某智能交通綜合測(cè)試基地大跨度架空廣場(chǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周海榮

0 引言

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代建筑的功能需求也越來(lái)越多樣化。部分公共建筑如展覽館、會(huì)議廳、行車(chē)道等為滿足使用功能的要求，在柱網(wǎng)的布置上兩個(gè)方向的柱距經(jīng)常會(huì)相差較大，即一個(gè)方向?yàn)槌Ｒ?guī)柱間距，另一方向的柱間距經(jīng)常大于18m，形成單向大跨度框架結(jié)構(gòu)。而單向密肋梁沿長(zhǎng)向布置，作為次梁與作為支承的短向框架主梁整體現(xiàn)澆，形成大跨度單向密勒樓蓋。本工程單向密勒梁向兩側(cè)各延伸一跨，形成連續(xù)梁，通過(guò)施工起拱等措施，有效解決了大跨度單向密勒梁的受力、變形等問(wèn)題。

1 工程概況

本工程位于無(wú)錫市山水東路與清源路交叉口東北側(cè)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括五層控制中心大樓及地下室、二層架空廣場(chǎng)及兩棟三層配套辦公樓?？偨ㄖ娣e控制中心大樓、二層架空廣場(chǎng)及兩棟三層配套辦公樓（二期建設(shè)）地下室連為一體作為車(chē)庫(kù)使用，上部結(jié)構(gòu)均嵌固于地下室頂板，嵌固層以上各棟樓之間設(shè)100mm 寬抗震縫分開(kāi)。結(jié)構(gòu)平面布置如圖1。

圖1 架空廣場(chǎng)單向密肋梁實(shí)景圖

2 設(shè)計(jì)輸入條件

設(shè)計(jì)使用年限50 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防類(lèi)別丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)，反應(yīng)譜特征周期0.35s，基本風(fēng)壓W=0.45 kN/m(重現(xiàn)期50 年)，地面粗糙度B 類(lèi)。

五層控制中心大樓及2 棟三層辦公樓（預(yù)留為二期建設(shè)）均為多層框架結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為框架三級(jí)。

地下車(chē)庫(kù)：框架三級(jí)。

二層架空廣場(chǎng)，高度4.850m，其下為車(chē)輛測(cè)試區(qū)域。短向共3 跨，分別為8.4m，25.2m，6.3m，長(zhǎng)向共7 跨，跨度均為8.4m。短向中間跨跨度25.2m>18m，屬于單向大跨度框架結(jié)構(gòu)，大跨度框架部分框架二級(jí)，其余部分框架三級(jí)。因測(cè)試車(chē)輛的高度要求，其上架空廣場(chǎng)梁高限高，沿長(zhǎng)向跨度25.2m，各專業(yè)溝通下來(lái)，梁高只能做到1000mm 高，結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖2 所示。

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置

本工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。

3 地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、抗浮設(shè)計(jì)、后澆帶、加強(qiáng)帶

本工程依據(jù)地勘單位提供的勘察報(bào)告資料，基礎(chǔ)采用天然地基筏板基礎(chǔ)（下柱墩），以第 2 層粘土層為持力層,天然地基承載力特征值為230KPa。

因無(wú)錫市地下水位較高，純地下室部分需要考慮抗浮，根據(jù)地勘建議及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，本工程采用抗拔樁抗浮，抗拔樁采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁。

因兩棟三層配套辦公樓地上部分預(yù)留為二期建設(shè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，承壓工況按上部三層辦公荷載計(jì)算；抗浮按地下室及頂板上覆土厚度1m 的重量（建筑定案提資）+抗拔樁設(shè)計(jì)（因地上建筑分期建設(shè)，故抗浮設(shè)計(jì)未考慮上部三層辦公樓的荷載）。

因地下結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，約150m×160m，采用每隔30～40m 設(shè)置一道后澆帶及后澆加強(qiáng)帶相結(jié)合的方式來(lái)抵抗溫度應(yīng)力帶來(lái)的不利作用，確保結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土能在合理范圍內(nèi)收縮變形，不破壞結(jié)構(gòu)安全。帶內(nèi)采用高一等級(jí)微膨脹混凝土澆筑，并要求施工采用低收縮混凝土材料，采取跳倉(cāng)澆筑，加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)。后澆帶、加強(qiáng)帶自基礎(chǔ)到地庫(kù)頂板均設(shè)

