混凝土大跨度井梁楼盖结构方案的技术经济比较.pdf

第4 期 2 0 o 6 年4 月 广东 土木 与建 筑 GUANGDON G ARCHI TE C T URE C I VI L ENGI N EE RI NG N o 4 A P R 2 0 o 6 混凝土大跨度井梁楼盖结构方案的技术经济比较 蔡东 1 ( 1 、 广东建设职业技术 学院 广 州5 1 0 4 5 0 ； 邓浩 2 、 广东省建筑科学研究院 广州 5 1 0 5 0 0 ) 摘要 ： 混凝 土大跨度 楼盖结构方案的经济性 除与跨度 、 建筑功能要求 、 施 工等因素相 关外 。 还取 决于结构楼面 荷栽的大小， 文 中对 1 2 mx l 2 m柱网的井梁楼盖采用普 通混凝土结构与预应力结构 的方案进行技术经济比较 。 关键词 ： 大跨度 井梁楼盖 ；结构方案 ；经济比较 l 引言 楼盖作为建筑结构中的主要承重构件之一 。 其 造价约 占土建总造价的 2 0 3 0 且该比例随房屋 层数的增加而逐渐增大 。 钢筋混凝土高层建筑楼盖 自重约 占总 自重的 5 0 一 6 o 。 钢筋混凝土楼盖结构 的不同形式 ， 不仅直接影响到结构的受力与变形 ， 还 对工程造价 、 施工难度 、 工期 、 建筑隔声隔热 、 室内采 光和建筑效果等产生一定影 响。同时 ， 在不 同场合 下 ， 选择经济合理的楼盖结构形式 ， 对于保证建筑物 的承载力 、 刚度、 耐久性 ， 以及提高抗风 、 抗震性能具 有重要作用。因此 ， 研究楼盖体系的经济技术指标 。 对初步设计中选取经济合理 的结构体系相当重要 可带来明显的经济和社会效益。 大跨度混凝土楼盖的主要结构形式有井式楼盖、 密肋楼盖， 以及预应力混凝土主次梁楼盖、 井式楼盖 和密肋楼盖等。关于钢筋混凝土楼盖的经济技术性 分析 ， 目前国内已取得众多的科研成果 。 并在工程实 践 中得到应用。 文献 2 研究的大跨度预应力混凝土次梁楼盖结 构，其布置方案与传统的大跨度预应力主梁体 系正 好相反 ， 即“ 以小跨为主梁 ， 大跨为次梁” ， 承重框架 沿纵 向小跨度布置 ， 承重框架梁因跨度较小和 内力 不大 ， 故一般采用非预应力结构 ， 而横向大跨度则布 置预应力次梁。 华南理工大学的研究人员对 6 mx 6 m。 9 m x 9 m和 1 2 mx l 2 m这 3种跨度条件下各种楼盖结构体系的 经济技术指标进行 了比较 ， 认为从造价上看当活载 较小时 ， 6 m和 9 m跨度下各种楼盖体系造价的排列 次序相同， 从低到高依次为单向肋梁楼盖、 井字梁楼 盖和扁梁楼盖、 无梁楼盖、 塑料模壳双向密肋楼盖、 无 6 粘结预应力平板楼盖 ； 在 1 2 m跨度下。 除无梁楼盖和 扁梁楼盖的次序颠倒外 。 其它则次序不变。 文献 7 通过对不 同跨度 ( 6 mx 6 m一 1 5 mx l 5 m) 下 实际工程中使用最多的几种楼盖结构体系在活荷载 为3 k N m z 的情况下进行计算分析。 给出了各楼盖结 构体系在不同跨度下的材料用量 、 造价 、 结构高度 、 裂缝 、 挠度等技术经济指标。 归纳上述研究成果的观点， 一般认为： 楼盖结 构体系的优化关系到工程项 目的经济效益 ， 除造价外 真正起决定作用的是综合经济指标和使用功能， 而 工期 、 技术等因素都直接影响楼盖体系的经济性 ， 必 须从力学 、 造价 、 使用功能和施工等方面进行综合比 较和权衡利弊， 才能选出最好的结构体系； 若柱网 小于 9 0 rex 9 0 m，则普通钢筋混凝土楼盖较为经济 ； 若柱 网大于 1 5 0 mx l 5 0 m， 则预应力结构较为经济 ； 中等柱网结构则视建筑要求和荷载情况确定 ， 这些 结论对初步设计中正确选择经济合理的楼盖体 系具 有现实意义； 井式楼盖在钢筋混凝土楼盖的各种 经济技术分析比较中均属于较优的结构类型。 本文在现有钢筋混凝土楼盖结构体系经济技术 比较研究成果的基础上 。 集 中对 1 2 mx l 2 m柱网情况 下普通混凝土与预应力井梁楼盖的经济技术性进行 比较。由于以往研究成果表明该柱网尺寸的结构可 采用钢筋混凝土结构或预应力结构 。 故实际工程中 两种情况同时存在 。 主要取决于建筑功能使用要求 和施工条件等因素， 如结构楼面活荷载较大， 则通常 会偏向于选择预应力结构方案。本文通过对不同荷 载等级下 。 1 2 mx l 2 m柱 网的普通混凝土与预应力混 凝土井式楼盖的经济技术 比较 ， 给出设计选型的指 导意见 。 