现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力混凝土平板结构

现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力混凝土平板结构技 术 经 济方 案 比 较陈乾1） 冯良慈2） 栾文彬2）1）东南大学建筑设计研究院 210096 2）南京建研科技 210003【摘要】通过工程实践，对现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力混凝土平板结构两种技术方案的特点进行了比较，特别对两种方案的经济性进行了详细的对比分析，为设计师进行工程方案的选择提供参考。【关键词】预应力平板 空心楼盖 跨度 对比1.前言上世纪八十年代前，由于建筑技术方面的限制，我国建筑工程中采用的混凝土平板大多为7m以下的小跨板，这大大禁锢了建筑师个性的张扬，降低了建筑物的使用功能。八十年代末九十年代初，随着我国预应力技术的发展，特别是在预应力技术被列为国家八五及九五重点推广项目后，大跨度的预应力平板结构如雨后春笋般在全国多高层建筑中涌现，特别是在东部沿海经济发达地区，具有代表性的工程有广东国际大厦（63层预应力混凝土平板结构）及南京新世界中心（2幢43层预应力混凝土平板）等一大批有影响的工程。该时期我国预应力技术得到了大力发展，无粘结预应力混凝土结构技术规程等相关规程的相继颁发以及国内诸多单位对预应力技术研究的深入，使得预应力技术达到相对成熟的阶段，预应力相关规范也进行了多版修订。在数十年的使用及研究过程中，人们对预应力技术的优缺点也有了较为全面的认识。上世纪九十年代末，随着我国建材技术的创新及发展，相关单位成功地解决了现浇混凝土空心楼盖的成孔难题，并对设计、安装等成套技术进行了研究，目前现浇混凝土空心楼盖技术也日渐成熟，并因其独具的优越性能，得以迅速地在全国各地推广应用，特别是2005年初现浇混凝土空心楼盖结构技术规程（CECS 175:2004）的颁布施行，为现浇混凝土空心楼盖技术在全国的推广应用扫清了最后的障碍。下面我们将对上述的两种技术进行对比分析。2.无粘结预应力平板的技术特点 预应力技术是利用高强度、高性能材料，通过张拉等一系列工艺，从而使得高性能材料发挥作用，达到减小构件断面，提高构件承载能力，改善构件使用功能及耐久性能的目的。由于预应力钢材的强度是普通钢材强度的45倍，而其价格只为普通钢材的23倍，因此在跨度较大的结构中（一般板跨度8m，梁跨度15m，以下所述均为大跨度结构），预应力结构与普通结构相比将有较好的经济性，同时预应力结构还具有普通结构及其它结构不具有的优点：（1）构件断面最小。在同等跨度及荷载条件下，由于预应力结构所用材料强度及各项性能最佳，因此其断面最小。我们以一9m9m板跨为例，预应力板厚为220mm，现浇空心板厚为250mm，若采用普通实心平板，其厚度将更大，若板的跨度再增大，普通平板方案将很难施行。（2）抗裂性能最佳。由于预应力钢材通过张拉等系列工艺，预先在构件混凝土中施加了压应力，并在构件内部形成与外荷载反向的平衡荷载，因此预应力平板具有较好的抗裂性能，在其全寿命周期内，构件不会产生裂缝。（3）具有较好的耐久性能。由于预应力平板结构有效地避免了裂缝的产生，因此其耐久性能最佳。无粘结预应力平板除了具有上述优点外还具有良好的地震后自动恢复功能等一系列优点。当然无粘结预应力平板结构也存在以下的一些缺点：（1）设计施工较为复杂，专业性较强。目前我国精通预应力设计计算的设计人员极少，相关的设计软件还不太成熟，目前预应力设计仍然以手算为主，同时高水平的预应力施工队伍也较少，因此制约了预应力技术的推广及应用，特别在西部欠发达省市尤为突出。（2）预应力平板造价仍然偏高。预应力平板与普通平板相比虽然具有较好的经济性能，但是与现浇混凝土空心楼盖相比，价格仍然偏高（具体分析见后）。（3）预应力平板制约着结构后期的功能改造。采用无粘结预应力平板结构后，若进行后期的装修改造，则在预应力施工阶段就必须考虑周全。因为曾经发生过多起建筑在后期装修阶段打断无粘结预应力筋，导致被打断的无粘结预应力筋失效的事故，发生此种情况后，其处理起来也相当困难。同时，采用无粘结预应力平板的结构，若后期要进行开洞等改造工作，则必须由专业的预应力公司对涉及的预应力筋进行放张及复张处理。3.现浇混凝土空心楼盖的技术特点现浇混凝土空心楼盖技术是通过在平板内部埋置轻质的内模，达到在增加板的计算高度的情况下，不增加结构的自重，从而最终达到减少钢筋数量，减少混凝土用量，降低工程造价的目的。首创者最初的构想来源于预制空心楼板，后来由于预制空心楼板的一系列缺点，我国的绝大多数地方已经限制使用预制空心楼板，目前预制空心楼板只在农村的一些地方使用。而现浇混凝土空心楼盖有效地克服了预制空心楼盖的缺点，同时具有较好的经济性。现浇混凝土空心楼盖与其它结构相比具有以下优点：（1）综合造价最低。采用该结构体系后，可以减少钢筋、混凝土的总用量，减少基础荷载，降低层高，无需吊顶装饰，加快施工进度，经过多种方案比较，现浇混凝土空心楼盖方案最为经济。