预应力混凝土在多、高层住宅建筑中采用的可行性和优越性
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摘 要 本文通过实例说明无粘结预应力现浇无梁楼板的应用及其对工程建设所产生的缩短工期、节约投资等种种优点。
关键词 无粘结预应力；无梁楼盖；技术；经济效益
预应力混凝土是当今世界用途最广、技术先进、强度高、最有发展前途的一种混凝土结构材料。现代预应力技术是建设部“九五”“十五”重点推广的十项新技术之一。它具有改善建筑使用功能，降低工程造价，减轻结构自重，增加建筑净空，扩大柱网、减少柱子和桩基，增大使用面积，提高结构及构件的抗裂性。缩短施工工期等显著优点。近年来，预应力混凝土结构在首都国际机场、广州新机场、北京西客站、外交部办公大楼、广州国际大厦等一系列的重大建筑中采用。现从以下几个方面加以阐述。
1 预应力技术的发展
自1928年世界上首次使用预应力结构，到第二次大战以后，预应力混凝土结构才得到广泛的应用，预应力混凝土结构是50年代后期才引入我国，并得到了广泛的应用，如桥梁，屋架和预制构件等。随着工艺的发展，技术的成熟，设备的引进，无粘结预应力混凝土的发展，大大拓宽了预应力结构的应用范围，目前，美国80%以上的建筑均采用预应力混凝土结构，我国自70年代引进无粘结预应力混凝土结构，于90年代初颁布了《无粘结预应力混凝土设计与施工规程》，至今已近20年，该技术主要用于多层和高层建筑中的楼板、框架梁、扁梁、悬臂梁、受拉结构和预应力锚杆等。目前，在北京、上海、重庆、广东、东北等地已得到了广泛的应用。
我国早期的多、高层住宅建筑广泛采用的是“步入见壁、见墙”的多墙、多柱、小柱网、小开间的结构布置，建筑占地多，结构高度大，使用面积少，使用功能少，难以发展与改造。随着科学技术的飞跃发展、工艺设备的进步、人民群众对住宅建筑的要求愈来愈高，迫切需要大跨度、大空间、无中柱、少内墙的多品种、多用途、适应性强的新型住宅建筑。厅、房内无梁，无柱；灵活布置，任意分隔在现代住宅建筑中迅速发展，室内装饰在住户投资比重的不断加大，预应力混凝土结构能充分发挥其优势，所以在住宅建筑中的应用正以年30%的速度增长。预应力混凝土结构可做到每户除周边外，户内无梁无柱无墙，户内任意分隔。户主可以按自己的想象，充分发挥自由构思，为户主提供更大的使用空间。近年来珠江三角洲地区在住宅建筑中应用的预应力混凝土结构有：广州市政公司住宅（7层）、佛山邮电局宿舍、广州市桥东小区、天宇大厦（33层）、东川大厦（34层）鸿瑞花园（30层）、嘉富广场（32层）、珠海市龙珠花园（9层）、佛山市省元新村（8层）、中山市银园（13层）、肇庆市天宇广场（16层）、广州市东方国际广场（32层）、一德路商住楼（24层）等。
3 预应力混凝土使用在住宅建筑中的范围和优越性
经验证明，6-12m常用柱网（或跨度）的住宅建筑处于预应力混凝土结构的经济跨度范围，预应力混凝土结构常常是最佳的选择。其优越性如下：
3.1 提高结构及构件的抗裂性和刚度。
预应力混凝土结构在施加预应力之后，构件内就产生了预压应力，当混凝土收缩或构件受力变形时，就会受到预压应力的约束。这充分发挥了混凝土的作用，即混凝土的受压性能大大高于它的受拉性能。同时减少了混凝土构件内的拉应力，改善了构件的抗裂性能。众所周知混凝土构件的开裂是因混凝土的受拉而产生的。
除前所述预压应力之外，在预应力构件设计中，常采用曲线布筋，其布筋形式常与受力时构件的弯矩图相同，从而产生一个“等效反荷载”，正好与受力时荷载反向，相当于平衡一部分构件的荷载，因此提高了构件的刚度。
具体而言，就是可以减小构件的截面，改善构件的挠度和裂缝宽度性能等。
3.2 节省材料，减轻结构自重
