某預(yù)制裝配式房屋地下室頂板結(jié)構(gòu)選型研究

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 滁州 239000)

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者們?cè)絹?lái)越重視對(duì)于地下空間的開(kāi)發(fā)和利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地下室結(jié)構(gòu)成本占工程總造價(jià)成本的25%-30%[1]。本文以某預(yù)制裝配式住宅樓地下車庫(kù)的頂板為背景，對(duì)五種不同的地下室頂板方案進(jìn)行對(duì)比分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師提供一定的參考。

1.工程概況

本工程位于合肥市瑤海區(qū)一住宅小區(qū)，建筑面積24520平方米，地下一層為車庫(kù)和設(shè)備用房，地下室層高4米。抗震設(shè)防烈度為6度，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓0.35kN/m2，地面粗糙度類別為B類，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。

2.結(jié)構(gòu)方案初選

地下室平面軸網(wǎng)尺寸較為工整，標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)尺寸為8.1mX8.1m，縱橫向外包尺寸均為40.5m，橫縱向各取5跨進(jìn)行計(jì)算。將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)作為計(jì)算單元，選擇五種方案進(jìn)行對(duì)比分析。其中方案一：僅設(shè)置框架主梁的厚板；方案二：設(shè)置框架主梁和十字型次梁；方案三：設(shè)置框架主梁和井字形次梁；方案四：設(shè)置密肋樓蓋；方案五：設(shè)置無(wú)梁樓蓋，各方案的布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 各方案的布置簡(jiǎn)圖

以上方案中，普通梁板（方案一、三）采用PKPM軟件中SETWE模塊,密肋樓蓋以及無(wú)梁樓蓋（方案四、五）采用PKPM軟件中有限元模塊slabcad，以及專業(yè)有限元計(jì)算軟件strat進(jìn)行計(jì)算分析，各方案構(gòu)件參數(shù)如表1所示。

表1 各方案構(gòu)件參數(shù)

3.裂縫和撓度分析

通過(guò)PKPM軟件中SETWE模塊和限元模塊slabcad的計(jì)算可得到五種方案結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度數(shù)值[2]，如下表2所示。

表2 各方案撓度和裂縫值（mm）

根據(jù)《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.5條對(duì)裂縫控制規(guī)定，一類環(huán)境中構(gòu)件裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫限制為0.3mm[3]。3.4.3條對(duì)受彎構(gòu)件撓度控制規(guī)定，計(jì)算跨度在L0=7m-9m時(shí)，撓度限制為L(zhǎng)0/250，若梁計(jì)算跨度為7.5m，則撓度限值為30mm。從以上計(jì)算結(jié)果可知，梁板裂縫值最大為方案一（厚板）0.17mm小于限制0.3mm，板撓度較小，可忽略不計(jì)，梁板撓度最大為18mm小于限值30mm。

4.工程量計(jì)算分析

鋼筋混凝土建筑中鋼筋和混凝土工程量直接影響地下室的總造價(jià)是我們研究的重點(diǎn)，以下將從考慮消防車荷載和不考慮消防車荷載兩個(gè)方面[4][5]，對(duì)地下室頂板材料的工程量進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 不考慮消防車荷載的工程量

利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件得到的混凝土和鋼材工程量如下表3所示。

表3 不考慮消防車荷載的鋼筋和混凝土工程量

從用鋼量角度分析，方案四（密肋樓蓋）鋼筋用量最少為75904kg，單位面積用鋼量為45.6kg/m2；方案五（無(wú)梁樓蓋）鋼筋用量最多，單位面積用鋼量為 69.145.6kg/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積用鋼量分別減少 5.8kg/m2、5kg/m2、7kg/m2、23.5kg/m2；方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積鋼筋用量相差不多，可認(rèn)為近似相同。

從混凝土工程角度分析，方案四（密肋樓蓋）混凝土用量依然為最少583m3，單位面積混凝土用量為0.35m3；方案五（無(wú)梁樓蓋）混凝土用量依然最多，單位面積混凝土用量為0.35m3/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積混凝土用量分別減少0.1m3/m2、0.07m3/m2、0.11m3/m2、0.18m3/m2；方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積混凝土用量相差不多，可認(rèn)為近似相同。

4.2 考慮消防車荷載的工程量

利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件得到的混凝土和鋼材工程量如下表4所示。

表4 考慮消防車荷載的鋼筋和混凝土工程量

方案二 1665 89032 28650 2968 120649 72.5 693 0.42方案三 1665 98564 25622 2968 127155 76.4 763 0.46方案四 1665 61558 19609 2920 96406 57.9 583 0.35方案五 1665 0 87106 2919 176144 96.2 879 0.53

從用鋼量角度分析，方案四（密肋樓蓋）鋼筋用量最少為96406kg，單位面積用鋼量為57.9kg/m2；方案五（無(wú)梁樓蓋）鋼筋用量最多，單位面積用鋼量為96.2kg/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積用鋼量分別減少 13.6kg/m2、14.6kg/m2、18.5kg/m2、38.3kg/m2； 方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積混凝土用量相差不多，可認(rèn)為近似相同。

從混凝土工程角度分析，各方案混凝土用量與不考慮消防車荷載工況時(shí)的用量相同。

根據(jù)以上不考慮防車荷載和考慮消防車荷載兩種工況的分析可知，方案四（密肋樓蓋）的鋼筋和混凝土用量都是最少，而方案五（無(wú)梁樓蓋）的鋼筋和混凝土用量都是最多。兩種工況下，混凝土用量相同。

5.結(jié)論

通過(guò)預(yù)制裝配式住宅地下室頂板結(jié)構(gòu)方案的比選可以得到以下結(jié)論：（1）從結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫和撓度限值角度分析，各種方案中梁板實(shí)際限值均滿足要求，各方案差別不大。（2）從構(gòu)件工程梁角度分析，無(wú)論是否考慮消防車荷載方案四（密肋樓蓋）鋼筋和混凝土工程量均為最少，為最佳方案。綜上所述，采用密肋樓蓋不僅滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，且工程量最小，造價(jià)最少，為最優(yōu)方案。