预应力筏板基础在地下结构工程中的应用

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1、预应力筏板基础在地下结构工程中的应用北京银泰建预应力工程有限公司总经理许曙东做主题报告随着国家经济、社会发展的步伐越来越快，城镇化进程也在快速推进，这就使得土地资源越来越稀缺，城市热岛效应、臭氧空洞不断扩大，城市环境破坏问题日益加剧。而地下空间的开发，能耗低，不影响地面功能和绿化，抗震性能和抗灾害能力强，适宜做为地下商业、车库和人防工程，因此地下空间开发相对地面空间有着更显著的优势。在城市开发中，高层建筑尤其是大底盘基础筏板较厚，通常为1~3米，甚至达到4米，钢筋和混凝土用量巨大。同时，预应力技术已经广泛应用于房屋建筑、工业建筑和桥梁工程中。预应

2、力主要就是在结构的受拉区域中人为引入受压概念，以减少荷载作用下变形或裂缝（见图1，2）。a 普通混凝土在荷载作用下开裂b 荷载未施加前预应力张拉反拱c 预应力张拉之后荷载作用变形示意图1 预应力技术原理图2 普通钢筋与预应力钢筋的应力-应变曲线对照预应力技术具有三大优势，即降低造价、改善建筑性能、实现可持续发展。降低造价主要体现在，预应力结构比普通混凝土总造价节省10%~20%，其中节省混凝土25%，节省钢筋65%。对建筑功能的改善表现在8个方面：①使用高强材料,提高了材料效率；②实现更大的跨高比；③结构变形得到控制；④结构抗裂性能好、耐久性提高

3、；⑤建筑结构层高降低或净空增加；⑥自重降低，地震荷载或风载下配筋降低；⑦自重降低，挖深减少、基础设计更经济；⑧隔声效果优于普通混凝土结构。可持续发展的优势，主要表现在大幅度降低了普通钢筋和混凝土材料的用量；碳排放减少（以平板结构为例，见表1）；后期维护费用降低，因裂缝减少、结构变形挠度降低、防腐维护成本降预应力混凝土筏板基础是一种新型的结构体系，是通过预应力钢绞线的张拉和锚固，在基础筏板内建立一定的预压应力。在基础筏板中引入预应力技术，能产生显著效应(见图3，4）。图3 普通结构预应力与基础筏板预应力线型比较图4 基础筏板中预应力抗冲切作用示意1

4、）通过对筏板或肋梁施加预应力以调整基底的反力分布（尤其对基底反力不均匀的大底盘基础）。2）通过预应力平衡部分基底反力，以减薄筏板厚度30%左右，节约大量普通钢筋和混凝土用量。3)使筏板混凝土处于受压状态以提高抗裂、抗渗性能，提升混凝土结构耐久性。4)缓解结构双向超长带来的混凝土收缩应力和温度应力问题。5)缓解柱周筏板的冲切作用，提高筏板的抗冲切能力以减少筏板厚度。6)减少挖深，减轻结构自重，提高结构整体抗浮能力。预应力基础分为预应力条形基础、预应力箱型基础和预应力筏板基础，其中筏板基础又分为平板式和梁板式（见图5～8）。预应力基础发源于20世纪5

5、0年代的美国，1965年在第一个工程中得到应用。在北美地区，基础中预应力钢筋用量已超过全部预应力钢筋用量的50%。图5 肋梁式预应力基础图6 平板式预应力基础图7 轻载工业厂房预应力基础图8 重载预应力筏板基础我国从上世纪80年代末期开始预应力筏板基础的研究和工程应用，在上海、成都、北京、长沙、苏州等地的一些工程中已经得到应用（见图9），不过国内科研院所参与到预应力基础筏板研究的并不多，无论从工程应用还是设计分析、理论研究上与北美地区相比，均存在较大差距。a 泰安会展中心效果b 预应力筏板基础图9 泰安会展中心预应力筏板基础应用总体来看，预应力技

6、术的潜能在建筑结构领域中并没有得到充分发挥，很多情况下采用预应力结构原本是一个更具优势的解决方案，但往往却选择了更传统的非预应力解决方案。这种情况同样适用于预应力筏板基础应用领域，而且差距更大。当前我国预应力筏板基础的理论研究远远落后于工程实践，还未形成完整的设计理论和设计方法，工程技术界对预应力基础的认识还很欠缺。随着城镇化步伐的加快，高层建筑越来越多，地下空间开发项目也越来越多，体量越来越大，为减少能耗、提升建筑性能，推广应用预应力筏板基础具有良好的经济效益和社会效益。文/北京银泰建预应力工程有限公司 许曙东