大跨度混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工

熊亮明 中交四航局港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)建筑功能、造型和美觀的追求也越來(lái)越高，大跨度混凝土樓蓋因其能夠提供開(kāi)闊的空間，可滿足展館、影劇院、大會(huì)堂、地下停車場(chǎng)等對(duì)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(shí)，也給建筑及結(jié)構(gòu)工程師提出了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)；大跨度混凝土樓蓋是實(shí)現(xiàn)大跨度空間結(jié)構(gòu)方式的一種，其設(shè)計(jì)及施工都需要經(jīng)過(guò)建筑和結(jié)構(gòu)工程師配合實(shí)現(xiàn)。

1.大跨度混凝土樓蓋常用結(jié)構(gòu)形式

通?？缍却笥?5m的框架結(jié)構(gòu)稱之為大跨度結(jié)構(gòu)。目前，大跨度混凝土樓蓋一般采用的結(jié)構(gòu)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(gè)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(zhǎng)寬比常小于1.5。通常用于大廳入口、大會(huì)堂、會(huì)議廳等場(chǎng)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(wǎng)架樓蓋

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

1.3 無(wú)梁鋼筋混凝土樓蓋

無(wú)梁樓蓋其實(shí)就是在樓蓋中不設(shè)置肋梁，直接將板支承在柱上。無(wú)梁樓蓋主要優(yōu)點(diǎn)有：構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、結(jié)構(gòu)高度小、板底平整。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)樓面的跨度在6m以及可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在5kN/m2以內(nèi)時(shí)，無(wú)梁樓蓋經(jīng)濟(jì)性較好。目前常用于商場(chǎng)、車庫(kù)、多層廠房等建筑。

1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土井字梁樓蓋

預(yù)應(yīng)力混凝土井字梁樓蓋是在混凝土井字樓蓋中設(shè)置了預(yù)應(yīng)力筋，從而能承受更大的荷載，達(dá)到更大的跨度要求。

2.大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)的面臨的問(wèn)題

樓蓋在結(jié)構(gòu)中主要傳遞豎向荷載，同時(shí)還將傳遞水平荷載和分配豎向荷載的傳導(dǎo)。大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)因?yàn)槠淇缍却?，帶?lái)的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)：首先隨著跨度的增大，豎向構(gòu)件所分擔(dān)的露面面積增大，從而豎向構(gòu)件承擔(dān)的荷載增大。其次因?yàn)閿_度的四次方成正比，隨著跨度的增大，大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)的撓度問(wèn)題逐步凸顯，甚至成為影響樓蓋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。最后隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，樓蓋受人行走、舞蹈或者其他有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而大跨度結(jié)構(gòu)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(fā)生共振，影響建筑結(jié)構(gòu)的舒適度。

3.白馬井ZH綜合樓頂層大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(zhèn)，地上4層，地下0層，房屋高度為16.4m，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類場(chǎng)地。場(chǎng)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(diào)度中心，其要求大空間，室內(nèi)無(wú)柱，從各個(gè)角度不影響室內(nèi)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(gè)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(yè)主后期可能會(huì)加裝設(shè)備，且需預(yù)留設(shè)備荷載。該層結(jié)構(gòu)按照常規(guī)的主次梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)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(shí)，主梁必需滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)(2015版)第3.4.3條受彎構(gòu)件撓度限制要求。

圖3 方案一與方案二梁配筋對(duì)比圖

圖4 4F完工后現(xiàn)場(chǎng)照片

3.2 大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)方案的選擇

大跨度樓蓋常用結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋、鋼筋混凝土空腹網(wǎng)架樓蓋、無(wú)梁鋼筋混凝土樓蓋、預(yù)應(yīng)力混凝土井字梁樓蓋?？紤]到鋼筋混凝土空腹網(wǎng)架樓蓋所需模板系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為復(fù)雜，相比常規(guī)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)其所需時(shí)間更長(zhǎng)，而本工程工期時(shí)間恰恰又較為緊張。無(wú)梁鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)能夠提供更高的空間，在荷載較少時(shí)有較大優(yōu)勢(shì)。因后期業(yè)主需在屋頂上加裝設(shè)備，屋面荷載增大后無(wú)梁鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)不再，且變形撓度較大。預(yù)應(yīng)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(wèn)題，通常用于跨度更大的情況。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，本著結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、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(duì)鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋方案和常規(guī)主次梁樓蓋方案進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比。

3.3 本項(xiàng)目樓蓋設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案比選

方案一為鋼筋混凝土密肋井字梁樓蓋，結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1，其中2軸方向跨度為15.6m，B軸方向?qū)挾葹?2.4m，結(jié)合跨度情況并考慮2軸與B軸梁相交時(shí)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(qū)域內(nèi)布置次梁200mm×750mm。利用2軸與B軸主梁將該區(qū)域樓蓋分割為四大塊，每個(gè)小區(qū)域縱向、橫向設(shè)置2條次梁，形成“井”字結(jié)構(gòu)。密肋樓蓋作為一個(gè)整體承受板面?zhèn)鱽?lái)的荷載。

方案二為常規(guī)鋼筋混凝土主次梁體系樓蓋，結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖2，其中柱網(wǎng)布置同方案一。2軸與B軸主梁尺寸為400mm×850mm。大跨度樓蓋區(qū)域內(nèi)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(chǔ)。方案二中主次梁剛度差異較大，樓面荷載主要由主梁承擔(dān)，導(dǎo)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(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖3。

由圖3中數(shù)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(huì)相應(yīng)提高，這也證明在密肋樓蓋體型中，次梁能夠充分發(fā)揮其自身的剛度，分擔(dān)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(guī)主次梁樓蓋相比其整體剛度更大，能更好的承擔(dān)屋頂荷載，抵抗撓度。其模板系統(tǒng)與常規(guī)主次梁樓蓋一樣，無(wú)需進(jìn)行特別的調(diào)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(guò)程中遇應(yīng)注意的問(wèn)題和解決方案

目前大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，但也不乏有關(guān)大跨度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題的新聞報(bào)道。因此可以說(shuō)大跨度結(jié)構(gòu)仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在施工中應(yīng)提高警惕，做好安全質(zhì)量管控。出色的將設(shè)計(jì)圖紙付諸實(shí)踐，接力設(shè)計(jì)，保質(zhì)保量完成施工，是EPC項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)具備的能力。

除了常規(guī)施工的問(wèn)題以外，對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)要特別和鋼筋班組強(qiáng)調(diào)鋼筋的連續(xù)性重要性，此外，為了減少大跨度樓蓋區(qū)域梁的撓度，可適當(dāng)增大該區(qū)域梁的起拱梁，依照《混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2015），梁起拱值取為3/1000。在施工時(shí)因拱值與其他區(qū)域不同，需與木工班組特別說(shuō)明，并在支模時(shí)監(jiān)督檢查。

4.結(jié)論

1）本工程頂層局部為大跨度樓蓋，通過(guò)結(jié)構(gòu)方案比選，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力合理、模板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)，但同時(shí)應(yīng)該注意做好相應(yīng)的構(gòu)造措施。

2）對(duì)與大跨度樓蓋的下部鋼筋必須連續(xù)，不得打斷搭接。施工前做好鋼筋班組的技術(shù)交底，鋼筋綁扎過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。

3）對(duì)大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)要充分利用構(gòu)造措施來(lái)減少其撓度值。當(dāng)起拱值與常規(guī)區(qū)域不同時(shí)，需與木工班組特別說(shuō)明，并在支模時(shí)監(jiān)督檢查。