預應力混凝土樓蓋結構型式及應用評述

楊亞

（重慶和美建筑規劃設計有限公司 重慶市 404100）

預應力混凝土樓蓋結構型式及應用評述

楊亞

（重慶和美建筑規劃設計有限公司 重慶市 404100）

現代建筑的樓蓋向大跨、無梁的方向發展，期望在低梁甚至無梁的情況下樓蓋結構仍然具有足夠的承載能力，以便提供足夠的使用空間，并適應對房間的任意分割和不同的功能要求。除此之外，樓蓋結構還應該具有足夠的剛度和裂縫控制性能、較好的延性以及良好的整體性和抗震能力。預應力混凝土樓蓋能較好的滿足以上要求，有較好的發展空間，因此有必要較為詳細、系統地了解一下預應力混凝土樓蓋結構型式及其優劣。

預應力；混凝土；結構型式

1 預應力混凝土樓蓋結構型式

1.1 梁板體系

即為普通的混凝土樓蓋體系，但在梁板中施加了預應力，布置了預應力筋，從而減小了結構高度，其他性能與普通混凝土樓蓋無明顯差異。

1.2 預應力主梁樓蓋體系

即肋梁樓蓋，沿平面柱網上的大柱距方向布置預應力承重框架主梁，而在小柱距方向布置普通鋼筋混凝土次梁。這種樓蓋體系中，樓蓋混凝土的折算厚度最小，自重輕；開間大，柱網尺寸大，一個方向可以達到（21～24）m。采用這種結構型式的樓蓋承載能力強，整體剛度好，結構的抗側剛度亦較大，且RC混凝土次梁可以采用塑性內力重分布方法設計。但這種結構布置方式中，構件的高度較大，且模板復雜，往往在PC主梁節點處因力筋多而導致施工困難。

1.3 預應力次梁樓蓋體系

即在大柱距方向布置間距較密的預應力次梁，而將主梁布置在小柱距方向。這種布置方式可以看作預應力主梁樓蓋體系的一個改進，雖然PC混凝土次梁跨度大，但負荷面積較小，因此高度也小，主次梁梁高幾乎相同，對降低層高有利。主梁跨度減小，主梁及框架柱的內力也減小，可減小配筋量。相比于預應力主梁樓蓋體系，采用預應力次梁樓蓋體系，可節省鋼材20～25%，混凝土15%。但是在這種結構型式中，主次梁剛接時，邊主梁所受扭矩較大，特別是當次梁跨度較大時，如有必要，在設計中應進行主梁的抗扭能力的驗算。

1.4 后張無粘結預應力混凝土樓蓋體系

這種樓蓋型式已經得到越來越多的認可。它廣泛的應用于高層建筑、辦公樓、車庫、學校、醫院、倉庫、住宅及地下結構中，作為無蓋和樓蓋的混凝土結構層。

無粘結后張預應力混凝土樓蓋體系可分為有梁體系與無梁體系兩種，前者用梁或墻支承，常用為單向板或雙向板，后者直接支承于柱上，采用雙向板。

后張無粘結預應力混凝土平板結構，因為無梁，因此可進一步降低層高，在總高不變的情況下增加層數；可減少水暖管線及設備的容量和維護費用；可以為建筑物提供較大跨度的空間，便于靈活布置各種用房，滿足不同的使用功能要求。模板簡單，施工速度快；室內美觀，采光通風效果好，便于清潔。

1.5 預應力混凝土雙向井式樓蓋

當平面柱網的兩個方向柱距相差不大且要求有較大的使用空間時，可以考慮使用預應力混凝土雙向井式樓蓋。該方案集中了井式梁及預應力技術的雙重優點，具有良好的空間整體作用，樓蓋剛度大，受力合理，而且結構高度低。

這些結構體系在實際工程中都有應用實例，但是每種結構體系都有其優劣。在實際工程中，如果不清楚這些樓蓋結構的適用范圍而胡亂地適用的話，反而會對結構有不利的影響，并且浪費建筑材料，提高結構造價。

2 后張無粘結預應力混凝土樓蓋體系

在現代預應力結構中，后張無粘結預應力混凝土樓蓋體系使用得較為普遍，結構高度低，施工方便，因此，有必要對其有進一步的了解。

常用的后張無粘結預應力混凝土樓蓋可分為單向板和雙向板兩大類。單向板在荷載作用下沿一個方向傳遞荷載，受力簡單，可按梁進行設計。雙向板又包括無梁雙向樓板，帶柱帽或托板的無梁雙向樓板，帶扁梁平板，雙向密肋板和梁周邊支承雙向平板等。

