大跨度混凝土樓蓋結構設計及施工

熊亮明 中交四航局港灣工程設計院有限公司

隨著我國經濟水平的不斷提高，人們對建筑功能、造型和美觀的追求也越來越高，大跨度混凝土樓蓋因其能夠提供開闊的空間，可滿足展館、影劇院、大會堂、地下停車場等對大跨度空間的要求，其使用日益廣泛。在滿足大跨度空間的同時，也給建筑及結構工程師提出了新的問題和挑戰；大跨度混凝土樓蓋是實現大跨度空間結構方式的一種，其設計及施工都需要經過建筑和結構工程師配合實現。

1.大跨度混凝土樓蓋常用結構形式

通常跨度大于15m的框架結構稱之為大跨度結構。目前，大跨度混凝土樓蓋一般采用的結構形式如下。

1.1 鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋

鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋屬于密肋板，其梁不分主次，由縱、橫兩個方向高度相等的梁正交組成。梁間距通常為2.5m左右，樓板長寬比常小于1.5。通常用于大廳入口、大會堂、會議廳等場所。按梁的布置方式還可分為正交正放和正交斜放。

1.2 鋼筋混凝土空腹網架樓蓋

鋼筋混凝土空腹網架樓蓋是在1984年由貴州大學的馬克儉提出一種新型樓蓋形式。并在1985年第一次應用于貴州省的工人療養院食堂（柱網尺寸為 11m×11m，兩層高），其屬于三維空間受力體系，并通常以現澆為主。

1.3 無梁鋼筋混凝土樓蓋

無梁樓蓋其實就是在樓蓋中不設置肋梁，直接將板支承在柱上。無梁樓蓋主要優點有：構造簡單、施工方便、結構高度小、板底平整。根據以往經驗，當樓面的跨度在6m以及可變荷載標準值在5kN/m2以內時，無梁樓蓋經濟性較好。目前常用于商場、車庫、多層廠房等建筑。

1.4 預應力混凝土井字梁樓蓋

預應力混凝土井字梁樓蓋是在混凝土井字樓蓋中設置了預應力筋，從而能承受更大的荷載，達到更大的跨度要求。

2.大跨度樓蓋結構的面臨的問題

樓蓋在結構中主要傳遞豎向荷載，同時還將傳遞水平荷載和分配豎向荷載的傳導。大跨度樓蓋結構因為其跨度大，帶來的主要問題有以下幾個：首先隨著跨度的增大，豎向構件所分擔的露面面積增大，從而豎向構件承擔的荷載增大。其次因為擾度的四次方成正比，隨著跨度的增大，大跨度樓蓋結構的撓度問題逐步凸顯，甚至成為影響樓蓋設計的關鍵因素。最后隨著人們對生活品質要求的不斷提高，樓蓋受人行走、舞蹈或者其他有節奏的運動會產生振動，而大跨度結構因其隔墻少、跨度大，使其阻尼減少，自振頻率降低，易與步行頻率發生共振，影響建筑結構的舒適度。

3.白馬井ZH綜合樓頂層大跨度樓蓋結構的設計及施工

3.1 ZH 綜合樓的概況

白馬井ZH綜合樓位于海南省儋州市白馬井鎮，地上4層，地下0層，房屋高度為16.4m，建筑場地類別為Ⅱ類場地。場地基本加速度為0.1g。首層層高4.2m，2F～3F層高3.6m，4F層高5m。

因ZH綜合樓1軸至3軸部分為調度中心，其要求大空間，室內無柱，從各個角度不影響室內人員觀察大屏幕，且層高較普通辦公室高，所以4F層高定為5m，取消2軸與B軸交集處的框架柱，形成一個跨度為15.6m×12.4m的大跨度樓蓋。屋面活載為2kN/m2，因頂層部分業主后期可能會加裝設備，且需預留設備荷載。該層結構按照常規的主次梁結構進行設計，會導致2軸和B軸主梁的所受彎矩較大，所需的梁截面尺寸、配筋面積增大。同時，主梁必需滿足《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)(2015版)第3.4.3條受彎構件撓度限制要求。

