广东 英德 513000
摘要：在进行预应力大跨度无梁楼盖结构的设计与施工期间，通过预先施加应力的方式，能够对混凝土结构的受力状况进行显著的改善，进而创造更大的经济效益。此外，对于无梁楼盖结构而言，施工期间可以减少了模板、钢筋绑扎工作的人力、物力消耗，并有效降低了施工周期，因而该结构在当前的建筑项目中有着广泛的应用。本文首先对预应力大跨度无梁楼盖技术特点进行探讨，并进一步研究该结构在工程设计与施工中的应用。
关键词：预应力；大跨度；无梁楼盖；设计与施工；
1引言
预应力无梁楼盖结构的应用，可以增强混凝土的抗拉强度，使得材料的性能得到充分发挥。同时，预应力大跨度无梁楼盖结构的使用，还能在确保结构满足使用需求的同时，满足建筑在功能上对大跨度和净高（相同层高情况下比梁板楼盖结构净高更高）的要求。
2预应力大跨度无梁楼盖的概述
2.1技术特点
首先，混凝土属于典型的脆性材料，且抗拉强度低。通过对混凝土结构预加应力，可以使无梁楼盖受到挤压应力的作用，该应力会与外部荷载所产生的拉应力平衡。因而，结构在正常使用的状态下，就会使结构的抗拉能力与韧性得到显著的改善，进而提高无梁楼盖的抗裂能力与整体刚度。其次，随着国内施工工艺与材料领域的迅猛发展，人们对于建筑结构的安全性、适用性、经济性等方面有了更多的要求。通过预应力大跨度无梁楼盖结构的使用，使得建筑结构的造价更加低廉、结构体系的安全性、可靠性、抗震性得到了显著的提高。
2.2混凝土楼盖体系的分类及对比
楼盖体系根据楼盖结构形式的不同，可以将混凝土楼盖分为两种不同的类型：有梁楼盖、无梁楼盖；根据施工类型的不同，可以将楼盖细分为三种不同的类型：装配式、装配整体式以及现浇式。装配式楼盖需要在施工期前事先进行楼盖的预制，之后将其直接安装在梁结构上。对于这一形势的楼盖结构而言，虽然有着施工便利、建设周期短、经济效益高等方面的优势，但是楼盖的整体性较差，对于地震等外部荷载的抵抗能力较差。自上世纪80年代以来，我国在进行建筑项目设计与施工时，广泛应用到预应力混凝土构件，一些厂房设计标准图纸一直沿用至今。但是，设计时对预应力筋进行了替换，当前普遍用到φ5高强度钢丝等类型的预应力筋。自08汶川地震以来，为了改善建筑结构的抗震性能，在一些低高度屋面梁结构以及低矢高桁架结构中，也有用到高强预应力筋等相关材料。上述设计方法与材料的应用均属个例。对于装配整体式结构来说，由于在结构的内部配有钢筋网，因而结构的整体性能得到了改善，但同时也增加了结构的造价。总的来说，预应力楼盖结构比装配式、装配整体式楼盖结构具有更好的整体抗震性能；而对比传统的梁板结构来说，预应力楼盖因其楼盖抗弯、抗裂性能的提高使之能实现更大的跨度、更小的裂缝。
3.1工程实例分析
一栋高度达到了55.40m的综合楼，结构形式采用的是框剪结构。建筑层数为地上16层。根据建筑的使用要求，将底层层高设计为4.80m，以上各层的层高设计依次为第2层4.40m，第3至14层3.25m，第15层3.50m，顶层层高设计为3.70m。设计初期，计划采用梁板结构形式。具体计算过程中，将框架结构的梁截面尺寸确定为400mmX700mm；另外，建筑的次梁截面尺寸确定为300mmX550mm。应业主方要求，建筑的顶层需要将其设计为大型活动场所，因而对于空间要求比较严格。尤其在净空高度方面，应至少满足3.40m的要求。由于受到日照等因素的限制，无法对该建筑的总高度做出调整。经过设计方、业主方、施工方等讨论分析之后，最终决定采用预应力大跨度无梁楼盖结构形式。
3.2结构设计
3.2.1计算模型
建筑基本受力板单元如下图1所示，具体设计工作中，楼盖混凝土的强度等级确定为C40，并使用无梁楼盖结构形式，楼板的厚度为230mm，恒载为9.25kN/平方米，活载为2kN/平方米；计划选用两种不同的布筋方式。
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图1 结构基本受力板单元
3.2.2布筋设计方案的选择