對于無梁平板，由于平板沿截面彎矩分布在柱上板帶和樁間板帶上是不均勻的，因此預應力筋有多種布置方式。

圖1 單向板

圖2 無梁雙向平板

圖3 帶柱帽或托板的無梁雙向

圖4 帶扁梁平板

圖5 雙向密肋板

圖6 梁周邊支承雙向平板

2.1 按柱上板帶和中間板帶布筋

圖7a所示即為按柱上板帶和中間板帶布筋方式，試驗表明，通過柱內或靠近柱邊的柱上板帶上的無粘結預應力筋比遠離柱邊的中間板帶上的無粘結預應力筋承受的彎矩大，這種布筋方式正是反映了這種彎矩分布的特點。

2.2 一個方向帶狀集中布筋，另一方向均勻布筋

這種布筋方式如圖7b所示。這種布筋方式能產生具有雙向預應力的單向板效果，平板中的帶狀集中的預應力筋起到了支承梁的作用。試驗證實，采用這種布筋方式的平板在使用階段和極限承載階段的結構內力及變形能力都很好，且由于避免了無粘結預應力筋的編網工序，在施工時易保證無粘結預應力筋的垂幅，方便了施工。

2.3 在兩個方向上均沿柱軸線集中布置

如圖7c所示，將兩個方向的無粘結預應力筋都集中布置在柱軸線附近，形成暗梁支承內平板結構，該內平板按梁支承的鋼筋混凝土雙向板進行設計，理論分析和試驗均表明，這種配筋方式可大大減少柱周圍處的彎矩值和板的撓度，有利于提高板柱節點的抗沖切承載能力，并便于在板上開洞，缺點是鋼筋用量較大。

2.4 一個方向按柱上跨中板帶布筋，另一方向均勻分散布筋

如圖7d所示，在一個方向上將75%的無粘結預應力筋布置在柱上板帶，25%布置在跨中板帶，另一方向的無粘結筋均勻布置，這種布筋方式綜合了圖7a、圖7b特點，但在實際工程中應用較少。

圖7 預應力盤的布置方式

我國《無粘結預應力混凝土結構技術規程》規定對無梁平板采用圖7a、7b的布筋方式。

3 不同預應力混凝土樓蓋結構型式比較

3.1 預應力混凝土樓蓋與普通混凝土樓蓋

某高爾夫俱樂部有限公司擬開發建設一個平面尺寸為174m×92m 的地下車庫，車庫柱網為 8.0m×（5.6～6.0）m，進行了多種樓蓋結構方案的設計并進行對比。

表1 4種方案截面尺寸比較

經過計算，得到四種結構方案鋼筋及混凝土施工費用的經濟對比。

表2 4種方案施工費用比較

可以發現，就樓蓋本身造價而言，預應力混凝土與普通混凝土方案相比，預應力混凝土結構比普通混凝土結構節省8%。預應力混凝土無梁樓蓋與普通混凝土無梁樓蓋相比，在經濟上有一定的優勢，綜合造價約節省8%且建筑凈空可以提高60mm?？梢姡捎妙A應力混凝土無梁樓蓋不僅可以減小樓蓋的厚度，改善結構的受力性能和建筑使用功能，而且能節約材料，降低工程造價。

因此，預應力混凝土樓蓋型式相比于普通混凝土樓蓋型式有一定的經濟優勢。

3.2 預應力主梁樓蓋體系與預應力次梁樓蓋體系

重慶美心·蒙迪門業E棟廠房東西向長216.6m，南北向長116.0m，總用地面積約2.52萬m2，總建筑面積約4.10萬m2。從其中選取一個結構平面單元如圖所示，在大柱網方向布置預應力梁，選取一種預應力主梁方案（非預應力次梁間距為2.75m及3.0m，）和三種預應力次梁方案（方案一、二、三的預應力次梁間距分別為1.8m、2.25m、3.0m）進行計算分析和比較。

圖8 計算單元平面圖

計算結果如下：

表3 預應力主、次梁的計算結果

由計算結果分析可知，預應力次梁樓蓋方案在配筋量、預應力損失、混凝土用量等方面均優于預應力主梁樓蓋方案。此外，預應力次梁方案還具有單梁預應力筋配置量少、容易滿足現行規范的抗震及構造要求、梁柱節點構造簡單、施工方便的優點。

因此，建議在條件允許的情況下，盡量采用預應力次梁樓蓋體系，避免采用預應力主梁樓蓋體系。

4 結束語

本文介紹了現在常見的幾種預應力混凝土樓蓋型式，并粗略的比較了他們之間的優劣，著重介紹了常用的幾種后張無粘結預應力樓蓋結構及其布筋方式。選取了兩個算例，從算例中可以比較直觀地看出預應力混凝土樓蓋比之普通混凝土樓蓋的優勢所在和預應力次梁樓蓋比之預應力主梁樓蓋的優勢所在。

同時應該看到，每種樓蓋型式均有其不足之處，例如，預應力次梁樓蓋體系中邊主梁的受扭問題，對于這些問題，尚需進一步的研究。

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TU973.12

A

1673-0038（2015）45-0121-03

收稿日期：2015-10-19

楊亞（1983-），男，工程師，碩士，主要從事結構設計工作。