地下室顶板结构多种方案的经济性研究

2018-02-16马志伟

建筑与装饰 2018年1期

马志伟

华诚博远工程技术集团有限公司北京 100052

1 工程概况

某小区综合楼是一栋地上7层，地下1层，集商业和住宅于一体的综合性建筑。地下室顶覆土厚1.0m。该建筑有两个主要特点：①在布局上，7层住宅用房布置在四周，中间为地下室，层高为4.6m，柱距为7.6m；②地下室的顶盖又兼作消防车道。考虑以上两个主要特点，我们选取两种方案进行对比，方案Ⅰ：普通钢筋混凝土单向板方案；方案Ⅱ：空心无梁楼板方案；方案Ⅲ：预应力混凝土框架梁与无黏结预应力混凝土单向板所组成的四边预应力梁支承的无黏结预应力混凝土单向板楼盖方案[1]。

1.1 普通梁板结构方案普通梁板结构

由于本地下室的建筑功能需要，柱网确定为7.6m×7.6m。根据《建筑结构荷载规范》，消防车在单向板方案中的荷载标准值为35kN/m2，同时在次梁及主梁的设计时考虑荷载折减系数。经过计算，地下室顶板布置成十字交叉梁结构，主梁断面为350×900mm，次梁为300×600mm，顶板厚200mm，梁板折算后的板厚为365mm。考虑到建筑功能需要地下室净高2900mm，按此种方法的地下室层高为3000mm，基础采用桩筏基础，底板厚650mm，地下室底板底距地面距离为5500mm。经过计算分析计算，板的配筋为双层双向12@180。

1.2 空心无梁楼板的设计方案

无梁楼盖结构体系又称板柱结构体系，这是相对梁板结构体系而言的。在我国，无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术。较之传统的密肋梁结构体系它具有整体性好、建筑空间大，可有效地增加净高、减小层高等优点。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。因此，在特定条件下采用无梁楼盖结构也是具有明显的经济效益的[2]。

空心无梁楼盖，这是一种新颖的结构形式，是传统密肋楼盖的发展，可降低层高和造价。空心无梁楼盖内的填充构件采用底宽360mm、顶宽400mm、高180mm的薄壁塑料盒，这种塑料盒环保无毒，受火后也无毒烟。每1m2的楼板内放置4个塑料盒，盒子的中距为500mm，相邻盒子间为100宽的肋，从而形成蜂窝式的双向密肋空心无梁楼盖。空心无梁顶板的厚度取为300mm，在柱的轴线处设置实心的暗梁，区格的中间部分则放置塑料盒。

竖向荷载作用下，空心无梁顶板的计算采用等代框架法，要点如下：等代梁的宽度取相邻跨跨中之间的距离；考虑到柱帽上翻，为偏于安全不考虑柱帽的有利影响，取等代梁的计算跨度为轴线间的距离减去柱宽。等代边柱的宽度取与等代梁同宽，并假定柱的底端固定[3]。

由于无梁楼盖中间区格的穹顶作用明显，可显著提高板的承载能力，所以可对中间区格板的内力计算值进行折减，通常可乘以0.8～1.0的折减系数。在本工程中由于混凝土侧墙可以对板的周边提供更好的约束作用，所以对边区格和角区格内的板同样进行内力折减。本工程对所有的柱上板带均采用0.9的折减系数。在柱上板带框架柱的位置处应设置暗梁，暗梁的上下受力钢筋应分别取柱上板带计算所需上下钢筋的0.5倍左右。暗梁之外板的钢筋配置在相应的空心板内，其中板底的正弯矩钢筋配置在肋梁内。经此处理后，计算得空心无梁顶板的配筋为16@130（单向），暗梁底筋仅为312。

1.3 预应力方案

根据板跨度，变形及裂缝的限制条件，取板截面高度h=260mm，现浇预应力混凝土单向板采用强度等级为C40混凝土，预应力筋取为抗拉强度标准值为fpk=1860N/mm2的低松弛钢绞线，张拉控制应力为=0.75fpk，预应力工艺为无黏结，一端张拉，张拉端采用XMI5―1单孔夹片锚，锚固端采用挤压锚栓。非预应力筋采用HRB400级钢筋。

主梁截面为b×h=350mm×700mm，梁混凝土强度等级为C4O，预应力筋取为抗拉强度标准值为fptk=1860N/mm2的低松弛钢纹线，张拉控制应力为=0.75fpk，预应力工艺为有黏结，两端张拉，张拉端采用XMI5―6.7多孔夹片锚，锚囿端采用挤压锚栓。非预应力筋采用HRB400级钢筋。梁的配筋计算采用统一设计方法。

2 方案对比

钢筋含量三种布置方案经济性能对比发现方案布置Ⅰ在经济上优于方案Ⅱ，但使用功能上方案Ⅲ在极限荷载作用下都能满足变形及裂缝最大宽度的控制条件，比方案Ⅱ更加安全。

方案Ⅰ：梁截面大，含钢量大，对于大跨度的结构不经济，但施工简单。

方案Ⅱ：蜂窝式空心无梁楼盖具有空心率大、双向性能好等显著优点，同时可以降低结构层高，特别适用于跨度较大、荷载也较大的结构；对于会议室等大空间结构，平整的底面也可以取得良好的建筑效果。在竖向荷载作用下，空心无梁楼盖的内力分析可以类似采用实心无梁楼盖的等代框架法进行，但板的截面特性应采用实际值，对蜂窝式空心楼盖可采用本文给出的计算公式计算其截面特性。采用等代框架法可同时对框架柱在楼层位里处的受力情况进行分析。在受力分析中如果活荷载较大则应考虑活荷载的不利布置。为进一步提高经济效益，受力钥筋建议采用 HRB400 级钢筋。考虑到实际受力情况的复杂性，板的上部负筋应通长布置，不宜截断。

方案Ⅲ：通过在结构中配置预应力筋的方式，采取主被动手段相结合的方式，使混凝土早期的收缩对结构的影响减少到较小程度，并随后主动给结构构件施加一定的压力，来减弱或消除温度应力的影响，能有效抵抗混凝土结构收缩和温度应力产生的裂缝，达到不设永久性结构伸缩缝的效果。本工程实践证明，在结构长度达 115 m 的地下室顶板中，采用预应力技术后，地下室顶板无任何渗漏产生。