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中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 预应力技术在底板中的应用 魏丽杰 （广东福银预应力新技术发展有限公司 广州510620） 提 要 本文从设计实际出发，对预应力混凝土底板设计中常规做法及容易弄错的问题进行了阐述。 关键词 预应力 底板 设计 问题 1 概述 预应力技术是我国在“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、设计方法、材料及施工工艺等方面均已成熟。 承受较大水压力的桩托底板，采用预应力无梁结构后具有如下优越性第一减少基坑开挖深度，减少水压力。第二底板采用平板，可省去底板砖模工序及工程量，减少防水材料用量，使得防水工程更容易，间接降低工程造价，节省工期。第三在预应力混凝土无梁平板结构中，由于施加了预压力使平板刚度提高，抗裂性能及环境适应性也较普通钢筋混凝土大为提高。第四预应力无梁结构施工省人力、施工周期缩短。因此预应力无梁结构越来越多地在底板中应用。 2 结构设计 2.1材料、截面、及预应力工艺选择 通常结构混凝土采用强度等级不低于C30的混凝土，预应力钢筋采用抗拉强度标准值为fptk1860N/mm2的φj15.2钢绞线，非预应力筋采用HRB335钢或HRB400钢。对于有人防要求的地下室底板，当人防荷载起控制作用时，按规范必须采用有粘结预应力工艺，对于无人防要求的地下室底板，也可采用无粘结预应力工艺。 魏丽杰，女，1965.2出生，高级工程师 底板厚度的取值，一般应根据底板的受力情况及防水混凝土的抗渗等级综合考虑。目前有两种取值方法第一种按地下工程防水技术规范GB50108-2001中规定当工程埋置深度〈10m时，防水混凝土的抗渗等级为S6，当工程埋置深度1020m时，防水混凝土的抗渗等级为S8。第二种按高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002中规定根据地下水最大水头H与防水混凝土厚度h的比值来决定，且不应小于0.6Mpa。当H/h＜10时，防水混凝土的抗渗等级为0.6Mpa，当10≤H/h＜15时，防水混凝土的抗渗等级为0.8Mpa，当15≤H/h＜25时，防水混凝土的抗渗等级为1.2Mpa。 2．2荷载的取值 底板所受的荷载有板自重（↓）、板面装修荷载（↓）、板面活荷载（↓）、水压力（↑）及人防荷载（↑）。对于板自重、板面装修荷载、板面活荷载及人防荷载按实际情况及规范取值，不存在什么异议。目前各地区、各设计院对水荷载的取值存在很大不同，按工程结构可靠度设计统一标准GB50153-92的规定，水位不变的水压力按永久荷载考虑，而水位变化的水压力按可变荷载考虑。 水压力的大小应根据地质勘察资料并结合工程所在地的历史水位变化情况确定。笔者近几年做了几个地下室底板，地质勘探报告均未提供常年的稳定水位，仅提供了勘察时可见水位，因此不能作为设计底板时的水位。对一般工程的设防水位及水压分布应取建筑物设计使用年限内可能产生的最高水位和最大水压。结合广东的实际情况，地下水位较高，通常取使用年限内可能产生的最大水位，即取至室外地坪，对室外地坪标高不同的，取至室外地坪最低点。且水压力的设计值须乘以1.2的系数。 2．3内力计算 无梁板内力计算的方法有经验系数法、等代框架法、等效框架法、梁板法、有限元法。经验系数法具有计算简单，简洁明了的特点。但需满足一定的条件（1）每个方向至少有三个连续跨；（2）每一板格的长短边之比不大于2；（3）跨差不大于20；（4）柱子偏置不超过跨度的10；（5）均布荷载，活载不超过恒载的3倍；对于不等跨结构，当不能采用经验系数法时，大多采用等代框架法。值得一提的是底板由于受到上、下荷载的共同作用，且该荷载有可能不同时出现，且人防荷载参与组合时材料及钢筋的强度设计值需乘以提高系数。因此需分几种情况分别计算底板的内力（1）板自重、板面装修荷载、板面活荷载参与的组合。（2）板自重、水压力参与的组合。（3）板自重、水压力及人防荷载参与的组合。 2．4钢筋的保护层厚度 钢筋的保护层厚度，按混凝土结构设计规范GB50010-2002第9.2.1条确定，可取板底钢筋保护层厚度为40mm；按地下工程防水技术规范GB50108-2001第4.1.6 条，取底板的板底钢筋保护层厚度为50mm，板面的钢筋保护层厚度为30mm。新的无粘结混凝土技术规范（JGJ92-2004）对构件的耐久性提出了更高的要求，它反映在底板的布筋中，要求预应力钢筋应布置在两层钢筋网之间。 2．