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工程案例 | 有粘结预应力扁梁技术在某框架结构中的应用

 

1、工程概况

现取二层楼面标准跨,柱网8m×9m,江苏开来预应力工程有限公司对其进行预应力方案设计。

                      1.1  标准跨柱网图

2、设计方案

2.1  设计方案制定原则

本工程预应力设计方案遵循以下原则:

在现有技术基础上,用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求,包括安全性、适用性、耐久性。

2.2  设计依据

设计公司提供的结构设计图纸;

《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010

《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012

《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010

2.3  设计软件的选择

原设计单位采用的结构设计软件是PKPM。我司采用的是美国CSI公司开发研制的SAFE软件,它将有限元分析理论完整的应用到结构分析设计理论并形成自己独特的一套系统,是一种分析和设计基础和楼板的强有力的工具。

2.4  设计方案的制定

根据本工程的自身特征,我司针对二层楼面5×5标准跨制定了预应力方案。采用safe有限元软件,将扁梁、板、墙以壳体建模,真实地模拟出实际受力状态。

原设计采用框架梁+次梁结构形式,每跨板中十字形次梁。主梁截面尺寸300mm×900mm,次梁 250mm×600mm,板厚120mm

预应力方案采用扁梁板结构形式,在8m跨加Y向次扁梁,扁梁截面尺寸皆800mm×500mm,板厚120mm

原方案采用的是C35混凝土,预应力方案采用的是C40混凝土,并采用1x7股有粘结钢绞线。

具体可参见表3.1

3、配筋计算

                      3.1  二层楼面各方案配筋对比

 

 

 

4、经济分析

4.1  概述

采用预应力方案后,该楼面的钢筋用量大量减少。

该楼面形式改变及截面尺寸减少,混凝土用量减少,支模难度降低,模板、内外装修等费用也随之降低。

4.2  材料取费原则

依据现行材料市场动向,各材料综合费用取值如下:普通钢筋的综合费用为4250/吨,预应力钢筋综合费用10650/吨;C35混凝土综合费用555/m3C40混凝土综合费用575/m3。此综合费用包括人、材、机、各项规费、管理费以及税金等等,未包括下浮价格以及预应力设计咨询费。

4.3  主材含量对比分析

                4.3  二层楼面各方案的工程量对比

 

   

4.4  造价对比

二层楼面的具体造价对比如表4.4所示

              4.4  二层楼面各方案的造价对比

    

   

                                           4.4  二层楼面各方案造价对比柱状图

4.5  方案建议

由以上分析可得如下结论:

1、建议采用预应力方案,直接造价比普通方案节约7/ m²,且预应力方案的层高小于普通方案(减少层高0.55m)。如果综合考虑由于层高降低和自重减轻所带来的总体抗震成本的降低,则有粘结预应力扁梁结构的土建成本甚至可以比普通砼结构更低。

2、大幅减少空调设备的初始装机投资及运行费用。采用预应力技术,可有效降低建筑层高,建筑外围护结构的面积可以大幅减少,这样可明显降低空调的负荷。随着空调负荷的降低,可以大幅降低空调设备的初始投资与运营成本。由于层高减少,外墙面积与玻璃幕墙面积相应减少13%。这样,室内从围护结构获得的太阳辐射热及由于室内外温差引起的得热均可降低,从而使空调负荷相应降低。据计算,如果外围护结构面积降低13%,则空调负荷可降低8%,这样空调设备的装机容量及运行成本相应可降低8%。该项目建筑面积为15687.22平米,按甲级写字楼每平米空调设备初始投资600元计算,由于层高减少每平米空调设备初始投资可减少8%X600=48元,则合计可减少空调设备初始投资为48*15687.22=75.3万。每年的运行成本可节约120*1.1*8%=10.56/m2。如果空调设备寿命为20年,则在20年内每平米可带来的收益为:10.56*20=211.2/ m2。则20年内因为层高减少而给该项目带来的运营成本降低为211.2*15687.22=331.1万元。以上数据为我公司根据深圳某高层建筑项目的测算数据,本项目可以根据实际数据测算为准。

3、大幅减少围护结构投资。办公建筑普遍采用玻璃幕墙作为外围护结构,其综合造价与建筑层高成正比,压低层高既可等比例压低玻璃幕墙造价。以深圳某项目为例,其办公塔楼总建筑面积为100000平米,玻璃幕墙总面积为36000平米,按每平米综合单价2000元计算,若层高压低13%,则总造价也可压低13%,则合计可节省玻璃幕墙造价36000 *2000*13%=936万。本项目可根据实际测算数据为准。

4、据资料分析,层高平均每降低0.1米,建筑平均综合造价能降低造价2%左右。这是因为层高的降低可以使基础、墙体、柱、内外装修、管线、采暖等工程量减少,从而降低工程造价达到11%以上。

5、因为楼板中长期存在预压应力的有利作用,可以取消繁琐不便的伸缩缝。我司将会在后续设计工作中考虑温度、收缩以及徐变的影响。

6、以上结论为参考意见,请业主根据实际需要进行选择。

 

 

                                      江苏开来预应力工程有限公司

                                               2015-11-15

 

 

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