一、导言：

　　预应力混凝土适用于大跨、重载结构。

　　大跨采用预应力混凝土结构已经被工程界普遍接受，三十年以来随着技术的发展，预应力混凝土的应用已经从简单的构件、静定结构，迅速发展到以对整体结构施加预应力为特点的超静定结构。譬如，在房屋建筑方面，形成预应力框架结构体系、预应力平板结构体系、预应力转换层结构体系、预应力空间结构体系等等。同时，预应力技术也拓展到特种结构、钢结构等等。

　　重载采用预应力技术并未取得共识，尤其在荷载比较大的地下车库顶板、底板、物流仓库、地下综合管廊、水池、抗拔桩等，这些结构构件承受的荷载是平常荷载的几十倍，甚至上百倍，目前普遍的设计方法是用混凝土加大截面，增加钢筋满足裂缝要求，或者用型钢混凝土来解决，这样的结构设计是浪费的，极不经济。

　　预应力混凝土是解决大跨、重载最有效、最经济的结构方案，没有之一。跨度越大、荷载越大，用预应力混凝土结构就越节省，这应该成为工程界的一个普遍共识。

　　遗憾的是，由于种种原因，这十年以来，预应力技术被业主普遍拒绝，只有在没有办法的情况下(跨度大)才会去使用，如果跨度小能不用就尽量不用。这不得不说是陷入了一个认知误区。

　　二、工程概况：

　　本文拟以我公司的一个实例来说明预应力技术的优势。

　　如图1.1所示，该地下车库为四层地下室，原方案已经通过设计审图。

　　顶板覆土厚度1.5米，跨度8.4米。原设计顶板为加腋大板形式，板厚250mm;地下二至四层为空心板楼盖形式，板厚280mm;底板为筏板形式，厚度600mm，满布抗拔锚杆。

　　图1 结构方案布置图

　　本方案截取以上蓝色框内的部分作为方案设计的基础。

　　三、顶板设计：

　　1、原方案梁截面尺寸为400*900mm，顶板厚度250mm，采用加腋大板，目的是降低板的负弯矩区的配筋。这种结构形式在南方有很多应用，作者至今都没有想明白为什么这个方案会被业主采纳。虽然降低了一些负弯矩钢筋，但是模板费用、工期的增加是很显然的。

图2 加腋大板节点图

　　2、预应力方案采用我公司开发的“有粘结预应力扁梁大板”方案。梁截面尺寸为800*550mm和800*600mm(局部堆土4.5米)，板厚250mm。

　　3、设计分析过程：

　　(1)建立模型：

图3 顶板三维布置图

　　(2)变形图：

　　变形图不允许出现任何尖峰，也就是变形必须是连续的，不能有突变。这是检验几何模型是否正确的重点。

图4 变形图

图5 三维变形图

　　(3)顶板内力：

图6 M11

图7 M22

　(4)配筋计算：

　　根据后处理软件，自动生成预应力筋，计算出配筋包络。

　　板钢筋：双层双向拉通C10@200，支座附加筋主要以C16@100、C14@100，梁钢筋：中顶筋主要为4C25，下部通长筋主要为2C20+(2C12)，箍筋C8@100/200，支座5C20为主

图8 顶板预应力筋

　　(5)成本分析：

　　A、计价基础：

　　依据深圳市建筑工程消耗量标准，各材料综合费用取值如下：

　　钢筋(12～14)含税综合单价6500元/吨，

　　钢筋(16～25)含税综合单价6300元/吨,

　　钢筋(>25)含税综合单价6200元/吨。

　　C30砼含税综合单价620元/m3。

　　C40砼顶板梁含税综合单价680元/m3。

　　模板含税综合单价75元/m2。

　　900mm*900mm*200mm带肋钢网镂综合单价120元/个。

　　预应力综合费用15000元/吨。此综合费用包括人、材、机、各项规费、管理费以及税金等等,未包括下浮价格以及预应力设计咨询费。

　　B、原加腋大板方案：

　　其中钢筋按照面积折算成(kg/m2)，混凝土按照面积折算成(m3/m2)，模板按照面积这算折算成(m2/m2),造价单位为(元/m2)。

　　C、预应力方案：

　　D、造价对比：

　　根据定额和当前的市场价，预应力方案较加腋大板方案节省125元/m2，地下车库顶板面积为4.06万平米，实际节省507.5万元。

　　(9)实际施工图片:

　　(10)顶板结论：

　　A、加腋大板是按照有限元进行计算，因此较常规的钢筋混凝土梁板结构更经济。而顶板采用有粘结预应力扁梁大板结构，比加腋大板结构具有明显的经济造价优势和施工工期优势。

　　B、有粘结预应力扁梁大板结构可以降低层高300mm，此高度对造价的影响并未在此方案中体现。

　　C、在考虑地震作用的塔楼附加地下室顶板，应优先考虑有粘结预应力扁梁大板方案，该方案是目前国内最优的结构方案。

　　D、合理的设计方案，还要结合高质量的有限元分析，经本公司研究，将顶板、扁梁按照壳体建模，内力结果与ansys实体模型对比几乎没有误差。

　　E、依据我公司多个项目的工程设计经验，精确建模、按照应力云图进行准确的板带划分、合理地计算配筋和裂缝控制，是结构有限元分析得失成败的关键技术。

　　(未完待续)