大跨度混凝土楼盖设计方案分析.pdf

：大跨度混凝土楼盖设计方案分析收稿日期：作者简介：谢波（），男，工程师，从事结构设计工作谢波（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 ）摘要：针对某大跨度混凝土楼盖的设计问题，提出了两种楼盖结构布置方案，方案一为钢筋混凝土楼盖结构；方案二为预应力混凝土楼盖结构。经计算分析，并对两种设计方案抗震性能、梁裂缝和挠度、柱配筋及结构材料用量与造价进行了对比。对比结果表明：预应力混凝土楼盖结构的受力更加合理，且建造成本相对较低。关键词：楼盖；预应力混凝土；设计分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（）楼盖作为建筑结构中的主要承重体系，不仅是支承竖向荷载和传递水平荷载的主要构件，而且是影响土建造价的主要因素 。楼盖结构类型丰富，按结构形式分为有梁楼盖和无梁楼盖，无梁楼盖较有梁楼盖美观平整，但板的厚度较大，材料用量较多，造价较高。按施工工艺分为装配式、装配整体式和现浇式。装配式楼盖施工简单、造价低，但整体性差；装配整体式楼盖较装配式楼盖，整体性好、造价略高。现浇式楼盖整体性和受力性能最优，但模板用量多，施工复杂，应用广泛。按是否施加预应力分为普通钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖。普通钢筋混凝土楼盖施工简单方便，但变形和抗裂性能相对较差。预应力混凝土楼盖梁板截面较小，总造价低，跨度较大时综合成本较低。本文针对某大跨度实验报告厅，综合荷载分布、结构布置等因素，提出两种可行的楼盖结构布置方案，分别是普通钢筋混凝土井字梁楼盖和有粘结预应力混凝土楼盖，利用 软件对两种不同楼盖结构进行计算分析，对比混凝土用量、钢筋用量、构件尺寸、内力、变形和造价等技术经济指标，选出最优方案。工程概况某 层（局部为 层）实验报告厅，抗震设防烈度为度（），场地类别类。报告厅纵向尺寸为 ，纵向柱距 ；横向尺寸为 ，横向柱距 ，；层层高 ，层层高 。楼盖方案选择在楼盖受力构件布置时，提出两种布置方案。方案一：普通钢筋混凝土井字梁楼盖该方案中各构件材料强度基本信息见表 。表 方案一结构构件材料强度等级构件类型梁柱板混凝土 钢筋 各层框架梁、框架柱截面大小及布置形式见图 。?在图 中，标高 处及标高 处未标注井字梁截面大小均为 ，未标注板厚均为 。井字楼盖长跨与短跨之比 ；梁与梁之间的距离不大于 。方案二：有粘结预应力混凝土梁楼盖该方 案 中 各 构 件 材 料 强 度 基 本 信 息 如 表 所示。第 卷 第 期年 月山西建筑 表 方案一结构构件材料强度等级构件类型梁钢筋混凝土梁预应力混凝土梁柱板混凝土 普通钢筋 预应力筋 高强低松弛钢绞线注：高强低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值 ，抗拉强度设计值 。各层框架梁、框架柱截面大小及布置形式见图 。?设计分析 抗震性能对比根据建筑功能要求按照 建筑结构荷载规范进行荷载布置，按 度（）多遇地震进行整体结构计算分析。根据 输出计算结果，普通钢筋混凝土井字梁楼盖和有粘结预应力混凝土楼盖整体结构主要的前 阶周期和振型见表 ，地震基本信息见表 。其中 表示横向，表示纵向。表 结构前 阶周期及振型振型号周期 方案一方案二平动系数（）方案一方案二扭转系数方案一方案二 表 度多遇地震下结构地震信息层号层高集中质量 方案一方案二楼层剪力 方案一方案二层间位移 方案一方案二 方案一与方案二两种结构体系的各项抗震指标（质量比、侧向刚度、受剪承载力、层间位移角等）均满足现行规范要求。由表 ，表 可知，方案一的集中质量明显大于方案二，层，层，层分别高出 ，；方案一横向、纵向的楼层剪力均大于方案二，其中，横向层间剪力 层，层，层方案一分别大于方案二 ，纵向层间剪力 层，层，层方案一分别大于方案二 ，。