方案一：设计期间，一向采用均匀布置的方式，而另一向采用集中布置的方式，如下图2（A）所示。在X方向上，预应力索采用集中布筋方式，钢筋主要布设在柱边（柱宽）1.55倍的区间内。Y向在跨度方面与X向相同，因而采用与X向相同的均匀布设方案。在进行钢筋布设工作时，首先要对预应力筋进行估算。设计时，将预应力的损失值设定为30%。根据这一参考值，每根预应力索应分担的有效预应力值应取为127.6kN。在每米范围内，预应力应达到356kN。这样一来，每米需要布设2.8根预应力索。施工过程中，如果以两根作为一束，就要每间隔700mm布设一束预应力索。其次，在进行柱上板带预应力索的布设时，采用集中布置的方式，应确保两个方向上的预应力损失相差不大。同时，还要确保预应力索在两个不同的方向上的跨度、根数方面的比值基本一致。具体计算结果如下：其一，在进行9.75m的跨中跨柱上板带预应力索设计时，其计算方法为26×9.75/8.75=29根；其二，对于边跨柱上的板带预应力索的设计，其计算方法为29/2=15根；其三，在进行7.75m的跨中跨柱上板带预应力索数量的计算时，其方法为20×7.75/8.75=18根；其四，对于边跨柱上板带预应力索的确定，计算方法为18/2=9根。
方案二：设计期间，主要进行柱中板带以及柱上板带的预应力索的布设，布筋方式如下图2（B）所示。计算时以方案一的计算结果作为参考，对两个不同方向上预应力索的比例进行合理的分配，其中柱上板带占到60%，柱间板带占到40%，以此为基础进行相应的计算。
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（A）方案一 （B）方案二
图2 布筋方式
3.2.3计算结果的对比
下表1为两种方案的挠度、抗冲切等参数的计算对比状况。
表1 计算结果的对比
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3.2.4方案选择
从上表1中的数据可以看出，方案一与方案二相比有着明显的合理性。首先，按照荷载平衡的原则，为了实现双向板的静力平衡，应当在两个方向上同时布设预应力筋，并将其分为“主”预应力筋和“次”预应力筋。其次，由于“主”预应力筋试用期间会产生向下的力，这个力只有在反弯点间的相对狭长的区间才可能出现，因而“次”预应力筋应该在这一狭长的区间内进行集中的布设。此外，在柱中板带“主”预应力筋中，能够出现向上的力，这个力也能够在柱上板带（不包含柱区域）中的“次”预应力筋中产生。柱区域内，板内能够产生向上的力，并且这个力是相对均匀的。正是由于这个力的存在，使得结构使用期间有着良好的承载效果。另外，上述设计还能为施工提供极大的便利，确保编网工序的顺利开展。对于方案二而言，它的结构性能与方案一基本类似，但是具体施工期间较为复杂，并且不利于施工质量的把控，因而本工程中选择的是方案一的布筋方式。
3.3施工
施工时，使用的预应力筋为具有无粘结性质的、型号为Uφj15.24的低松弛钢绞线，其尺寸为A1=140mm²，相关力学参数为fmk=1860MPa，σcom=1960×0.7=1302MPa。在进行张拉工作时，张拉端所使用的锚具为OVM系列。不管采用两端张拉的方式还是一端张拉的方式，都要考虑到预应力的损失情况。在本工程中，采用的是两端张拉的方式，计算得到梁1的预应力最大损失值为1751.5kN；如果采用一端张拉的方式，梁1预应力最大损失值为653.3kN通过过数据对比可以发现，施工期间应当采用单端张拉的方式，进而降低预应力损失值。
4存在问题
近年来预应力楼盖工程的施工现场反映出一些问题，如张拉完预应力筋不久，张拉端或固定端的混凝土出现爆裂、破碎的情况。此种情况出现主要原因是混凝土强度达不到设计值，导致混凝土抗压极限承载能力不足，在建筑荷载尚未加载的情况下，预应力筋使张拉端或者固定端的混凝土被压碎。
5结束语
大跨度预应力无梁楼盖结构的使用，可以满足不同建筑对于空间的要求，并且可以提高建筑的抗震性、耐久性与整体刚度。结构设计与施工时，应优先考虑“一向集中、另一向均匀的”预应力索布设方式，进而为后续的施工提供便利；施工时应注意确保混凝土的强度达到设计值。
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