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地下车库结构设计如何节省2000万?(一)

一、导言:


预应力混凝土适用于大跨、重载结构。


大跨采用预应力混凝土结构已经被工程界普遍接受,三十年以来随着技术的发展,预应力混凝土的应用已经从简单的构件、静定结构,迅速发展到以对整体结构施加预应力为特点的超静定结构。譬如,在房屋建筑方面,形成预应力框架结构体系、预应力平板结构体系、预应力转换层结构体系、预应力空间结构体系等等。同时,预应力技术也拓展到特种结构、钢结构等等。


重载采用预应力技术并未取得共识,尤其在荷载比较大的地下车库顶板、底板、物流仓库、地下综合管廊、水池、抗拔桩等,这些结构构件承受的荷载是平常荷载的几十倍,甚至上百倍,目前普遍的设计方法是用混凝土加大截面,增加钢筋满足裂缝要求,或者用型钢混凝土来解决,这样的结构设计是浪费的,极不经济。


预应力混凝土是解决大跨、重载最有效、最经济的结构方案,没有之一。跨度越大、荷载越大,用预应力混凝土结构就越节省,这应该成为工程界的一个普遍共识。


遗憾的是,由于种种原因,这十年以来,预应力技术被业主普遍拒绝,只有在没有办法的情况下(跨度大)才会去使用,如果跨度小能不用就尽量不用。这不得不说是陷入了一个认知误区。


二、工程概况:


本文拟以我公司的一个实例来说明预应力技术的优势。


如图1.1所示,该地下车库为四层地下室,原方案已经通过设计审图。


顶板覆土厚度1.5米,跨度8.4米。

原设计顶板为加腋大板形式,板厚250mm;

地下二至四层为空心板楼盖形式,板厚280mm;

底板为筏板形式,厚度600mm,水浮力设计值230KN/m2,满布抗拔锚杆。


图1、结构方案布置图


本方案截取以上蓝色框内的部分作为方案设计的基础。


三、顶板设计:


1、原方案梁截面尺寸为400*900mm,顶板厚度250mm,采用加腋大板,目的是降低板的负弯矩区的配筋。这种结构形式在南方有很多应用,作者至今都没有想明白为什么这个方案会被业主采纳。虽然降低了一些负弯矩钢筋,但是模板费用、工期的增加是很显然的。


图2、加腋大板节点图

2、预应力方案采用我公司开发的“有粘结预应力扁梁大板”方案。梁截面尺寸为800*550mm和800*600mm(局部堆土4.5米),板厚250mm。


3、设计分析过程:


(1)建立模型:墙、板和梁均采用壳体单元建模,单元基本尺寸0.6m。


图3、顶板平面模型

图4、顶板三维布置图


(2)施加荷载:



图5、顶板恒载


图6、顶板活载


(3)变形图:


变形图不允许出现任何尖峰,也就是变形必须是连续的,不能有突变。这是检验几何模型是否正确的重点。


图7、D+L变形图


图7.1 D+L三维变形图


(4)顶板内力:


图8、M11


图9、M22


(5)划分板带:


根据生成的应力云图,进行板带划分,由我公司开发的前处理软件自动生成。


图10、X向板带划分


图11、Y向板带划分


(6)设计内力:


该包络图由我公司开发的前处理软件自动生成。



图12、弯矩包络图


图13、轴力包络图


(7)配筋计算:


根据后处理软件,自动生成预应力筋,计算出配筋包络。


板钢筋:双层双向拉通C10@200,支座附加筋主要以C16@100、C14@100,梁钢筋:中顶筋主要为4C25,下部通长筋主要为2C20+(2C12),箍筋C8@100/200,支座5C20为主


图14、顶板预应力筋

(8)成本分析:


A、计价基础:


依据深圳市建筑工程消耗量标准,各材料综合费用取值如下:

钢筋(12~14)含税综合单价6500元/吨,

钢筋(16~25)含税综合单价6300元/吨,

钢筋(>25)含税综合单价6200元/吨。


C30砼含税综合单价620元/m3。

C40砼顶板梁含税综合单价680元/m3。

模板含税综合单价75元/m2。

900mm*900mm*200mm带肋钢网镂综合单价120元/个。


预应力综合费用15000元/吨。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。


B、原加腋大板方案:


其中钢筋按照面积折算成(kg/m2),混凝土按照面积折算成(m3/m2),模板按照面积这算折算成(m2/m2),造价单位为(元/m2)。


面积 钢筋 混凝土 模板 合计
1630 71.4 0.35 1.2 -
造价 456.4 228.15 90 774.5


C、预应力方案:



面积 钢筋 混凝土 模板 预应力 合计
1630 38.7 0.32 1.31 5.67 -
造价 248.6 217.6 98.25 85.05
649.5



D、造价对比:


根据定额和当前的市场价,预应力方案较加腋大板方案节省125元/m2,地下车库顶板面积为4.06万平米,实际节省507.5万元。


(9)实际施工图片:






15、顶板预应力施工


(10)顶板结论:


A、加腋大板是按照有限元进行计算,因此较常规的钢筋混凝土梁板结构更经济。而顶板采用有粘结预应力扁梁大板结构,比加腋大板结构具有明显的经济造价优势和施工工期优势。


B、有粘结预应力扁梁大板结构可以降低层高300mm,此高度对造价的影响并未在此方案中体现。


C、在考虑地震作用的塔楼附加地下室顶板,应优先考虑有粘结预应力扁梁大板方案,该方案是目前国内最优的结构方案。


D、合理的设计方案,还要结合高质量的有限元分析,经本公司研究,将顶板、扁梁按照壳体建模,内力结果与ansys实体模型对比几乎没有误差。


E、依据我公司多个项目的工程设计经验,精确建模、按照应力云图进行准确的板带划分、合理地计算配筋和裂缝控制,是结构有限元分析得失成败的关键技术。


(未完待续)

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