浅谈大面积超长预应力混凝土结构的技术经济优越性

刘丽娜

(上海建科预应力技术工程有限公司，上海 200032)

浅谈大面积超长预应力混凝土结构的技术经济优越性

刘丽娜

(上海建科预应力技术工程有限公司，上海 200032)

以中国博览会会展综合体为工程背景，阐述了大面积超长混凝土结构特点与难点，以及该工程采取的相应对策。通过对比分析在该类结构中采用普通混凝土结构与采用预应力混凝土结构的技术经济指标，说明采用预应力技术能有效控制裂缝，缩短工期，节约成本，为类似工程提供参考借鉴。

大面积超长混凝土结构；预应力；工期；工程造价

1 工程概况

中国博览会会展综合体项目总建筑面积约147万m2，地下总建筑面积为20万m2，地上总建筑面积为127万m2。根据使用功能需要，本会展综合体上部划分13个功能分区，其中A1、B1、C1、D1、F1、F2、F3为展厅部分；A0、B0、C0为办公楼；D0为酒店；E1和E2为配套商业中心；各展厅、商业等场所通过8 m、16 m标高的高架步道连接。南广场地下室部分(含人防区域)为G区。

中国博览会会展综合体每块长度为334.2 m，宽度为308 m，且不设置伸缩缝，远大于相关规范[1-2]规定的结构伸缩缝的最大布置间距要求，属于大面积超长混凝土结构。

2 超长结构的裂缝危害

本工程若严格按照规范要求对这种平面超长结构设置伸缩缝，将会很大程度上影响建筑使用功能；但不设置伸缩缝，超长结构将会在温度及收缩效应作用下，产生较大的温度收缩裂缝，从而影响结构使用及耐久性[3]。

3 工程特点及难点与对策

3.1 工程特点

(1) 单个展厅的占地面积即相当于10个标准足球场，规模超大。

(2) 总工期842个日历天，工期极为紧张。

(3) 标段内和标段间界面复杂，交叉作业多。

(4) 施工质量控制要求高。

(5) 展厅净空高、混凝土构件截面大。

单层展厅净空高度达到35 m；双层展厅首层层高16 m，二层净空高度达到22 m。双层展厅底层柱网27 m×36 m，二层柱网54 m×36 m， 16 m平台主梁截面2 000×3 000、1 800×3 000，为超大跨度的预应力钢筋混凝土梁。

3.2 工程难点分析及对策

(1) 超长混凝土结构施工期间裂缝控制。双层展厅16 m层平面尺寸为297 m×308 m，属超长、大面积混凝土结构；温度应力和收缩的作用，容易造成结构中的梁板在施工阶段就出现裂缝，将对结构的耐久性产生不良影响；由于混凝土在硬化过程中温度梯度最大、收缩发生的速率最大，这使得结构在浇筑混凝土之后容易出现裂缝。

本工程采取了以下措施[4]：① 在保证混凝土强度等主要指标的前提下，应该尽量减少水泥用量。② 为保证混凝土的强度和流动性，考虑加入适当的外加剂。这样既可以使水泥用量和水的用量大大减少，同时也降低了混凝土的水化热和收缩，减少出现裂缝的可能性。③ 加强混凝土的养护。在浇筑混凝土以后，要加强梁底和板底混凝土的养护。同时注意不要片面地在楼板表面采用“蓄水养护”的方法，这样反而会造成混凝土上下表面收缩差增大，使梁底和板底更容易开裂。④ 合理设置施工缝。合理的施工缝设置可以释放早期混凝土的应力，减少以收缩为主的变形[5]。

(2) 不影响整体施工，预应力筋合理分段[5]。单体面积大，施工分区多，工期紧张，结合施工缝的位置及土建施工流程合理设置预应力筋的布置和分段形式，最大限度地提高了结构施工效率，缩短施工工期且不影响整体结构受力。

4 采用预应力超长结构的优势

4.1 技术优势分析

施工阶段可采取的控制措施，实际上只是解决了施工阶段混凝土的收缩引起的变形和裂缝问题，在后浇带浇筑完成，结构连成一个整体之后，在昼夜和季节温差变化的情况下，由于竖向构件墙、柱约束的存在，在混凝土梁、板中必然产生较大的拉应力，导致混凝土梁板结构产生裂缝，影响结构的抗腐蚀能力和耐久性,不能解决结构在使用阶段的温差效应。

预加应力措施[6]是指通过在结构水平构件中施加一定的预压应力，专门用于抵消温度、收缩应力的措施，在通盘考虑后浇带的留设、预应力筋的分段、分批张拉等因素后，它既能解决结构在施工阶段的温差效应，也能解决结构在使用阶段的温差效应。