可见，在满足规范要求的前提下，钢筋混凝土井字楼盖结构体系所分配的地震力明显大于预应力混凝土楼盖结构体系。由表 可以得出，方案一与方案二在横向、纵向各层的层间位移相差不大。两种方案梁的裂缝与挠度对比分析根据 混凝土结构设计规范相关规定，钢筋混凝土受弯构件的最大挠度及最大裂缝宽度应按荷载的准永久值，并考虑荷载长期作用的影响进行计算；预应力混凝土受弯构件的最大挠度及最大裂缝宽度应按荷载的标准值，并考虑荷载长期作用的影响进行计算。计算时，裂缝控制等级为三级。方案一：普通钢筋混凝土井字楼盖第二层最大裂缝宽度 ，第三层最大裂缝宽度 。挠度按照 混凝土结构工程施工质量验收规范规定，起拱高度取跨度的 。第二 层 最 大 挠 度 ，第三层最大挠度 ，均满足要求。方案二：预应力混凝土楼盖第二层最大裂缝宽度 ，第三层最大裂缝宽度 第 卷 第 期年 月山西建筑 。在不起拱的情况下，第二层最大挠度 ，第三层最大挠度 ，均满足要求。由此可见，预应力筋对控制裂缝和减小挠度效果显著。两种方案柱配筋对比为了比较不同楼盖形式对框架柱的受力及配筋的影响，两种方案柱均采用相同的混凝土强度等级和相同的截面。利用 软件进行整体结构分析，求解各主要承重构件的内力值。经计算，普通钢筋混凝土井字楼盖结构各层柱配筋及柱轴压比见图 ，预应力混凝土楼盖结构各层柱配筋及柱轴压比见图 。?从图 ，图 可以看出，框架柱在同一楼层、同一位置 ，向配筋，预应力混凝土楼盖结构体系均小于普通钢筋混凝土楼盖结构体系。同时，方案二柱轴压比也小于方案一。由此可以说明，大跨度楼盖结构采用预应力混凝土结构形式可有效地减小柱的受力及配筋。不同结构方案的技术经济比较针对上述普通钢筋混凝土井字楼盖结构模型和预应力混凝土楼盖结构模型，采用 进行普通混凝土结构的计算；采用 “预应力混凝土结构二维设计”对预应力混凝土结构进行计算。经计算，方案二中预应力混凝土梁中需配置预应力筋 （，）。工程量对比分析经计算，普通钢筋混凝土井字楼盖结构和预应力混凝土楼盖结构各层各构件混凝土及钢筋工程量分别见表，表 。表 方案一工程量统计层号混凝土 梁柱板钢筋 梁柱板预应力筋梁 合计 第 卷 第 期年 月 谢波：大跨度混凝土楼盖设计方案分析表 方案二工程量统计层号混凝土 梁柱板钢筋 梁柱板预应力筋 梁 合计 从表 ，表 可以看出，方案二较方案一混凝土及钢筋的用量小，混凝土用量降低了 ，钢筋用量降低了 ，主要由于方案二中 层、层楼盖梁混凝土及钢筋工程量较方案一显著降低，方案二中柱钢筋量较方案一也有减小。由此可见，采用预应力混凝土楼盖结构比普通钢筋混凝土井字形楼盖更经济。综合经济技术比较分析两种不同楼盖结构的各项经济指标对比见表 ，在表 中，各种材料的单方造价（只含直接费）如下：混凝土 元 ，普通钢筋 元 ，有粘结预应力筋 元 。由表 可知，只考虑材料直接费用，方案二单方造价较方案一可节约 元，方案一材料费用为方案二的 倍。由此可见，设计方案二在结构受力及经济造价方面均优于方案一。表 方案一与方案二的经济比较项目混凝土 钢筋 预应力筋 合计 元单方差价（元）方案一 方案二 差值 单价 元 差价 注：单方价差 总价差 总建筑面积，预应力筋的价格包括锚具、波纹管、施工费用。结论）大跨预应力混凝土楼盖结构各楼层质量及地震力均小于普通钢筋混凝土井字形楼盖结构，整体抗震性能优于普通钢筋混凝土井字形楼盖结构。）预应力筋配置对控制裂缝和减小挠度作用显著。）采用预应力混凝土楼盖结构可有效地减小柱的受力及配筋。）从材料直接费角度，大跨预应力混凝土楼盖结构造价低于普通钢筋混凝土井字形楼盖结构，更经济合理。参考文献：雷博大跨度楼盖结构选型设计与分析 武汉：武汉工程大学，魏明兴 基于经济性能的大跨度多功能厅结构方案选型的比较研究 西安：西安建筑科技大学，蔡东 混凝土大跨度井式楼盖结构方案的技术经济比较 重庆：重庆大学，（，）：，；，：；第 卷 第 期年 月山西建筑