普通混凝土结构一般采用的是C25、C30混凝土，和HPB235级HRB335级钢筋，而预应力混凝土结构当采用C35、C40混凝土时，同样可以充分发挥混凝土的作用，同时，预应力钢筋的强度（1570～1860N/mm2）是普通钢筋强度的3-6倍，因此，材料可以大大节约，结构性能可以改善，例如，普通结构12米跨梁至少要900mm高度，3m层高就不能满足采光要求，层高至少要3.3m，面采用预应力梁，梁高可以减至600mm，层高2.9～3.0m就能满足，也就是梁截面减小了，结构自重减轻了，跨度也加大了。现在，国家大力推广高强钢筋，因此，采用预应力混凝土结构既有功能优势又可节省能源，完全符合我国的可持续发展战略。
3.3 改善建筑使用功能，增加建筑净空，缩短施工工期
预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比，它的跨度更大，截面更小。下面举例说明。
(1) 广州骏汇大厦，原初步设计采用普通钢筋混凝土结构，柱网为5×6米，后来施工图设计时将柱网改为10.6×8米，采用了无粘结预应力无梁楼盖，单地下室部分为业主多布置了30多个车位，单车位就为业主获利875万元，同时，地下室为业主减少了土方开挖量。降低了地下室层高，又为业主节省了几百万。同时还改善了建筑的使用功能。
(2) 广州一德路中心市场商住楼（24层），原业主为便于回迁楼灵活分隔， 在其中一个塔楼采用了无粘结预应力无梁楼盖，而其它几个塔楼均为普通梁板结构，当无粘结预应力无梁楼盖施工几层以后，购房户一参观，均要求购回迁楼而要求退换商品楼，后来，业主又决定将余下的商品楼全部改为无粘结预应力无梁楼盖。
（3）佛山发展大厦 设计28层。主楼原层高3.4m，后采用预应力无梁楼盖后，主楼层高改为2.9m，总层数增至33层，使用面积增加了5000m2，而且该楼为全楼采用中央空调，为业主带来了良好的经济效益。
（4）佛山邮电局宿舍楼 采用的是无粘结预应力无梁楼盖。当时施工时是四个塔楼同时上，原计划是7天一个塔楼楼面，而实际施工时是四天一个塔楼楼面，轮流是每天一个塔楼楼面，大大提高了施工速度。总结其原因主要是架子、工程模板简单、钢筋规格大大减少，预应力钢筋是穿插在普通钢筋施工过程中，混凝土浇捣也方便，因此大大提高了效率，缩短了施工工期。
3.4 降低工程造价
预应力混凝土工程降低造价主要是从以下几个方面。
（1）节省材料：减少了混凝土和钢筋的用量来降低造价，平均节省钢材25%。
（2）节省模板：预应力混凝土结构由于梁截面减少或采用无梁板，平均节省梁模30%。
（3）缩短工期：通过节省模板，方便支模，方便施工来缩短工期，来降低工程综合成本，加速施工进度，提高总包的综合竞争能力。
（4）通过加大柱网，减少柱和桩基，减轻自重，节省竖向构件和基础等措施来降低造价。
（5）通过调整结构方案，增加使用面积、增加使用功能、降低层高、减少维护结构、节约能源，来降低造价。例如，广州骏汇大厦等。
（6）预应力混凝土结构引起造价提高的因素主要有两点：其一、是混凝土强度提高，一般要采用C35～C40；其二是预应力钢筋的造价比普通钢筋的造价要高。
（7）综合以上几点，预应力混凝土结构约占整个建筑物造价的5%，在主体结构中约为15%，经综合分析一般情况下，其造价与普通钢筋混凝土结构的造价接近，大跨度情况下，8m左右预应力结构综合造价要便宜。
从上述工程实例可知，无粘结预应力无梁楼盖在建筑工程上推广很有前途，应用极有价值。
参考文献
[1]陶学康编著.后张预应力设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1996年
[2]陶学康编著.无粘结预应力混凝土结构设计与施工. 北京：地震出版社，1993年
[3]无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ/T92-2004.北京：中国建筑工业出版社，2005年
[4]吕志涛，孟少平编著.现代预应力设计.北京：中国建筑工业出版社，1998年