大跨度混凝土楼盖结构设计及施工

熊亮明 中交四航局港湾工程设计院有限公司

随着我国经济水平的不断提高，人们对建筑功能、造型和美观的追求也越来越高，大跨度混凝土楼盖因其能够提供开阔的空间，可满足展馆、影剧院、大会堂、地下停车场等对大跨度空间的要求，其使用日益广泛。在满足大跨度空间的同时，也给建筑及结构工程师提出了新的问题和挑战；大跨度混凝土楼盖是实现大跨度空间结构方式的一种，其设计及施工都需要经过建筑和结构工程师配合实现。

1.大跨度混凝土楼盖常用结构形式

通常跨度大于15m的框架结构称之为大跨度结构。目前，大跨度混凝土楼盖一般采用的结构形式如下。

1.1 钢筋混凝土密肋井字梁楼盖

钢筋混凝土密肋井字梁楼盖属于密肋板，其梁不分主次，由纵、横两个方向高度相等的梁正交组成。梁间距通常为2.5m左右，楼板长宽比常小于1.5。通常用于大厅入口、大会堂、会议厅等场所。按梁的布置方式还可分为正交正放和正交斜放。

1.2 钢筋混凝土空腹网架楼盖

钢筋混凝土空腹网架楼盖是在1984年由贵州大学的马克俭提出一种新型楼盖形式。并在1985年第一次应用于贵州省的工人疗养院食堂（柱网尺寸为 11m×11m，两层高），其属于三维空间受力体系，并通常以现浇为主。

1.3 无梁钢筋混凝土楼盖

无梁楼盖其实就是在楼盖中不设置肋梁，直接将板支承在柱上。无梁楼盖主要优点有：构造简单、施工方便、结构高度小、板底平整。根据以往经验，当楼面的跨度在6m以及可变荷载标准值在5kN/m2以内时，无梁楼盖经济性较好。目前常用于商场、车库、多层厂房等建筑。

1.4 预应力混凝土井字梁楼盖

预应力混凝土井字梁楼盖是在混凝土井字楼盖中设置了预应力筋，从而能承受更大的荷载，达到更大的跨度要求。

2.大跨度楼盖结构的面临的问题

楼盖在结构中主要传递竖向荷载，同时还将传递水平荷载和分配竖向荷载的传导。大跨度楼盖结构因为其跨度大，带来的主要问题有以下几个：首先随着跨度的增大，竖向构件所分担的露面面积增大，从而竖向构件承担的荷载增大。其次因为扰度的四次方成正比，随着跨度的增大，大跨度楼盖结构的挠度问题逐步凸显，甚至成为影响楼盖设计的关键因素。最后随着人们对生活品质要求的不断提高，楼盖受人行走、舞蹈或者其他有节奏的运动会产生振动，而大跨度结构因其隔墙少、跨度大，使其阻尼减少，自振频率降低，易与步行频率发生共振，影响建筑结构的舒适度。

3.白马井ZH综合楼顶层大跨度楼盖结构的设计及施工

3.1 ZH 综合楼的概况

白马井ZH综合楼位于海南省儋州市白马井镇，地上4层，地下0层，房屋高度为16.4m，建筑场地类别为Ⅱ类场地。场地基本加速度为0.1g。首层层高4.2m，2F～3F层高3.6m，4F层高5m。

因ZH综合楼1轴至3轴部分为调度中心，其要求大空间，室内无柱，从各个角度不影响室内人员观察大屏幕，且层高较普通办公室高，所以4F层高定为5m，取消2轴与B轴交集处的框架柱，形成一个跨度为15.6m×12.4m的大跨度楼盖。屋面活载为2kN/m2，因顶层部分业主后期可能会加装设备，且需预留设备荷载。该层结构按照常规的主次梁结构进行设计，会导致2轴和B轴主梁的所受弯矩较大，所需的梁截面尺寸、配筋面积增大。同时，主梁必需满足《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(2015版)第3.4.3条受弯构件挠度限制要求。