4 架空廣場(chǎng)大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

4.1 大跨度結(jié)構(gòu)方案選型

對(duì)于大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（跨度超過(guò)18m），一般采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土梁板結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆鋼筋混凝土井字梁或密肋梁結(jié)構(gòu)等幾種形式。

對(duì)于本工程而言，長(zhǎng)短跨跨度比為25.2/8.4=3，跨度較大，呈單向受力狀態(tài)；且本工程屬于架空廣場(chǎng)，需考慮行人、小型車(chē)輛行駛荷載及綠化荷載，荷載較大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并不適合，因而本工程不宜采用。

因梁高受限跨高比較大，變形撓度較大，若采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁能有效減小梁撓度、控制梁裂縫。但預(yù)應(yīng)力梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40，本工程其他部位的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35，錨具外側(cè)要設(shè)混凝土保護(hù)層，對(duì)所設(shè)的后澆混凝土護(hù)梁、護(hù)墩或槽口也要加強(qiáng)構(gòu)造處理，施工過(guò)于復(fù)雜，且對(duì)業(yè)主方來(lái)說(shuō)，對(duì)施工招標(biāo)時(shí)需顧及預(yù)應(yīng)力施工資質(zhì)及經(jīng)驗(yàn)，施工周期可能會(huì)延長(zhǎng)，成本較大，一般不會(huì)把預(yù)應(yīng)力梁作為首選。和業(yè)主溝通后，考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的施工、計(jì)算及構(gòu)造等復(fù)雜性，綜合考慮之后，決定放棄這一方案。

對(duì)于一個(gè)方向大跨度，另外一個(gè)方向標(biāo)準(zhǔn)跨度，采用單向密肋次梁的結(jié)構(gòu)布置方案已非常成熟。單向密肋梁：通常沿平面短跨方向進(jìn)行梁等間距布置，可根據(jù)跨度及荷載大小調(diào)整梁截面尺寸或梁間距。每根大跨梁分擔(dān)荷載小，梁彎矩可控，通過(guò)大跨梁將荷載傳遞至標(biāo)準(zhǔn)跨，受力合理。對(duì)于本工程而言，跨度比較大（25.2m），長(zhǎng)短跨跨度比為25.2/8.4=3，呈單向受力狀態(tài)，因而采用了現(xiàn)澆混凝土單向密肋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 單向密肋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單向密肋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）大跨度輕荷載；（2）形成連續(xù)梁；（3）控制合理的梁截面；（4）跨中配置一定數(shù)量的貫通鋼筋；（5）施工預(yù)起拱等。

由于大跨度梁彎矩與跨度的平方成正比，在跨度不變的情況下減輕荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的共識(shí)。本工程屬于架空廣場(chǎng)，需考慮行人、車(chē)輛行駛荷載及建筑綠化等荷載，與業(yè)主及建筑專業(yè)溝通后，形成以下共識(shí)：限制車(chē)輛行駛荷載，僅允許小型車(chē)輛駛?cè)?；建筑找坡、保護(hù)層等均采用了輕質(zhì)混凝土及綠化荷載采用輕質(zhì)土。以上措施減輕了荷載，也能有效控制梁端彎矩。連續(xù)梁方案可有效降低大跨度結(jié)構(gòu)跨中彎矩，強(qiáng)度設(shè)計(jì)更易實(shí)現(xiàn)，撓度、裂縫更容易控制，為優(yōu)選方案。本工程大跨方向共三跨，中間大跨密肋梁延伸至兩邊邊跨，形成連續(xù)梁，梁截面不變。本工程梁高受限，大跨梁只能做到1 000mm 高，通過(guò)調(diào)整梁寬，梁間距來(lái)控制梁彎矩及配筋在一個(gè)合理范圍內(nèi)。在跨中配置相當(dāng)數(shù)量的貫通筋，也可降低梁跨中混凝土受壓區(qū)高度，增加構(gòu)件延性，梁高也容易控制。采用施工預(yù)起拱。以上方法有效解決了中間大跨變形撓度較大的問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算分析，最終結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)布置

