大跨度混凝土樓蓋結構設計及施工研究

唐海星

【摘要】大跨度混凝土樓蓋結構設計是個復雜的過程，在設計中需要考慮滿足建筑使用功能的要求，同時也要保證結構的安全適用、經濟合理、方便施工。本文僅以大跨度混凝土樓蓋結構設計的概況為基礎，對幾種樓蓋結構形式以及施工注意事項進行簡要分析。

【關鍵詞】大跨度;混凝土樓蓋結構;施工要求

我國經濟發展水平不斷進步，人們對建筑功能、造型等設計有更高的要求。大跨度混凝土樓蓋結構設計可以提供更開闊的空間，例如各種展館、大會堂等對大跨度的空間設計要求高。因此，在滿足大跨度的空間設計的基礎上，給結構工程師提出新的問題和挑戰，需要分析大跨度樓蓋結構設計的特點，結合現有的施工條件，實現合理化設計。

1、大跨度混凝土樓蓋結構設計的形式

根據《建筑抗震設計規范》規定，跨度大于等于18m的框架結構稱為是大跨度結構[1]，目前在大跨度混凝土樓蓋結構設計中，結構形式多樣，需要結合建筑平面的不同進行優選。

1.1鋼筋混凝土井字梁樓蓋

鋼筋混凝土井字梁的樓蓋設計體系，是由同一平面內相互正交或斜交的梁所組成，梁的層次不分主次，相互協同工作;為了使整個樓蓋體系受力均勻，兩個方向的梁高需等高。一般情況，井字梁的間距大概是2.5-3m左右，適用于建筑平面為正方形或長寬比小于1.5的大跨度混凝土樓蓋。在大廳的入口和大會堂等場所，根據建筑平面圖進行井字梁位置的合理布置，亦能達到美觀性的要求[2]。

1.2鋼筋混凝土空腹網架樓蓋

鋼筋混凝土空腹網架樓蓋的設計形式是在傳統樓蓋形式上升級的一種形式，最開始是由貴州大學的教授于1984年提出的，1985年經過完善后應用，屬于三維空間受力設計體系，通常以現澆為主，適用于跨度為30m以下的公共建筑。

1.3無梁鋼筋混凝土樓蓋

無梁樓蓋結構不設梁，是一種雙向受力的板柱結構體系。由于缺少梁，鋼筋混凝土板需要直接支承到框架柱上，板厚要比相同跨度的肋梁樓蓋要大些，它施工方式比較方便，能提供較大的建筑凈空，減少建筑層高。當前無梁鋼筋混凝土樓蓋的設計主要應用在商場、車庫以及多層的廠房等柱跨不是很大的建筑中[3]。如在無梁樓蓋結構內設置預應力鋼筋，預先對混凝土施加壓應力，則能顯著提高樓蓋結構的整體剛度、抗裂性能，可應用于大跨度混凝土樓蓋結構中。

1.4預應力混凝土井字梁樓蓋

預應力混凝土井字梁樓蓋設計形式是指在普通混凝土井字梁樓蓋中的梁內設置了預應力筋，最大的作用是能承受更大的荷載，能達到更大的跨度要求，其跨度范圍一般為12m-36m左右。預應力混凝土井字梁按照施加預應力的先后順序分為先張法和后張法，按照預應力筋與混凝土是否有粘結分為有粘結預應力和無粘結預應力。

2、大跨度混凝土樓蓋結構設計的現狀

在樓蓋結構設計中，主要的作用是傳遞豎向的荷載，同時可傳遞水平荷載以及分配豎向荷載的傳導等。大跨度混凝土樓蓋結構形式的跨度比較大，也由此帶來一些問題。其一是豎向構件所分擔的樓蓋面積比較大，豎向構件承受的荷載很大。其二是由于跨度的逐漸增加，大跨度樓蓋結構的撓度問題增加，成為影響樓蓋設計的關鍵因素和重要因素。當前人們對生活質量的要求逐漸提升，樓蓋受到人行走以及其他節奏運動的影響，會產生不同程度的震動現象，大跨度的結構跨度比較大，人體感受更加明顯。

3、大跨度混凝土樓蓋結構設計和施工舉措

針對大跨度混凝土樓蓋結構設計要求，通過樓蓋結構方案對比分析，合理選取結構形式、結構體系和進行結構布置，最大限度的滿足建筑物功能需求，提升建筑品質。具體分析如下：

3.1大跨度混凝土樓蓋設計方案選擇

在當前的大跨度混凝土樓蓋結構設計方案中，有鋼筋混凝土井字梁的樓蓋設計，鋼筋混凝土的空腹網架樓蓋設計、無梁鋼筋混凝土樓蓋設計以及預應力混凝土井字梁樓蓋設計。鋼筋混凝土井字梁樓蓋自重較大，超過一定跨度變形將難以控制，如不起拱已無法滿足要求，經濟性隨著跨度的增加顯著降低。無梁鋼筋混凝土的樓蓋設計可以提供更高的空間，在荷載比較小的情況下，柱跨小于8m及以下，經濟性較好，具備一定的優勢。但在后期改造樓面增加設備，樓蓋的荷載增加之后，無梁鋼筋混凝土的樓蓋設計優勢不再。預應力混凝土井字梁樓蓋設計可以解決存在的大跨度的情況。在具體的項目設計中，本著安全適用、經濟合理、方便施工的原則，合理選擇大跨度混凝土樓蓋結構設計方案。

3.2大跨度樓蓋設計方案的優化選擇

某工程大跨度樓蓋結構（21x24m），井字梁樓蓋設計方案，井字梁截面高度取跨度的1/18，短跨跨度21m，經試算，梁截面取350x1200mm，梁距3m，樓板厚度取120mm，井字梁避開柱位布置，四周邊梁為滿足抗扭剛度和強度要求截面取450x1500。此方案已超過井字梁的經濟跨度，跨中梁底變形較大，撓度無法滿足設計要求，需結合施工起拱要求，中間需起拱較大。預應力混凝土井字梁樓蓋設計方案，與柱相連的兩個主軸方向井字梁采用預應力混凝土梁，梁截面為450x1200mm，預應力混凝土梁之間布置常規鋼筋混凝土井字梁，梁截面為300x800mm，本方案跨中梁底變形小于規范限值，僅需按常規考慮施工起拱即可。對比發現，超過一定跨度的鋼筋混凝土井字梁樓蓋對凈空的影響更大，且變形將更難控制，如不起拱已無法滿足要求，經濟性隨著跨度的增加顯著降低;相比之下，預應力混凝土梁表現出更多優越性，不論是空間布局還是變形控制，同時預應力體系延性更佳，塑性變形能力強，整體抗震性能更好。

3.3施工的注意事項

在當前大跨度樓蓋施工的過程中，各種新技術取得不同程度的應用，但是在施工中受到各種因素的影響，也存在不同程度的問題。大跨度的結構設計本身具有一定的風險，在施工中需要注意的是保持警惕，以安全質量管理作為基礎，提高質量安全保證，嚴格按照施工圖紙施工。施工中為了減少撓度，需按要求施工起拱。除了常規的施工問題之外，在大跨度樓蓋的施工過程中，必須保證鋼筋的連續性，鋼筋連接應優先采用機械連接接頭，施工前做好鋼筋班組的技術交底，發現問題及時改正，確保施工質量。

參考文獻：

[1]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010 （2016年版）

[2]熊亮明.大跨度混凝土樓蓋結構設計及施工[J].珠江水運，2020（08）：103-104.

[3]周小溦.大跨度鋼管混凝土拱架結構設計及樓蓋豎向振動分析[D].華南理工大學，2016.