关于预应力混凝土结构在地下室结构设计中的探讨

李小燕

摘要 : 地下室采用预应力混凝土楼盖能减少地下室层高和埋深，并简化施工，从而取得直接或间接的综合经济效益，且能有效的控制结构的中后期收缩及温度裂缝。本文作者介绍了预应力混凝土结构的特点及其应用以供各位同仁参考。

关键词 : 预应力混凝土结构 特点应用

前言

预应力混凝土技术目前已广泛用于各类建筑结构，由于其提高了结构刚度和抗裂性，较大幅度减少梁截面高度及板厚度，使建筑高度降低，增加了结构的跨度。预应力混凝土技术是我国在“九五”计划期间在建筑业重点采用和推广项目，随着建筑科技的不断发展，预应力技术也取得了长足的进步，从结构设计理论和方法、材料和施工工艺、规范规程等方面均已成熟，应用日益普及，近年发展迅速。

一、预应力混凝土结构的特点及应用

预应力混凝土是通过张拉预埋在混凝土中的预应力筋，使混凝土截面受到某种量值与分布的内压力，以部分或全部抵消使用荷载产生的拉应力。预应力建立后，预应力筋受拉，混凝土受压，组成一个自平衡系统。从实效上看，预应力提高了混凝土的抗拉能力，使得必须带裂缝工作的普通混凝土结构可以不开裂或裂缝宽度大大减小，从而提高了构件的抗裂度和刚度及耐久性，这是预应力混凝土结构最重要的特点。

预应力钢筋按照能否与混凝土产生粘结分为有粘结筋和无粘结筋。有粘结筋能充分发挥预应力筋的强度，无粘结筋施工方便，得到广泛使用，我国已建成的无粘结预应力混凝土工程面积逾1亿㎡，预应力钢筋耗量已占全世界的1/3。

大跨梁式结构采用后张预应力混凝土技术的优势是众所周知的。近年来，预应力无梁平板大量用于地下室，采用这种结构形式的初衷主要是减少地下室层高和埋深，并简化施工，从而取得间接的综合经济效益，但在实践中发现，有填土或人防的地下室楼盖，部分地下室底板采用优化的预应力无梁平板结构，其结构直接造价比普通梁板结构有较大降低，一般在每平方米50～150元左右，当然造价的降低与前几年预应力材料及体系价格走低、市场的成熟与蓬勃壮大也有直接的联系。正因为这些直接和间接的可观经济效益，该结构型式受到地产商的青睐，短短几年时间，在建筑工程中，预应力混凝土技术从传统应用领域迅速向地下室倾斜，地域上从广东、北京等应用较广的地区向上海地区、湖南、江西、西安等地蔓延，西南部分省市、内蒙也即开始使用。

二、预应力混凝土技术成熟，设计施工有章可循，结构安全可靠

预应力结构一直都是我国《混凝土结构设计规范》、《混凝土结构施工验收规范》的重要组成部分，为适应现代预应力技术的发展，国家相继颁布了《预应力混凝土结构设计建议》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》、《预应力混凝土结构抗震设计规程》、《建筑工程预应力施工规程》及预应力材料及体系方面的一系列标准，这些规范规程标准的出台，使预应力混凝土技术更加成熟，设计施工有章可循，结构安全可靠。预应力混凝土结构在全世界已经使用了近70年，无粘结预应力结构在美国也使用了近40年。

三、地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的必要性

1) 减少地下室埋深及基坑开挖深度的需要。为解决抗浮问题，可以用增加地下室顶板及底板厚度、抗拔桩这些被动措施，但成本高。降低地下室层高，减少水压力是最有效、最经济的办法；降低层高，还可以减少外墙砼用量、土方量、防水材料、及支挡结构费用。

结构超长、防水、抗裂安全性的需要。由于地下室留永久结构缝会影响覆土景观、容易漏水且难以根治，

还影响主体结构的埋深，虽然在材料及施工上可以采取一些措施，但现实上由于种种原因，在普通的民用建筑中，控制裂缝的一些措施往往难以落实。预应力是主动力，而且数值可调可控，与其他被动方法相比，对控制混凝土结构的中后期收缩及温度裂缝更有效，可靠性更高，此外预应力筋可兼顾抵抗外力与收缩温度应力，因此也是最经济的方法，这已被众多的工程实践所证明。