柱截面長(zhǎng)邊沿梁主跨方向，密肋梁間隔1.4m 布置一道。見(jiàn)圖3。

圖3 單向密肋梁結(jié)構(gòu)平面布置

4.3 單向密肋梁受力及變形分析

整體結(jié)構(gòu)計(jì)算及構(gòu)件配筋采用北京盈建科軟件有限責(zé)任公司編制的YJK（3.1.0）計(jì)算軟件分析。

單向密肋梁結(jié)構(gòu)：密肋梁負(fù)荷面積、線剛度(EI/L)相同，樓板呈單曲面變形；支承大跨密肋梁的框架梁，受扭明顯，尤其梁端跨跨中彎矩、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力較大，應(yīng)加強(qiáng)抗扭措施，通過(guò)加寬加高梁截面（700mm×1 500mm），滿足設(shè)計(jì)要求且不影響使用。與密肋大梁相連的邊跨密肋梁，因連續(xù)梁支座處彎矩值較大，梁截面與大跨密肋梁相同（400mm×1 000mm），也能適當(dāng)降低大跨梁的撓度值，邊跨密肋梁根據(jù)計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)反拱，梁頂鋼筋應(yīng)按抗拉要求拉通布置。邊跨密肋梁支座按照固結(jié)輸入，由軟件根據(jù)主次梁支座實(shí)際剛度和變形來(lái)進(jìn)行應(yīng)力分配計(jì)算。邊框梁作為邊跨密肋梁的支座，截面也不宜過(guò)?。?00mm×1 200mm），且應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》受力及抗扭要求。

圖4 單向密肋梁撓度計(jì)算結(jié)果（撓度最大值約140mm）

按以上截面及布置，密肋梁及主框梁強(qiáng)度及配筋均在合理范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求；支座處裂縫最大0.29mm，不超過(guò)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015 年版）》（GB50010-2010）規(guī)定值0.3mm，滿足規(guī)范要求；大跨密肋梁變形較大，跨中最大撓度約140mm（如圖3 所示），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定值l0/300=25 200/300=84mm,因此，設(shè)計(jì)要求按照施工規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（附條文說(shuō)明）》（GB50204-2015）的要求預(yù)起拱且預(yù)起拱高度不得小于跨度的3/1 000。明確要求大跨度梁，預(yù)起拱高度不得小于80mm，滿足施工規(guī)范的要求，且最終撓度值為140-80=60mm，小于混凝土規(guī)范規(guī)定的l0/300=84mm，滿足要求。

4.4 施工過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

目前大跨度樓蓋應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，但也不乏有關(guān)大跨度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題的情況發(fā)生，因而可以說(shuō)大跨度結(jié)構(gòu)仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在施工時(shí)應(yīng)提高警惕，做好安全質(zhì)量管控，將設(shè)計(jì)圖紙保質(zhì)保量施工完畢。

除了常規(guī)施工問(wèn)題以外，對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)要特別和鋼筋班組強(qiáng)調(diào)鋼筋連續(xù)的重要性，另外，為了減少大跨度樓蓋區(qū)域梁的撓度，可適當(dāng)增大該區(qū)域梁的起拱值，按照施工規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（附條文說(shuō)明）》的要求,梁起拱值取為3/1 000。在施工時(shí)因?yàn)槠鸸爸蹬c其他區(qū)域不同，需與木工班組特別說(shuō)明，并在支模時(shí)做好監(jiān)督檢查。

5 結(jié)論

本工程二層架空廣場(chǎng)為單向大跨度樓蓋，另一方向?yàn)檎？缍龋鶕?jù)跨度比呈單向受力狀態(tài)，通過(guò)結(jié)構(gòu)方案比較，綜合考慮結(jié)構(gòu)傳力合理、受力及變形的控制、施工的便利性等情況，最終選擇了單向密肋梁屋蓋結(jié)構(gòu)形式，但同時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的施工構(gòu)造措施，以保證工程的順利實(shí)施。

對(duì)大跨度樓蓋的下部鋼筋必須連續(xù)，不得打斷搭接。支座起拱處的上部鋼筋應(yīng)按抗拉錨固，且跨中梁頂應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的貫通鋼筋，以增加構(gòu)件的延性。施工前應(yīng)做好鋼筋班組的技術(shù)交底，鋼筋綁扎過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。

對(duì)大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)要充分利用預(yù)起拱等構(gòu)造措施來(lái)減少其起拱值。當(dāng)起拱值與常規(guī)區(qū)域不同時(shí)，需與木工班組特別說(shuō)明，并在支模時(shí)監(jiān)督檢查。

目前，該項(xiàng)目已施工完畢并竣工驗(yàn)收，一切良好。