并通过具体工程实例分析 ， 说 明预应力混凝 土井式楼盖的经济性和施工中需要解决的问题 。 维普资讯 http:/ 2 o o 6 年4 月 第4 期 蔡东 等： 混 凝土大 跨度井 梁楼盖 结构方 案的 技术经济比 较 A P R 2 0 0 6 N o 4 2 不同结构方案下井式梁楼盖的技术经济比较 3 深圳顺仓物流中心工程实例 实际工程结构通常体型较大且平面不规整 ， 为 便于经济分析 比较 ， 现建立一个简化的分析模型 平 面为纵 向 7跨 、 横向 3跨 ， 跨度均为 1 2 m， 各跨内按 4 m 间隔设置井字梁 ， 结构 3层 ， 层高 4 2 m， 如图 l 所示。结构计算基本参数为： 基本风压0 6 5 k N m ， 地面粗糙度为 B级 ， 抗震设防烈度为 7度 ， 设计地 震分组为第一组 ( 0 1 g ) ， 场地类别 2类 ， 框架抗震等 级二级 ， 周期折减系数 0 7 。采用 P K P M 的 S A T WE、 P R E C 1程序分别进行普通混凝土结构和预应力混 凝土结构计算， 楼面恒载取3 5 k N m ， 活载分别取 5 ， 1 0 ， 1 5 k N m 。 l 1 m l w 1 I l n 图 1结构平面图 在预应力结构方案中， 为减少预应力损失 ， 通常 将预应力筋张拉段程度控制在约 4 0 m，本结构方案 对 比计算中， 按纵 、 横各 3跨计算 ， 即横向 3跨两端 张拉， 纵向 轴、 轴各为一张拉段， 轴补偿张拉。 2 1 综合经济技术 比较 普通混凝土结构和预应力结构分别采用 C 3 0和 C 4 0混凝土 在不同荷载等级下进行结构价差比较。 2 2 各荷载等级下的经济性对 比结果 在柱网1 2 m x l 2 m的情况下，井字梁楼盖不 同结构方案的经济性与荷载大小有关 。随着荷载的 增大 ， 预应力结构方案的经济优势逐渐显现 ； 当荷载偏大时， 主次梁预应力结构优于主梁 预应力结构 ： 在结构层高不受设备管线安装限制的情况 下 ， 若荷载不大 ， 则建议采用普通混凝土结构方案 ； 若荷载较大( 活荷载 7 k N m 2 ) ， 则建议采用预应力 结构方案。主梁预应力结构方案中的主次梁的高差 最小 。 在中等荷载情况下构造相对简单， 经济性也较 好 ， 是较合适的选择。 3 1 结构设计与优化 本工程楼高 6 层 ， 结构平面为 1 0 8 m( L ) x 5 2 m( D) ， 总建筑面积 3 5万 i n 以上 ， 平均层高约 5 m， 采用钢 筋混凝土框架结构。 本工程的主要特点是楼层高和活载大， 首 、 2层 活载分别为5 0 ， 3 0 k N m ， 配合建筑功能要求， 最终确 定基本柱网尺寸为 1 2 mx l 0 6 m。 按照 G B 5 o 0 l 0 2 o 0 2 混凝土结构设计规范 要求 ， 裂缝控制等级为三级 ， 缈0 2 m m， 2 6层及屋面层框架梁采用有粘结扁 锚预应力混凝土结构 ， 井字次梁采用无粘结预应力 混凝土结构 。主次梁预应力度均按 7 0 进行设计。 预应力筋采用 1 8 6 0级高强低松弛钢铰线 ， 张拉控制 应力 0 7 5 ，通过 P K P M系列软件和后张预应力混 凝土设计软件分析 ， 本工程采用高效预应力技术具 有 以下优点 ： ( 1 )减少钢筋和混凝土用量 ， 降低结构高度。 2层主梁截面高度 比普通混凝土结构方案各减 小 2 0 0 m m， 分别为 7 0 0 x 1 0 5 0和 6 0 0 x 9 0 0 ； 3 、 4层主梁 截面为 6 0 0 x l 0 0 0 、 6 0 0 x 8 0 0 。在节约混凝土用量的同 时。 每层节约层高 2 0 0 ra m， 即共节约 1 2 m 的结构高 度 。 综合经济效益明显。表 3为某柱网混凝土和钢 筋用量的 比较结果 ， 按 3 5万 m 计算 ， 直接经济效 益达 1 2 6 7万元 ， 间接效益则约为 6 0万元。 表 1 两种结构方案 的混凝土和钢 筋用量 比较 项 目 混凝土 纵筋 箍筋 预应力筋 非预应力方案 预应力方案 差 量 单价 差价( 元) 2 7 5 8 m 5 2 5 4 9 k g 1 4 8 8 k g 一 一 2 2 6 4 m 3 2 2 4 4 k g 1 2 7 2 6 k g 6 5 0 k g + 4 9 4 m3 + 2 0 3 0 5 k g + 2 1 5 4 k g - 6 5 0 k g 5 0 0 m 3 4 8 g 4 8 元 k g 1 3 5 k g 2 4 7 0 9 7 4 6 4 1 0 3 3 9 8 7 7 5 合计( e m ) ( 2 4 7 0 + 9 7 4 6 4 + 1 0 3 3 9 - 8 7 7 5 ) + 1 0 3 + 1 2 = 3 6 2 ( 2 )提高结构耐久性。 