3）当主楼与地库基础类型不同时，由于板结构平面外刚度较小，次内力较梁结构小，更适宜。

四、地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的经济性

采用预应力混凝土无梁平板结构可以降低楼面结构的造价，主要原因有：

1）普通钢筋用量减少。因为：①预应力筋强度高，性价比高。预应力筋强度设计值1320Mpa，普通钢筋HRB335、HRB400的强度设计值分别为300Mpa、360MPa，其强度比值分别为4.4、3.67，而综合单价之比大致为3～3.4；，②同一条预应力筋在跨中作底筋而在支座又弯上做面筋，长度远小于等量的普通钢筋正负筋之和，使预应力筋的使用效率大大提高； ③无梁板充分利用了混凝土的抗剪能力，较有梁结构箍筋用量省很多；④预应力结构强度和抗裂控制配筋是协调的，不需要为控制裂缝增加普通配筋，而普通混凝土结构地下室底板底面、露天或有填土的顶板顶面裂缝控制要求较高（一般裂缝宽度≤0.2mm），为满足裂缝宽度要求，（非人防区）普通结构配筋一般要增加配筋20%—25%左右。

2）减少了预应力筋用量。在柱头处加托板，使结构的断面与弯矩图较充分地协调，减少了预应力筋用量。

3）模板及混凝土用量较普通梁板结构少。这两项减少抵消混凝土标号的提高影响后还有节省。

4）地下室高度减少的间接效益。降低结构高度从而降低了地下室层高，可以减少内外墙及柱混凝土用量、土方量、防水材料、支挡结构及抗拔桩费用，按照经验，层高每减少100mm,无抗拔桩时节省5～8元/m2，有抗拔桩时节省30～40元/m2左右。

大量的工程实践及对比分析表明，结构选型及设计合理的预应力无梁楼板结构已经不断地改写着无梁板结构比有梁板结构造价高的传统观念。

五、预应力无梁楼板施工更方便，速度更快

普通钢筋混凝土由混凝土和普通钢筋构成，预应力混凝土是在普通钢筋混凝土的基础上，加入少量高强预应力钢筋，置换出较多量的普通钢筋。由于基本材料没有变化，因此施工方法和过程基本是一样的，只是增加了预应力筋铺设和张拉工序。预应力工程量一般仅占总工程量的4%～8%。

采用预应力混凝土平板结构，施工进度可以加快，这主要是因为：1)预应力混凝土平板结构取消了许多梁，模板用量明显减少，而且模板安装简单方便，节省时间；2）采用预应力混凝土平板结构后，楼面结构的普通钢筋用量将减少，而且减少的大多是绑扎费时费力的梁钢筋，平板钢筋绑扎快捷方便，预应力筋与普通钢筋的绑扎可以交叉进行，节省时间；3）当混凝土强度达到设计强度的75%时即可进行预应力筋的张拉，张拉过程中可以照常进行上一层楼面的施工。张拉完成后，即可拆除模板，而预应力张拉不占施工工期，节省了时间；4）预应力结构后浇带预留时间可相对短一点。大量工程实例表明，并不会因为采用了预应力而增加工期，相反，预应力平板的施工速度要快于一般的梁板体系，这与常规想象有很大的不同。

由于以上预应力无梁结构施工省人力、省模板及铺材、模板周转加快、施工周期缩短（从而使人工费用减少）的特点，有过体验的土建施工单位，更乐于这种结构的施工。

六、 预应力混凝土结构可以象普通结构一样分期分块施工或采用不同的结构形式

对于尺度较大的结构，预应力混凝土结构可以象普通结构一样分期分块施工，只需要在先施工的结构中埋入较短的无粘结预应力筋，待后浇带浇注达到一定强度后张拉短筋连成整体即可。

预应力混凝土结构也可以象普通结构一样有高差错位，地库部分用无梁板结构，高层部分利用室内外高差做梁板结构，以满足结构规范的有关要求。

七、地下室底板采用预应力混凝土无梁板结构的优越性

对于地下水压力较大的地下室底板，采用预应力混凝土无梁板结构，除具有顶板的上述优越性外，还可省去底梁砖模及地梁钢筋工序及工程量，减少防水材料用量，明显加快施工进度。

八、结束语

由此可见，地下室采用预应力无梁板结构减少地下室层高和埋深，带来直接或间接的经济效益。地下室多为超长、连体结构，预应力控制混凝土结构的中后期收缩及温度裂缝更有效，可靠性更高，从而提高了结构的耐久性。另外无梁楼板比有梁楼板简化了施工工序，施工更方便，速度更快。因此地下室有必要采用后张预应力混凝土无梁楼盖，且本身比普通梁板结构更具优越性。

参考文献

［1］混凝土结构设计规范  GB 50010-2002  中国建筑工业出版社，2002

［2］陶学康主编 . 后张预应力混凝土设计手册 . 中国建筑工业出版社，1996