相对于施工阶段采取的裂缝控制措施，预应力技术是解决此类超长混凝土结构的有效途径。通过预先施加预应力可以在楼盖中建立预压应力，抵消混凝土后期收缩和温度变形产生的拉应力，防止结构间接裂缝的产生。采用预应力还可以少留或不留后浇带，或者可以适当的提前封闭后浇带，从而极大地缩短工期。合理的预应力设计，不仅能够防止超长混凝土结构的受力裂缝和间接裂缝的产生，满足建筑的诸多美观和使用功能要求，而且还具有显著的经济效益。

4.2 经济优势分析

方案一：采用单向普通混凝土梁结构，主梁截面尺寸1 800×3 600，次梁截面尺寸600×3 500，梁配筋图如图1所示。

方案二：采用大跨度预应力混凝土梁结构，主梁截面尺寸1 800×2 650，一级次梁截面尺寸600×2 500，二级次梁截面尺寸300×900，预应力梁配筋图如图2所示。

根据方案一、方案二设计结果，依据相关标准[7-11],计算出经济指标如表1、表2所列。

图1 单向普通混凝土梁配筋

图2 大跨度预应力混凝土梁配筋

表1 普通混凝土梁单方造价

表2 预应力混凝土梁单方造价

通过对本工程的分析，可以看出采用大跨度预应力混凝土梁能有效地降低建筑实体尺寸，大幅度增加有效使用空间。对于同样的跨度情况下，外部条件完全一样时，采用预应力结构可以减少混凝土和钢筋用量，减少模板和人工用量，增加了预应力部分造价，综合起来预应力结构会节省20%的造价；对部分由于建筑功能需要(如更大的空间和跨度等)，如非预应力结构方案是不能实现的，这种情况下，造价就完全没有可比性；由于结构自重减少，还能带来水平荷载(风、地震)作用下配筋的降低，更能带来造价的节省。此外，预应力施工作为专业承包，纳入总包的统筹规划中，铺放阶段穿插在模板、普通钢筋、混凝土等工序中，不在关键线路上，故不占用日历工期；张拉阶段，由于是独立工种，不影响其他部位作业，更不会影响工期。

5 工程实例

(1) 上海虹桥交通枢纽东交广场柱网18 m×18 m，设计时做了预应力和非预应力两种方案，预应力方案可降低结构造价7%，钢材用量节约29%，混凝土用量节约10%。

(2) 成都双流国际机场T2航站楼平面轴线尺寸496 m×154.6 m，采用预应力混凝土框架结构，梁高降低500 mm，有效增加净空，降低结构造价13%，钢材用量节约24%，混凝土用量节约18%。

(3) 无锡市综合交通枢纽地下室侧墙单向最长达到277.2 m，地下一层和一层板纵横向长度均超过55 m,预应力侧墙、框架梁和楼板内采用无粘结预应力技术,板厚降低200 mm, 降低结构造价10%，钢材用量节约30%，混凝土用量节约15%。

(4) 上海国际金融中心地下一层及一层建筑长度为312 m，宽度为168 m，设计采用无粘结预应力楼板技术，比普通混凝土楼板结构造价降低12%，钢材用量节约35%，混凝土用量节约17%。

(5) 外高桥物流园区K6地块多层综合物流仓库，原设计采用多跨连续混凝土框架，修改为预应力混凝土框架结构，梁高降低300 mm，有效增加净空，降低结构造价13%，钢材用量节约25%，混凝土用量节约8%。

6 结束语

超长大面积预应力混凝土结构已经在工程实践中得到了很大的应用，翔实的工程数据证明该结构不仅具有技术上的优势，而且能明显降低工程造价，节约工期。对类似工程具有借鉴、参考价值。

[1] GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S]．

[2] DGJ 08-69-2007,预应力混凝土结构设计规程[S]．

[3] 郑茂初.超长结构温度效应研究[J].科技资讯,2008(20):64～65.

[4] 全国造价工程师执业资格考试培训教材编审委员会.建设工程技术与计量(土木建筑工程)[M]．北京：中国计划出版社，2014.

[5] CECS 180-2005，建筑工程预应力施工规程[S]．

[6] 程 娟，郭向阳.试论预应力混凝土的裂缝控制[J]．科技创业,2004(8):23～24.

[7] GB 50010-2013,建设工程工程量清单计价规范[S]．

[8] GB 50854-2013,房屋建筑与装饰工程工程量计算规范[S]．

[9] GB/T 5224-2003, 预应力混凝土用钢绞线[S]．

[10] 祝燮权，谢 羽.实用五金手册(第8版)[M].北京：中国科学技术出版社，2015.

[11] 上海市建设工程定额管理总站.上海市建筑和装饰工程预算定额[M]．上海：上海科学普及出版社，2000.

2016-10-21；修改日期：2016-10-28

刘丽娜(1979-)，女，辽宁朝阳人，上海建科预应力技术工程有限公司工程师．

TU378

A

1673-5781(2016)05-0595-03