武穴铜锣湾29#地下室顶板
                                                              ——有粘结预应力无梁楼盖结构设计与施工

一、工程概况
    本工程位于湖北省黄冈市武穴市19号路与刊江大道交叉口东南侧，总建筑面积为413144.06平方米。由绿盟（北京）国际工程设计有限公司设计，江苏开来预应力工程有限公司负责预应力设计与施工。
    预应力范围包含29#、30#、31#地下室顶板，23#楼一、二层楼面，金街24#~28#悬挑梁，23#三、四、屋面层大框架梁。并涵盖了预应力无粱楼盖、预应力扁梁板结构、预应力大框架梁等预应力技术。其中，29#地下室顶板采用了有粘结预应力无梁楼盖结构。本篇则先来介绍一下其分别在设计、施工、经济性方面的情况。

 图1.1 武穴铜锣湾广场平面图（图方框标记代表目前已设计范围）

二、预应力设计
2.1 基本设计概况
    铜锣湾广场29#住宅区域，设计面积为3.15万平米。地下室顶板柱网尺寸以8.1mx8.4m（7.8m）为主，柱尺寸为600mmx600mm。顶板覆土1米，活载为5KN/m²，消防车荷载有20KN/m²、15KN/m²、10KN/m²等，局部附加荷载。

图2.1 顶板平面模型

    本地库顶板采用有粘结预应力无梁楼盖结构技术。材料选择：1x7股有粘结钢绞线（基本参数为As=140mm²；fptk=1860MPa），普通钢筋为三级钢（fy=360Mpa），混凝土强度C40。

2.2 确定截面尺寸
    本项目最初前期方案设计是在2019年，正式设计于2020年，此期间国内地下车库的无梁楼盖发生了不少质量事故。一时间人心惶惶，甚至行业内出现了抵制无梁楼盖结构的声音。我公司认为：无梁楼盖结构本身有其存在的意义，依旧适用于工程项目，在与有粘结预应力技术结合以后，只要在设计及施工上严格把关，有更优越的结构性能和经济优势。
    而无梁楼盖结构，最重要的就是冲切问题。先按经验值确定初步的柱帽尺寸及板厚，在考虑了柱对柱帽的冲切及柱帽对板的冲切后，则可确定好最终截面尺寸。同时，本项目在冲切问题上也综合考虑了预应力对其的作用。最终确定：地下室顶板板厚为250mm、280mm、300mm，柱帽平面尺寸主要有2800mmx2800mm、2500mmx2500mm，柱帽扣除板厚后的厚度有350mm、400mm、500mm及250mm。后开始建立有限元模型，如下图所示。

图2.2.1 顶板有限元结构三维模型

    待估算完预应力筋数量后，则可运用公司前处理软件技术，将预应力筋导入结构有限元模型中，并进行运算。详见下图2.2.2及图2.2.3所示。

图2.2.2 预应力筋导入车库结构有限元模型

图2.2.3 运算后的车库结构变形图

    根据运算后的内力结果，再运用公司的后处理软件技术，进行普通钢筋配筋，再对正常使用极限状态进行验算，最终完成结构施工图的绘制。

图2.2.4 预应力结构设计图（其一）

三、施工方面
    由于是无梁楼盖结构，且是预应力结构，我公司抓施工质量更为严格。除了前期对无梁楼盖图纸进行了更为详细的二次深化，对施工员就无梁楼盖重要设计点进行交底，以及施工员对施工质量的自检外，在施工过程中，公司积极不断地组织设计部与质检部相关人员到武穴铜锣湾广场进行技术指导和质量督查。而后再由施工员请业主、监理等单位进行验收。

图3.1 地下室顶板预应力铺束

图3.2 柱帽处预应力筋铺束详图

图3.3 铜锣湾广场29#地下室顶板现场分区图

图3.4 公司组织验收记录表

    另外，为避免温度变化及混凝土收缩对地下车库顶板结构的不利影响，本项目在实际施工时则采用了“一种地下车库的裂缝控制的临时结构”(ZL202022255523.4)的养护措施技术，以控制温度裂缝。实践证明：采用此技术，顶板无肉眼可见的裂缝。

图3.5 拆模后的无梁楼盖结构

四、经济性
    本项目在设计之初，有另一家预应力公司进行方案竞争。对方设计的是传统的无粘结预应力无梁楼盖结构，我公司采用了专利的有粘结预应力无梁楼盖结构。最终经过专家评审和经济对比，我公司获得了业主的认可。当时的经济对比数据如下：

表4.1 地下室顶板工程量对比

    依据当时当地的建筑工程消耗量平均标准，各材料全费用综合单价取值如下：钢筋含税综合单价6000元/吨，砼顶板梁含税综合单价660元/m³，模板含税综合单价90元/m²。

表4.2 地下室顶板造价对比

    由上可知：采用我公司的有粘结预应力技术，每平米亦可节约成本80.95元。29#地下室预应力设计施工范围面积为1.895万平米，最终顶板节约成本153.4万。

五、结语
    虽然无梁楼盖结构在经济性上占据独特的优势，但由于目前很多单位对无梁楼盖的受力仍然停留在“无粘结、等代框架”等传统观念上，导致这样设计的结果反而不占优势。但若在设计上引入有限元技术，在施工上采用有粘结预应力技术，无梁楼盖结构依旧可以在确保安全的前提下取得经济性优势。
    当然，我公司在设计上发明了一套专门针对有粘结预应力无梁楼盖的有限元设计方法，用自研的软件以精确的建模方式模拟最为接近真实结构的受力情况，可保证设计成果既安全又经济。另外，针对超长结构的温度和收缩应力过大导致不经济的设计结果，我公司研发了一种新的算法，用来计算弹塑性、非线性的温度收缩应力，并在诸多地下车库工程中加以应用，目前取得了非常好的使用效果和经济效益。