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摘要：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。与传统的钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土结构基于其良好的特性，因而更适合应用与地下室工程中。
关键词：预应力混凝土；地下室；结构设计
1.预应力混凝土结构工程的结构形式
预应力混凝土指的是结构构件受外力荷载作用前，人为对混凝土施加压力，由此使混凝土产生一定的收缩变形抵消外荷载所引起的拉应力来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂目的的混凝土。由于在接受外力负荷之前，预应力混凝土的构件接受人为施加压力的影响，因此预应力混凝土在受力方面的结构特点和其他一般混凝土结构有很大不同。预应力混凝土技术主要通过改善混凝土结构的方式提高混凝土的性能，并非是创造出一个独立于材料本身的具有高强度承受力的混凝土技术。
近年来，我国的高层建筑发展迅速，特别是功能多的综合型建筑的底层都会设置大柱网、大空间的公共区域，然而从力的角度来讲，这种布局是非常不合理的。设置结构转换层是比较常用地解决以上矛盾的方法。结构转换层的设置包括普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。相对于传统的钢筋混凝土构件，在地下室工程中应用预应力混凝土结构具有以下优点：第一，地下室均是大面积的底板，在地下室工程中引用预应力结构有利于施工。第二，地下室工程的混凝土结构可以有效克服应力作用，进而提升地下室底板的防水性能。第三，在预应力混凝土结构中，预应力筋处于微裂缝或者基本无裂缝的环境里，钢筋的耐久性和防腐性能得到大幅度提升。由此可见预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构相比具有明显的优越性。
2.预应力混凝土结构设计的相关规范
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m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。
3.预应力混凝土结构在地下室结构设计中的应用
3.1地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的必要性
3.1.1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。
3.1.2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。
3.1.3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。
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3.2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：
3.2.1普通钢筋用量减少
这是因为，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HRB：335、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：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：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：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。
3.2.2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。
3.2.3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。
3.2.4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。
3.3预应力混凝土结构可以像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人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。
3.4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。
3.5注意事项
地下室顶板通常会开设透气窗、采光井、水管井等，并且板上开洞大小不一。对于大于1m洞的周边均易出现明显的应力集中现象，预应力束和普通钢筋根据开洞后板的应力结果进行配置，洞周边应设置暗梁或反梁。预应力筋离洞边应有一定的距离，并应以足够大的曲率平缓绕过板中的洞口。
结束语：总之，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]李小燕.关于预应力混凝土结构在地下室结构设计中的探讨[J].城市建设理论研究.2011.
[2]杨颖.预应力混凝土结构在地下室工程中的应用及注意事项[J].建筑.2011.
[3]王斌.浅谈预应力混凝土结构在地下室结构设计中的应用[J].城市建设理论研究.2011.
论文作者:阮伟恒
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/22
标签：预应力论文; 结构论文; 地下室论文; 混凝土论文; 混凝土结构论文; 裂缝论文; 用量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;