关于地下室顶板预应力结构设计及施工几个问题的探究

摘要：本文结合工程实例和工作经验，对地下室顶板预应力结构设计与施工技术进行了研究和分析，得出现代住宅小区地下室采用后张法预应力技术可以改善结构受力性能，具有良好的经济效益和结构性能。

关键词：地下室顶板；无粘结预应力；框架梁；结构设计；施工

Abstract: this paper combined with the engineering practice and experience, the basement roof prestressed structure design and construction technology research and analysis, and concludes that the modern residential district with a basement after prestressed technique may improve the structure of bearing performance, has the good economic efficiency and the structure performance.

Key words: the basement roof; Unbonded prestressed; Frame beams; Structure design; construction

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

由于越来越多城市居民对车位和小区环境的要求，使开发商考虑充分利用住宅之间的绿化空间，在这些绿化空间以下建造地下室车库，而在地下室顶板上建造绿地景观。

地下室顶板预应力结构相对一般框架梁板结构，减少了结构构件占用的空间，充分利用了净空，在净高相同的条件下，可减少地下室的埋深，相应减少了土方开挖量、施工抽水及周边围护费，同时减少了竖向构件的工程量，从而得到较好的经济效益。

1工程概况

某住宅小区占地58600m2，其中小高层住宅共16栋，其余为6~7层多层住宅，框架结构，总建筑面积130000m2。为了使住宅小区的景观和绿化能做到最好的效果，减少汽车交通对居民的干扰，建设单位采用地下停车库来解决居民停车的问题，少量的地面停车安排给来访客人使用，其中一期施工的2万多m2的地下室，下面着重对地下室顶板预应力结构设计与施工及裂缝控制措施进行如下分析与探讨。

2预应力地下室顶板结构布置

2.1结构方案的选择

本工程地下室主要作车库及设备用，在保证地下室内有效净空高度的前提下，减少基坑的开挖深度无疑具有良好的经济性。预应力技术具有可有效降低梁的高度和构件的挠度，控制竖向荷载作用下梁的截面应力，防止出现受力裂缝的优点。但是，一个工程结构方案的选择，在技术上可行的前提下应主要考虑是否具有良好的经济性。

在设计阶段，建设单位即进行了预应力框架结构体系与普通框架结构体系的经济性比较，经设计人员按照两种方案结合工程实际情况确定的设计条件进行结构设计，依据设计结果进行工作量计算并计算造价综合比较结果，预应力结构单方综合造价比普通结构单方综合造价节省218.38元。这对于一个2万m2的地下车库来说，经济效益是十分可观的。

在重型荷载作用下（覆土较厚，考虑消防车荷载）的结构中，框架梁高跨比一般取到至1/10，采用预应力结构后高跨比一般可取到1/10至1/12，对于本工程跨度为16.6m，梁高取1.1m，在保证净空高度的前提下，节省基坑工程费用，经济效益明显。

2.2结构的布置

为在有限的地下室面积内最大限度的分配车位数量，设计中就必须确定合理的柱网尺寸。本工程中，地下室轴线间距主要为33.2m，故采取了两跨预应力连续梁的结构方案，具体布置如图1。

图1 框架结构布置图

在地下室车位的划分中，由于有不靠外墙的柱子影响，将占去宝贵的可用位置。一根不靠外墙的柱子的存在，将占去两个车位的位置（考虑柱子本身的所占位置及汽车停靠、驶入驶出车位应有的转弯距离）。本工程的预应力梁跨度16.6m，以中柱和地下室外墙做为铰接支座，这样的结构布置好处在于地下室的柱子不占用车位，不会浪费实际可用面积，从而影响将来可划分车位的数量。这样的布置方式实现了在有限的面积上最大限度的安排车位。由下图可知，考虑汽车车体长度5m，两辆汽车头对头停放，中间尚有6m多的车道，满足汽车掉头及行驶要求，既方便了将来使用车位的业主，同时经计算，车位总数增加约12％，为投资商增加了可销售车位的数量，创造了良好的经济效益。见图2。

图2合理的车位布置示意图

2.3预应力铰节点

由单榀框架的结构布置图可知，预应力框架梁边支座为地下室外墙，本工程地下室外墙厚度为300mm，以这样厚度的外墙为预应力框架梁的支座就只能采取铰接方式，减小分配干支座上的弯矩。

然而在为数不多的预应力梁铰接节点的工程实践中，铰接的预应力框架梁一般均为屋面结构，预应力梁一般以柱子做为支座，柱子截面较大，搁置长度较长，框架梁抗剪计算结果较为，且安全便于结构受力和施工，故本工程中以宽度仅为300mm的地下室外墙作为框架梁的铰接支座就成为本工程设计和施工中的难点，本工程铰节点设计如图3。

图3墙顶铰结点做法

具体来说，就是在外墙上按照框架梁宽每边各加100mm的宽度结合梁高尺寸留槽，搁置框架梁，在100mm的空隙里填塞塑料泡沫，框架梁与外墙在纵方向上由芯柱相连，横方向上外墙项处圈梁钢筋和外墙水平方向钢筋穿过塑料泡沫和框架梁拉通。梁底与墙顶间各安装一块钢板，钢板上按照芯柱尺寸开洞，穿出芯柱钢筋。钢板的尺寸必须不小于梁与支座的接触面积，即钢板长度等于梁宽，宽度等于墙厚，以保证接触面完全断开，消除不必要的约束。这样通过钢板、芯柱、墙体上拉通钢筋的柔性约束，建立了符合实际的铰节点模型，为结构的合理受力提供保证。

