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地下车库 · 技术文章

柱荷载大抗冲切验算不够,加了预应力能取消柱墩吗?

不能。预应力对抗冲切是有限幅度的有利作用,冲切验算还得按规范一项一项做;柱墩、局部加厚和抗冲切钢筋留不留,看验算结果,跟加没加预应力没有关系。BICP银泰建构处理这类工况的顺序是:先把板厚定下来,把冲切、抗弯、抗剪算透,再讨论构造怎么调。前提是柱网、板厚和柱荷载都清楚,缺一项就判断不了。

作者:BICP银泰建构
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适用场景

地下车库技术文章抗冲切、柱墩、预应力筏板、冲切验算、地下车库顶板、平托板
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导语

最常见的误判,是把“预应力对抗冲切有帮助”读成“预应力可以顶掉抗冲切构造”。中间隔着整套计算。预应力路线确实能把筏板做薄,但薄下来的部分是系统比选之后的验算结论,节点上的构造不会因为张拉了预应力就消失。

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适合哪些项目

  • 适合:柱荷载大、冲切控制的基础底板或楼盖,板厚、柱网、柱帽形式还有调整余地;同时有超长、抗裂抗渗、减少挖深或抗浮上的需求,预应力本身还能带来别的好处。
  • 不适合:柱荷载集中在少数柱上、板厚已经压到下限、冲切缺口明显超出预应力能覆盖的幅度,这类项目不宜把预应力当成省掉柱墩的手段。
  • 需要先确认:柱网与板厚、柱荷载标准值及组合、现有的冲切验算结果、设计阶段和设计院已有方案;抗震设防、人防或消防工况;地下水位与抗浮条件。
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预应力在冲切里能做多少

柱对筏板的冲切,是柱周边一圈混凝土沿锥面被顶穿。挡着它的是混凝土沿临界截面的抗拉能力,以及配进去的抗冲切钢筋。预应力从三处帮得上忙:曲线束在破坏面上有竖向分力,方向与冲切力相反;预压力把混凝土压得更紧,斜裂缝不容易开、也不容易发展;张拉之后基底反力的分布也会更匀一些,板边缘的反力跟着降。

帮助有边界,原因有三层。

规范公式里没有这一项。 筏板抗冲切的规范公式只算混凝土的作用,没有把预应力竖向合力和钢筋作用计进去;混凝土规范的公式考虑预应力对斜裂缝的阻滞,但没有算竖向合力。设计阶段按规范公式逐项算,预应力的好处要单独论证,并且留出安全余量。

改善幅度只到某一档。 银泰建构做过一个地下车库预应力加强带平板的方案测算,预压力让冲切承载力提高了20%。这是一次方案测算里的有限一档,柱荷载再大一些、板再厚一些,缺口就可能超过这一档,构造该配还得配,配多少由验算给。

预应力自己也有限制。 预压应力有上下限,资料引用的规程要求混凝土平均预压应力不宜小于1.0N/mm²、不宜大于3.5N/mm²。想靠不断加大预应力把冲切承载力顶上去,加到头也换不掉构造。

还有一个容易漏掉的现象:板越厚,预应力对反力的调节作用越小。同样的预应力水平下,500mm、750mm、1000mm三种板厚的筏板,板边缘地基反力的减小幅度依次是28.3%、16.3%、9.6%。柱荷载大通常就意味板厚大,这时候更不该指望预应力来省构造。

预应力筏板能把厚度减下来1/3~1/4,这个减薄成立的条件,是冲切、抗弯、抗剪逐项验算都过。

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板厚和冲切构造按什么顺序定

  1. 先定板厚。平板式筏基不小于500mm,梁板式筏板的底板不小于400mm,这是下限;经验上可以按每层50mm往上估,估出来的厚度仍要回到下限和验算上核。按受弯承载力和裂缝宽度算出的最大配筋率不宜大于1%,如果普遍偏大,说明板厚不够,回头加厚。
  2. 把抗冲切、抗弯、抗剪分开验算,一项一项过。冲切还要算上临界截面重心处不平衡弯矩带来的附加剪力,边柱和角柱的冲切力分别乘1.1和1.2。
  3. 冲切不够,先配抗冲切钢筋,箍筋或弯起钢筋,配完重算。
  4. 还差,柱顶设平托板,再算一遍。
  5. 还差,平托板加柱帽,同时配抗冲切钢筋,再算。算下来富余仍然不够,先动板厚、柱帽形式或柱网,用预应力抵这部分抵不出来。

