预应力筏板基础在地下结构工程中的应用Word文档下载推荐.docx

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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；

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）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50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