圖3 方案一與方案二梁配筋對比圖

圖4 4F完工后現場照片

3.2 大跨度樓蓋結構方案的選擇

大跨度樓蓋常用結構有鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋、鋼筋混凝土空腹網架樓蓋、無梁鋼筋混凝土樓蓋、預應力混凝土井字梁樓蓋。考慮到鋼筋混凝土空腹網架樓蓋所需模板系統和結構構造較為復雜，相比常規現澆鋼筋混凝土結構其所需時間更長，而本工程工期時間恰恰又較為緊張。無梁鋼筋混凝土樓蓋結構能夠提供更高的空間，在荷載較少時有較大優勢。因后期業主需在屋頂上加裝設備，屋面荷載增大后無梁鋼筋混凝土樓蓋結構的優勢不再，且變形撓度較大。預應力混凝土井字梁樓蓋能夠較好的解決大跨度樓蓋的受力和撓度問題，通常用于跨度更大的情況。結合本項目的實際情況，本著結構安全、經濟、受力情況合理，施工便利的原則，擬采用鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋，并對鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋方案和常規主次梁樓蓋方案進行進一步對比。

3.3 本項目樓蓋設計的結構方案比選

方案一為鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋，結構布置見圖1，其中2軸方向跨度為15.6m，B軸方向寬度為12.4m，結合跨度情況并考慮2軸與B軸梁相交時鋼筋綁扎施工的便利性，取2軸與B軸主梁尺寸為400mm×750mm。大跨度樓蓋區域內布置次梁200mm×750mm。利用2軸與B軸主梁將該區域樓蓋分割為四大塊，每個小區域縱向、橫向設置2條次梁，形成“井”字結構。密肋樓蓋作為一個整體承受板面傳來的荷載。

方案二為常規鋼筋混凝土主次梁體系樓蓋，結構布置見圖2，其中柱網布置同方案一。2軸與B軸主梁尺寸為400mm×850mm。大跨度樓蓋區域內布置次梁200mm×600mm。其荷載傳遞路徑如下，板面荷載首先次梁，然后再由次梁傳遞給主梁，主梁傳到柱子及基礎。方案二中主次梁剛度差異較大，樓面荷載主要由主梁承擔，導致主梁截面尺寸較大，且尚需滿足撓度和裂縫要求，致使主梁配筋較大。方案一與方案二梁配筋計算結果對比見圖3。

由圖3中數值可知，密肋樓蓋體系較主次梁體系可減少2軸、B軸主梁配筋，次梁的配筋會相應提高，這也證明在密肋樓蓋體型中，次梁能夠充分發揮其自身的剛度，分擔更多載荷。

綜合上述情況，鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋與常規主次梁樓蓋相比其整體剛度更大，能更好的承擔屋頂荷載，抵抗撓度。其模板系統與常規主次梁樓蓋一樣，無需進行特別的調整，且方案一中大跨度樓蓋部分梁底同高，施工更加便利。因此，本工程最終選擇了鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋方案。

3.4 施工過程中遇應注意的問題和解決方案

目前大跨度樓蓋結構應用范圍越來越廣泛，但也不乏有關大跨度結構出現問題的新聞報道。因此可以說大跨度結構仍然存在一定的風險，在施工中應提高警惕，做好安全質量管控。出色的將設計圖紙付諸實踐，接力設計，保質保量完成施工，是EPC項目應當具備的能力。

除了常規施工的問題以外，對大跨度結構要特別和鋼筋班組強調鋼筋的連續性重要性，此外，為了減少大跨度樓蓋區域梁的撓度，可適當增大該區域梁的起拱梁，依照《混凝土結構施工質量驗收規范》（GB50204-2015），梁起拱值取為3/1000。在施工時因拱值與其他區域不同，需與木工班組特別說明，并在支模時監督檢查。

4.結論

1）本工程頂層局部為大跨度樓蓋，通過結構方案比選，綜合考慮結構受力合理、模板結構簡易性、施工的便利性等情況，最終選用了鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋結構，但同時應該注意做好相應的構造措施。

2）對與大跨度樓蓋的下部鋼筋必須連續，不得打斷搭接。施工前做好鋼筋班組的技術交底，鋼筋綁扎過程中加強現場檢查，如發現問題及時整改。

3）對大跨度樓蓋結構要充分利用構造措施來減少其撓度值。當起拱值與常規區域不同時，需與木工班組特別說明，并在支模時監督檢查。