预应力在这套流程里的位置,一是方案比选中的一条路线,二是验算时单独论证的那部分有利作用,五步顺序本身不因它改变。可比的路线不止一条:普通钢筋混凝土、预应力混凝土、钢结构和组合体系,各有适合自己的条件。比的时候看同等功能下的板厚与挖深、冲切构造的数量和形式、净高、材料总量、工序与工期、全寿命成本。这些比较得落到具体项目上,柱网和荷载一换,排序就会变。

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哪些柱墩必须留,哪些可以按验算调

工况 冲切构造怎么处理 判断依据
柱荷载大,板厚已到500mm下限 保留柱墩、局部加厚或抗冲切钢筋 板厚减不动了,预应力的改善幅度覆盖不了缺口
边柱、角柱 不放松,按验算配 冲切力乘1.1、1.2;角部地基反力大、内力大,普通钢筋要多配或局部加厚
地下车库顶板这类有消防车或人防工况的楼盖 预应力筋数量不动,增加非预应力筋;仍不够再加截面高度 偶遇荷载按承载力校核,不按裂缝和变形控制
板厚在1000mm级 不靠预应力调节反力 同样预应力下,边缘反力只减小9.6%
方案阶段把柱网、板厚、柱帽形式整体比过,验算通过 可以减掉或调整个别柱墩 结论来自验算结果

基础底板按实际荷载组合验算;地下车库顶板那种两阶段做法(先按常规活载定板厚和配筋,再用消防车或人防荷载校核承载力)不搬到基础底板上用。

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项目经验说明了什么

某会展中心项目,预应力方案是400/500mm筏板配400×1000mm肋梁,同一部位的非预应力方案要600/650mm筏板配500×1500mm肋梁。两相比较,基础挖深少了0.5米,混凝土用量减少约30%,普通钢筋用量约减少35%,费用省下120余万元,工期缩短35天。厚度能减下来,靠的是系统验算之后的方案比选,节点上的抗冲切构造一处没省。

鑫荣懋冷链(深圳)已经建成,业主是鑫荣懋集团股份有限公司。项目用的是预应力宽扁梁,跟传统框架梁板比,层高省下约500mm;跟无梁楼盖比,柱头冲切风险更易控制,顺利通过审查。冷库选型时,柱头冲切要放进比较项一起算,不能等施工图再补。

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参考依据

  • 某会展中心项目:预应力筏板与非预应力筏板的方案比选及实施结果
  • 鑫荣懋冷链(深圳):预应力宽扁梁方案的选型与审查通过经验
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常见问题

Q1 无梁楼盖的柱节点,判断逻辑一样吗?

一样。板柱节点的冲切道理相通,从配抗冲切钢筋到平托板再到柱帽,这个逐级加构造、每加一级重算的顺序照样用。不同的地方是楼盖还要应付不平衡弯矩和抗震,冷库这类大荷载项目,柱头形式得和货架布置放在一起看。

Q2 预应力筋都集中在柱轴线上,是不是对抗冲切最有利?

沿柱轴线集中放,对板柱节点的抗冲切是有好处的;集中过了头,跨中承受的等效线荷载会变大,预拉区容易开裂。布筋要在节点和跨中之间取得平衡,按柱上板带与跨中板带分开分配。

柱荷载大、冲切算不够的项目,先把验算做透,再谈构造能不能减。把柱网、板厚、柱荷载和手上已有的冲切验算结果发过来,我们的工程师帮您看哪些柱墩能调、哪些得留。

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