本工程结构超长而又未设伸缩缝 ， 故混凝土后 期收缩和徐变可能导致开裂， 从而降低结构耐久性， 通过施加预应力可大幅提高结构抗裂性能 ， 从而延 长使用寿命。 由于框架主梁宜采用有粘结预应力技术 ， 兼顾 结构方案的经济性 ， 故宜选用预应力扁锚施工工艺 ， 它 比圆锚体系有更大的有效高度 ， 可保证 良好的结构 延性和经济性。设计 中框架梁分别配有 4 x 3 0 。 1 5 2 4 、 7 维普资讯 http:/ 2 O 0 6 年4 月 第4 期 广东 土 木与建筑 A P R 2 O 0 6 N o 4 4 4 l 5 2 4不等的预应力筋，采用 3孑 L 或 4孔扁锚 结构不设伸缩缝 ， 仅在纵 向设 置 1条膨胀后浇带将 结构分为左右两个施工区， 左段在 轴张拉， 右 段在 轴张拉， 最后在 轴之间单跨张拉的 预应力搭接方式， 这时需要在轴右边和轴左边 都设置后浇带 ， 其构造大样如图 2所示 l L L L L L L l l l l l l l l 厂 厂 厂 厂 r_ r_ 厂 厂 厂 厂 图 2预应力筋搭接示意图 3 2 施工难点控制 ( 1 )预应力筋在梁柱节点处的处理 由于预应力筋在 轴之问搭接张拉 造成梁 柱节点上非预应力筋与预应力扁管交叉布置 上下 共 6排， 加上箍筋等其它钢筋 的影响 节点构造复杂 施工难度较大。施工 中既要保证预应力筋 的标高和 水平顺直 ， 又要保证非预应力筋的绑扎质量 以及混 凝土浇捣密实 ， 为此施工前必须对此节点进行二次 深化设计或放样 ( 2 )预应力扁锚的放置 由于预应力扁锚张拉端需 留设 1 5 0 2 0 0 ram的 空 间才可进行 张拉作业 ， 4孔扁锚单排放置时无法 解决这个矛盾 ， 为此在尽可能保证预应力筋有效高 度和预应力筋平顺的前提下 ， 将 4孔扁锚分成 2排 放置， 调整柱筋和水平箍筋的间距 ， 预应力筋张拉端 定 位如 图 3 所 示 8 拉 端 图 3预应力筋张拉端定位示意图 4结 语 对于 1 2 m 1 2 m柱网， 当活载较大时 采用预应 力井字梁混凝土楼盖是较为经济 的 本工程采用主 梁预应力和次梁非预应力的方案也是可以考虑的 由于本工程活载过大( 最大处为3 0 k N m 2 ， 不计底层) 故采用了主梁有粘结预应力筋 、 井字次梁无粘结预 应力 筋 的方 案 尽管预应力结构方案较经济 但设计时预应力 筋 的计算必须与构造设计 紧密结合 ， 否则将无法使 计算指标得以实现。预应力设计应坚持在设计单位 的统一协调下专业设计和专业施工 只有设计 与施 工充分沟通协调 ， 设计意图才能得以实现 施工才能 顺 利进 行 。 本工程经经济技术分析 ， 以及设计 、 施工 、 业主 的多方协调 采用 了高效预应力井字梁楼盖结构形 式 ， 节约了大量的钢材和混凝土 有效减轻 了结构 自 重 ， 降低 了结构高度 ， 体现 了现代建筑节能和经济的 特 点 参考文献 1 米健 ， 王晓波 ， 崔苗深圳会议展览 中心 预应 力设 计 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 3 ( 4 ) 2 唐祖全大跨度 预应力 混凝土 次梁楼盖 结构体 系 D 重庆建筑大学 ， 1 9 9 0 3 陶学康 无 粘结 预应力混凝土设计与施工 M 北京 ： 地 震 出版社 1 9 9 3 4 G B 5 0 0 0 9 2 0 0 2 建筑结构荷载规范 S 5 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 3 混凝土结构设计规范 S 6 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 建筑抗震设计规范 S 7 王晓丹 楼盖结构体系在不 同跨度下 的技术经济 比较 D 大连理工大学， 2 0 0 5 8 吕志涛 ， 盂少平现代预应 力设 计 M 北京 ： 中国建 筑工业出版社 1 9 9 8 维普资讯 http:/