塑料泡沫填充块在浇注混凝土时填实充满空隙，在预应力张拉前清理干净，消除不必要的对预应力梁在张拉时的约束，而后进行预应力张拉。由于没有边梁的约束，预应力张拉时产生的压力将大量传至项板，故对张拉节点处板的配筋进行加强，以防板上出现裂缝，具体做法见图4。

图4 张拉结点处板的配筋示意图

然而，因为本工程为地下车库，施工结束后将进行回填，且顶板覆土，即该支座节点将来会被埋入土中，在潮湿环境下工作。梁底与墙顶之间的钢板，钢板与混凝土的接触面，预留的塑料泡沫填充块之间的缝隙都成为将来渗漏水的隐患，该节点处的防水处理就成为一个必须认真解决的问题。本工程通过如下方法解决：

在预应力张拉端预留Φ8mm插筋，待预应力张拉结束后进行封锚：利用预留插筋绑扎钢筋网片，后浇高一强度等级的细石混凝土。如图5所示，封锚混凝土应能从外侧面封闭整个支座节点和预留板上缝隙，厚度180mm，然后再做外墙防水，这样的处理能满足结构防水要求。

图5 节点处结构防水处理示意图

3地下室顶板无粘结预应力施工

预应力工程自开始施工以来，和土建配合进行。过程顺利，按照设计要求，本工程预应力筋采用1860级Φs15.20高强低松弛无粘结预应力钢绞线。预应力孔道采用金属波纹管留孔，待混凝土强度达到设计要求的C40后开始张拉。

3.1预应力筋布置

预应力筋布置应严格按图施工，钢筋数量及种类必须符合图纸要求，严格按设计要求曲线布筋，保证在垂直方向上各控制点的高度达到设计要求，曲线要平滑，反弯点位置按图施工，梁内预应力筋保护层最小厚度50mm。张拉端与固定端采用夹片类7孔锚具，喇叭管和螺旋筋与其配套。孔道采用金属波纹管留孔，管径为Φ70。接管采用大一号的波纹管，采用一端张拉。

3.2波纹管埋设及预应力筋穿束

支模板过程中，梁的侧模板先不封，以便于金属波纹管和预应力筋的埋设。在非预应力钢筋绑扎好后，根据设计的预应力筋曲线坐标，将波纹管固定支架焊接在大梁相应位置和标高处的箍筋上。支架采用Φ10钢筋，间距为800mm。定位钢筋固定好后，即可安装金属波纹管，波纹管逐根穿入，与定位支架用20号铁丝十字交叉绑扎牢固，要特别注意最高点、反弯点和梁跨中处的位置准确。由于波纹管由两段或多段组成，两段管之间接头用大一号波纹管(L=300mm)套接，张拉端头扩大孔采用Φ85的波纹管。波纹管所有连接处用防水胶带缠裹严实防止漏浆。安装好波纹管后，即可进行钢绞线穿束。

3.3模板及脚手架工程

要求梁模板的支架必须满足承受结构的自重和可能出现的最大施工荷载的要求，并有足够的承载能力、刚度和稳定性。预应力梁两侧模板必须在波纹管固定好并验收合格后方可进行封模安装，在模板打对拉螺栓孔时必须注意预先定出位置，防止打穿波纹管。

3.4混凝土浇筑和养护

混凝土浇筑时严禁踩压波纹管、预应力筋、定位钢筋、排气管(兼泌水管)及端部顶埋件。混凝土浇筑过程中，要在波纹管的两侧对称下料，振捣时，振动棒不得碰到波纹管、锚具等，以免损坏波纹管而引起漏浆堵塞孔道和保证顶应力筋的束形和锚具的位置准确。并注意控制波纹管的上浮现象发生，浇筑好后要注意养护，以确保混凝土有足够的承压力，以免张拉时发生事故。

3.5张拉控制

张拉过程实行双控管理，即以应力控制为主，并同时实施伸长值测量控制。在正式张拉前进行试张拉，实测摩擦损失系数，再根据实测结果填写“张拉要点”（包括张拉力及计算伸长值）。张拉的实际伸长值不应大于计算伸长值的+6%或小于-6%，若发现实际伸长值超出此范围，应停止张拉，查明原因可继续张拉。

3.6孔道灌浆和封锚

灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥，水灰比为0.4，掺高效减水和带微膨胀的外加剂，塌落度为16cm。从设置在曲线孔道最低点的灌浆孔中均匀地一次灌满孔道，待两端出气处冒出浓浆后方可封闭泌水孔（出气孔）并继续加压到0.6MPa，持荷2min后封闭灌浆孔。张拉灌浆完成后紧接着进行封锚。封锚前必须将锚具、锚孔清理干净，按设计要求进行封锚，凸出的锚头按照设计的大样图由总包方配置附加钢筋，对锚具进行封闭保护。封锚材料必须将锚具、预应力钢丝头全部封锚堵密实，不得留有空隙，筋头、锚具不得外露。

结语

综上所述，在现代小区大面积地下室设计与施工中，合理结构技术的应有能有效的降低工程成本，改善结构性能并有效的提高了使用功能，本文中的地下室车库采用采用大跨度预应力技术，减少了结构柱的数量，让建设单位在减少综合投入的同时，也让使用者获得了良好的使用功能。

参考文献：

[1]建筑工程预应力施工规程.CECS180：2005[S].

[2]混凝土结构设计规范.GB50010-2002[S].北京，中国建筑工业出版社，2002.

[3]JGJ85-2000.预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。