（2）设计施工方便。设计按照现浇混凝土空心楼盖结构技术规程（CECS 175:2004）及国家相关规范进行，与普通结构设计相通、相近，可应用现有的结构设计软件完成。与预应力平板设计相比，设计人员理解、接受的过程更快，更简单。同时由于现浇混凝土空心楼盖大多采用无梁或取消次梁，简化了模板安装及钢筋绑扎工艺，虽增加了空心管安装工艺，但由于空心管安装较为简便，因此与梁板结构相比，施工工期仍有较大幅度的缩减，与预应力平板结构相比其施工更方便快捷。（3）适用范围更广。该项技术适用于大跨度、大荷载、大空间的建筑。如：大跨度的住宅楼、办公楼、医院、体育馆、商场、教学楼等，尤其适用于人防顶板。而预应力平板结构由于张拉工艺以及相关特定使用功能的原因，而在使用上受到一定的限制，如在人防结构中无粘结预应力筋就不得参与承载。（4）使用功能改善，空间间隔灵活。现浇混凝土空心楼盖由于结构传力性能的改善，楼盖各处均可承载轻质隔墙，只要计算时按照均布荷载的情况把荷载计算在内即可，这样使得房间任意分割成为可能，从而满足业主对空间大小的个性化需求。而预应力结构必须提前考虑隔墙的位置，并采取相应措施。（5）隔音效果佳。该楼盖采用封闭空腔成孔技术，抑制了上下楼层噪音的传递，克服了上下楼层噪音的干扰，楼盖隔音率大于45分贝。而这个优点是其它楼盖所不具有的。（6）隔热、保温，节能省地。封闭空腔减少了楼板热量的传递，使隔热、保温性能得到显著的提高，对于采用空调的建筑来说，大大降低了空调使用费，从而节约了能源。又由于不设明梁，降低了层高，符合建设部提倡的“节能省地”的产业政策。现浇混凝土空心楼盖除了具有上述优点外，也存在着抗裂性能比无粘结预应力平板差等以下缺点：（1）空心管的制作工艺还有待改善。目前国内空心管的制作绝大多数还是低效率的手工制作，机械化制作还处于摸索和起步阶段，高效、稳定的制管机械还有待于进一步研究。（2）相关设计、制作、施工规范还有待完善。2005年虽然出台了现浇混凝土空心楼盖结构技术规程（CECS 175:2004）以及即将出台的空心楼盖标准图集，但由于为第一次出版，技术规程中对产品的质量、设计、施工要求等均有值得商榷和完善的地方，如空心管的重量方面，有的管径重量与实际相比太轻，而有的又太重，甚至于无法实现，设计方法及节点构造也因人而异，差别较大等等。4.混凝土空心楼盖与预应力平板的经济比较在大跨度的平板结构中（跨度8m），目前国内大多采用现浇混凝土空心楼盖以及无粘结预应力平板这两种结构方案。这两种结构方案的技术特点如上面所述均有各自的优缺点，当板跨度12m或荷载较大时，我们又可以设计成预应力空心楼盖，将两者有机地结合起来，充分发挥各自的优点。无论是现浇混凝土空心楼盖还是无粘结预应力平板，以及预应力空心板均有成功的先例，从技术层面来讲均能达到我国现行规范的要求，但是它们在经济性方面则有所差别，为此我们在相同跨度（板跨度为9m9m，柱子断面为600mm600mm），相同荷载(活载为3.5KN/m2)条件下对两种方案的经济性进行了对比，对比情况如下：（1）无粘结预应力混凝土平板结构：混凝土强度等级为C35，板厚为220mm，恒载为6.5 KN/m2。（2）现浇混凝土空心楼盖结构：混凝土强度等级为C35，空心板厚为250mm，折算板厚为175mm，空心管直径为150mm，恒载为5.78 KN/m2。根据上述设计条件，依据现行的规范我们进行了配筋计算，并按照江苏省04清单指引以及计价表对两种方案进行了经济分析，具体见表1：表1 现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力平板经济比较序号类别材 料单位工程量综合单价合价1空心楼盖方案混凝土250厚C35m3374.748552.86207183.35钢筋吨55.5124844.74268941.21空心管（150mm）m702019133380.00造价合计元609504.55建筑面积m22025.00钢筋含量Kg/ m227.41混凝土含量m3/m20.19单方造价元/m2300.992预应力平板方案混凝土250厚C35m3445.5493.73219956.72钢筋吨48.5014899.75237642.77无粘结预应力筋吨14.3315000214950.00造价合计元672549.49建筑面积m22025钢筋含量Kg/ m223.95混凝土含量m3/m20.22单方造价元/m2332.12从表1可以看出，在上述同等条件下，在满足使用功能的情况下，现浇混凝土空心楼盖与无粘结预应力混凝土平板结构相比要节约30元/m2。（注：表1中空心管费用含材料费、安装费、辅材费以及总包配合费等）5.结语虽然经过我们多个工程实践对比分析，得出在普通荷载情况下，当板跨L为8mL12m时，现浇混凝土空心楼盖最为经济的结论，但是无粘结预应力平板因其独有的优点，也必将在我们今后的工程中得到进一步地应用。同时当板的跨度达到12m以上后，我们可以将预应力技术与现浇混凝土空心楼盖技术有机地结合在一起，创造出别具特色的建筑。