5预应力钢筋的曲线形状 底板所受的荷载的主导方向向上，因此预应力筋的曲线为跨中在板顶，支座在板底，与一般楼板的预应力筋曲线方向正相反。笔者认为底板预应力筋的张拉端应尽量避免设置在板边，因为板边张拉的施工质量不易保证，且施工时的环境很差，钢筋及锚具暴露在水中或潮湿的环境中，结构的耐久性难以保证，建议在板面张拉或在后浇带处张拉。 2．6底板中后浇带的设置 通常底板中都不设变形缝，用设置后浇带来解决变形问题。普通结构一般每30～40m设置一道后浇带，预应力砼底板中由于预压应力的存在，后浇带的间距根据经验适当加长。笔者认为，后浇带的设置应视具体工程综合考虑，一般以40～50m为宜。 2．7预应力筋及非预应力筋的选配 当内力计算出来后，如何合理的配置预应力筋及非预应力，也是一个很重要的问题。首先，我们配置的预应力筋既要有效的抵抗水压力，起到减小裂缝的作用，另一方面，又不能配置太多的预应力筋。因为，在施工期间或枯水期可能底板下无水，因此所配的预应力筋应要保证在该情况下不产生反拱，即该情况下的裂缝要满足要求。工程实践中，一般按最小预压应力估算出预应力筋的数量，然后由此计算出非预应力钢筋的数量。或按此计算的预应力筋数量，进行调整后，再计算非预应力筋的数量。 2．8预应力张拉时的反拱计算 如前所述，当混凝土强度达到75％后，可以进行预应力钢筋张拉，而此时，底板下无地下水，预应力张拉后产生的平衡荷载为向下的荷载。笔者认为验算此时预应力产生的反拱时，应只计算由预应力张拉产生的效应。原因是底板的自重及其上的活荷载，应该与土压力平衡，一般的地基土应该都能具备这样的承载力。 3 需要探讨的问题 3．1板的冲切问题 对于预应力管桩或预制桩组成的多桩基础，一般底板的抗很容易满足要求，但对于人工挖孔桩等一柱一桩的的基础，要注意底板的冲切是否满足要求，不满足时，需采取措施。 3．2板的计算跨度的确定 对于多桩基础，一般承台较大，那么无梁板的计算跨度取多少合适呢如果取至柱中心到柱中心，不考虑多桩的有利影响，显然设计太浪费。如果取至承台边到承台边，又不安全。笔者建议取至最外桩间的距离比较合适。 3．3计算时预应力筋曲线高度的取值 由于实际工程中对于每个柱，桩的数量及布置有所不同，如果按承台的形状布置预应力筋曲线的线形，会造成施工太麻烦。建议施工时仍按柱作为支撑点布置预应力筋的曲线线形，计算配筋时，应计算出预应力筋在承台最外桩处的矢高，按此高度进行强度及抗裂计算。 3．4暗梁的设置 底板中是否设置暗梁目前说法不一，笔者认为应该设置暗梁，原因如下 3．4．1预应力结构底板的裂缝控制指标究竟为多少，目前说法不一。若按混凝土结构设计规范应该不允许产生裂缝，这样做非常困难，也非常不经济。但笔者认为至少不能与规范相差太远，无梁板无论计算抗裂用内力还是抗裂标准都是按平均应力的概念进行的。既然达不到标准，在应力最大的区域集中一点钢筋是应该的，也是效率最高的。对改善裂缝，效果会好些。 3．4．2设置暗梁有利于分散柱或墙传来的不均匀水平力，普通板配筋率较高，板较厚，而预应力板普通钢筋配筋率较低，此处钢筋集中布置也是合理的。 3．4．3虽然是桩基，但作为基础，不均匀沉降（哪怕是微弱的）总会存在。普通板中的每根钢筋都可以抵抗不均匀沉降，由于预应力筋为曲线布置，对于沉降产生的内力有时有利，有时有害。因此，集中一点钢筋更高效发挥作用是必要的。 3．4．4底板的受荷条件不像楼面那样清楚 ，受力复杂，影响因素多， 难以全面考虑。例如桩的弹性压缩必然会导致土体对底板产生附加压力，这个数据在设计中是难以考虑的，无论采用什么方法计算，构造上的措施是不可缺少的。设计时应根据概念和经验给予适当处理和加强是应该的。 3．4．5在大小跨交接处，抵抗不平衡弯矩，需要在“柱头”处集中配筋。 3．4．6按人民防空地下室设计规范GB50038-2005附录D 第D.2.3条要求应该加箍筋，因此需设暗梁。 3．4．7设置暗梁有利于柱与柱之间的拉结，增强了结构的整体性。 参考文献 [1] 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）.北京中国建筑工业出版社，2002. [2] 无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ/T 92-2004）. 北京中国计划出版社，2005. [3] 人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）. 北京中华人民共和国建设部及中华人民共和国国家质 量监督检验检疫总局 2005. [4] 全国民用建筑工程设计技术措施-结构.建设部工程质量安全监督与行业发展司及中国建筑标准设计 研究所，2003.