图3 方案一与方案二梁配筋对比图

图4 4F完工后现场照片

3.2 大跨度楼盖结构方案的选择

大跨度楼盖常用结构有钢筋混凝土密肋井字梁楼盖、钢筋混凝土空腹网架楼盖、无梁钢筋混凝土楼盖、预应力混凝土井字梁楼盖。考虑到钢筋混凝土空腹网架楼盖所需模板系统和结构构造较为复杂，相比常规现浇钢筋混凝土结构其所需时间更长，而本工程工期时间恰恰又较为紧张。无梁钢筋混凝土楼盖结构能够提供更高的空间，在荷载较少时有较大优势。因后期业主需在屋顶上加装设备，屋面荷载增大后无梁钢筋混凝土楼盖结构的优势不再，且变形挠度较大。预应力混凝土井字梁楼盖能够较好的解决大跨度楼盖的受力和挠度问题，通常用于跨度更大的情况。结合本项目的实际情况，本着结构安全、经济、受力情况合理，施工便利的原则，拟采用钢筋混凝土密肋井字梁楼盖，并对钢筋混凝土密肋井字梁楼盖方案和常规主次梁楼盖方案进行进一步对比。

3.3 本项目楼盖设计的结构方案比选

方案一为钢筋混凝土密肋井字梁楼盖，结构布置见图1，其中2轴方向跨度为15.6m，B轴方向宽度为12.4m，结合跨度情况并考虑2轴与B轴梁相交时钢筋绑扎施工的便利性，取2轴与B轴主梁尺寸为400mm×750mm。大跨度楼盖区域内布置次梁200mm×750mm。利用2轴与B轴主梁将该区域楼盖分割为四大块，每个小区域纵向、横向设置2条次梁，形成“井”字结构。密肋楼盖作为一个整体承受板面传来的荷载。

方案二为常规钢筋混凝土主次梁体系楼盖，结构布置见图2，其中柱网布置同方案一。2轴与B轴主梁尺寸为400mm×850mm。大跨度楼盖区域内布置次梁200mm×600mm。其荷载传递路径如下，板面荷载首先次梁，然后再由次梁传递给主梁，主梁传到柱子及基础。方案二中主次梁刚度差异较大，楼面荷载主要由主梁承担，导致主梁截面尺寸较大，且尚需满足挠度和裂缝要求，致使主梁配筋较大。方案一与方案二梁配筋计算结果对比见图3。

由图3中数值可知，密肋楼盖体系较主次梁体系可减少2轴、B轴主梁配筋，次梁的配筋会相应提高，这也证明在密肋楼盖体型中，次梁能够充分发挥其自身的刚度，分担更多载荷。

综合上述情况，钢筋混凝土密肋井字梁楼盖与常规主次梁楼盖相比其整体刚度更大，能更好的承担屋顶荷载，抵抗挠度。其模板系统与常规主次梁楼盖一样，无需进行特别的调整，且方案一中大跨度楼盖部分梁底同高，施工更加便利。因此，本工程最终选择了钢筋混凝土密肋井字梁楼盖方案。

3.4 施工过程中遇应注意的问题和解决方案

目前大跨度楼盖结构应用范围越来越广泛，但也不乏有关大跨度结构出现问题的新闻报道。因此可以说大跨度结构仍然存在一定的风险，在施工中应提高警惕，做好安全质量管控。出色的将设计图纸付诸实践，接力设计，保质保量完成施工，是EPC项目应当具备的能力。

除了常规施工的问题以外，对大跨度结构要特别和钢筋班组强调钢筋的连续性重要性，此外，为了减少大跨度楼盖区域梁的挠度，可适当增大该区域梁的起拱梁，依照《混凝土结构施工质量验收规范》（GB50204-2015），梁起拱值取为3/1000。在施工时因拱值与其他区域不同，需与木工班组特别说明，并在支模时监督检查。

4.结论

1）本工程顶层局部为大跨度楼盖，通过结构方案比选，综合考虑结构受力合理、模板结构简易性、施工的便利性等情况，最终选用了钢筋混凝土密肋井字梁楼盖结构，但同时应该注意做好相应的构造措施。

2）对与大跨度楼盖的下部钢筋必须连续，不得打断搭接。施工前做好钢筋班组的技术交底，钢筋绑扎过程中加强现场检查，如发现问题及时整改。

3）对大跨度楼盖结构要充分利用构造措施来减少其挠度值。当起拱值与常规区域不同时，需与木工班组特别说明，并在支模时监督检查。