国经济发展水平的提高，对于建筑的美观，精致，舒适性要求越来高。某些情况下，常常采取有退有进的处理方法提高立面线条流畅程度，增加立面层次感。这种情况下，常常需要结构楼面作出较大悬挑达8m～15m，常规砼梁高度为悬挑长度的1/3～1/5，如果悬挑9m，则梁高为1.6m，加上保温等，厚度能达到1.8m～2m。建筑上显得非常笨重，严重影响美观。因为楼面，采用钢结构悬挑梁，亦需采用钢筋砼楼板才能有较好的舒适性，但是钢结构梁与砼连接节点设计较为困难，且钢结构耐久性，舒适性等性能较钢筋砼差，故而砼楼面是较好的选择。为了满足建筑对美观的要求，常常梁高限制在跨度的1/10左右，这甚至超过了一般钢结构梁1/5～1/8挑出长度的标准。

相对而言，屋面大悬挑相对比较容易实现，因为荷载小（常见屋面：轻钢屋面板，静荷载0.4kN/㎡，活荷载 0.5kN/㎡），而且因为是顶层，结构高度通常并无严格限制，一般可以用网架，桁架，大型H型钢梁等实现，梁高达到悬挑长度的1/5～1/8较容易实现。为了给从事设计的工程师提供参考，在这里结合工程实例进行探讨。

1 大悬挑楼面设计理念

楼面大悬挑，以一般公共场所楼面（活荷载3.5kN/㎡，砼楼板厚度120，自重3.0kN/㎡）为例，柱距9m，挑出长度9.80m，为减轻自重，降低楼板厚度，需设置次梁，将楼板分割為较小跨度。先采用普通钢筋砼梁，采用PKPM系列软件，梁截面取600×800进行试算。用PKPM系列软件试算，结果如图1所示。

由以上计算结果可以看出，由于挑出长度比较大，截面高度受限，普通砼梁已经无法满足设计要求。因此需要采用预应力钢筋砼梁。预应力混凝土梁具有以下优势：（1）预应力钢筋混凝土梁的受拉区因提前预压，在加荷载时会抵消拉应力，使构件的抗拉强度得以提高。（2）施加预应力时构件会出现反拱，这样在施加荷载的时候会减小挠度，这样就能适用于更大的跨度。（3）预加压力可大幅度提高梁体的抗裂性，并增加梁的耐久性；（4）混凝土全截面受压，充分发挥混凝土抗压性能的优势，提高梁的刚性。

2 工程概况

本工程名称为辽宁省第十二届全运会文化场馆，项目处于沈阳市浑南新城内，位于城市的三环路以外，在全运北路和全运路之间。工程总建筑面积约80000㎡，其中B区为九层塔楼，其余为主体为四层。结构类型采用框架-剪力墙结构，基础采用独立基础。层高均为4.5m，为平屋面。本次仅讨论普遍存在的A～B交1～3轴的大悬挑楼面。柱距9m，挑出长度9.80m。

3 设计条件和设计参数

本工程结构安全等级为一级。

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组；场地类别为II类，水平地震影响系数为0.08，特征周期值为0.35s，为抗震一般地段。

抗震设防类别为重点设防类（乙类）

基本风压：0.55kN/㎡，十年一遇风压：0.40kN/㎡（仅用于舒适度计算），地面粗糙度：B类，基本雪压：0.50kN/㎡。

4 设计方案

对于大悬挑楼面，本文提出三种设计方案以供参考：

（1）三根与柱相连的主梁做预应力悬挑梁，其余次梁做普通混凝土梁，楼板厚度可取100mm～150mm，平面布置如图2所示。

（2）与柱相连的主梁及次梁均做预应力悬挑梁，楼板厚度可取100mm～ 150mm，平面布置如图3所示。

（3）大悬挑部分采用钢格板等轻质楼板时，减小梁截面至250mm× 800mm，极大的的减轻自重，并且楼面改为不上人。这时，则可以不使用预应力构件，直接采用普通混凝土梁，经试算，尺寸可以做到（挑出长度7m～10m），平面布置如图4所示。

以上三种方案各有优劣，方案一的优势为：只有主梁采用预应力砼梁，计算模型简单，传力途径明确，次应力小，没有相对薄弱环节。缺点为主梁受力较大，配筋较大，节点处梁纵筋，预应力筋，柱子纵筋相互干扰，施工较难处理；方案二优势为：应力较为分散，受力相对均匀，单根梁所配钢筋较小，施工相对方便。缺点是传力方式不明确，对另一个方向主梁来说，存在次应力，不容易计算准确；且另一个方向主梁相对为薄弱环节；方案三优势为设计施工都较为简便，缺点为影响建筑功能，需要建筑师配合调整。

5 施工要求

预应力筋张拉控制应力为0.75Fptk。待混凝土立方体抗压强度标准值不小于36N/mm2时方可进行预应力张拉，张拉前不得拆除底模。预应力采用有粘结预应力，灌浆材料：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比不大于0.45，并掺入水泥用量8%的EPS-P灌浆剂，水泥浆强度不得低于30MPa。后浇封锚混凝土采用微膨胀细石混凝土，强度不低于C40。当钢筋与波纹管发生冲突时，可调整钢筋位置，尽量保证预应力筋位置。柱筋应预先排列以便预应力波纹管穿过柱子。在进行电气焊时严禁伤及波纹管及预应力筋。锚固端垫板采用Q345C材质，200mm×200mm×30mm尺寸。预应力梁均采用C40细石砼。

6 实施效果

以上几种方案，实际中均有实施。最终均实现了建筑立面效果。相对而言，施加预应力的，结构较为舒展，挠度很小，后期做外饰面时，较为容易调平。不施加预应力的，因为挠度较大，外饰面碰到了不少困难。

综上所述，以上三种大悬挑楼面设计方案在实际中，均实现了较薄的结构厚度，体现了建筑立面效果。但是，在实施中各自面临不同的难点：

（1）轻质楼板方案需要建筑修改设计方案，并部分影响楼面功能，并且实际监测中，挠度达到30mm，相对挠度较大，只能在对楼面功能要求不高的情况下使用。

（2）只有主梁做成预应力的方案，由于主梁配筋较大，当悬挑长度超过9m时，主梁配筋不可接受。因此适用不超过9m的大悬挑。实际挠度检测，施加预应力后，可反拱20mm，基本抵消了静荷载下的挠度。

3主次梁全部预应力的，受力较为均匀，可接受悬挑长度达11m。但是若内部平衡结构较为复杂时，会造成计算困难，构造不好处理。内部结构不复杂，悬挑长度较大时，可优先选用此方案。

参考文献

[1] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[3] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].