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调整分项系数对预应力方案和普通砼方案配筋的影响


前言2019年4月1日将对当前《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2001进行修订,修订后的规范将对作用分项系数的取值进行修改,即恒荷载分项系数从1.2调整到1.3,活荷载分项系数1.4调整到1.5,预应力作用分项系数由1.2调整为1.3。本文分别针对预应力结构和普通混凝土结构方案在(30,5)的荷载下就分项系数调整前后的配筋变化进行对比,同时考虑一类及二a类环境下对配筋的影响。

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基本信息

选择某项目地下室顶板5x5跨,跨度为8.1m考虑到防水要求,所以两种方案的最低板厚皆250mm地下室顶板荷载恒载30KN/m2、活载5KN/m2,自重另计。

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结构方案

根据项目的基本条件,采用SAFEPKPM分别计算预应力结构和普通结构方案,确定截面尺寸,如表2.1所示

表2.1 预应力及普通结构方案的截面尺寸


后文即按此结构布置来探讨预应力和普通结构两种方案在系数调整前后的区别,主要体现在内力、配筋、工程量及造价四个方面。二a类环境下验算裂缝,预应力结构最大裂缝控制等级为0.1mm,普通砼结构为0.2mm。一类环境下验算裂缝,预应力结构最大裂缝控制等级为0.2mm,普通砼结构为0.3mm

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调整分项系数对预应力结构设计的影响

3.1 分项系数提高对预应力结构内力的影响

预应模型跨中板带在调整系数前后的弯矩值,如图3.1和3.2所示


图3.1 跨中板带(调整前)

图3.2 跨中板带(调整后)

选取跨中板带、柱上板带及扁梁的主要控制截面处的弯矩及轴力,统计对比如下:

表3.1 预应力结构内力对比

根据表3.1的数据可知,分项系数的提高会导致对内力都会有不同幅度的增加。具体以计算得出的配筋来对比分析。

3.2 分项系数提高对预应力结构配筋的影响

3.2.1 预应力最大裂缝限值0.1mm

a类环境,根据内力结果计算,预应力扁梁配置预应力筋3-3Φs15.2,跨中板带3-3Φs15.2,柱上板带2-3Φs15.2,板通长筋为双层双向C10@200,局部附加,具体配筋详见表3.2.1

表3.2.1 预应力结构配筋对比

从表3.2.1的数据中可以看出:跨中板带的跨中和支座的钢筋均按构造要求,配筋不变;柱上板带跨中按构造要求配筋,不变,支座受裂缝因素影响有附加,配筋不变;梁跨中的配筋受裂缝因素影响,配筋不变,梁支座的配筋按构造要求,不变。

3.2.2 预应力最大裂缝限值0.2mm

一类环境下,根据内力结果计算,预应力扁梁3-3Φs15.2,跨中板带2-3Φs15.2,柱上板带1-3Φs15.2,板通长筋为双层双向C10@200,局部附加,具体配筋详见表3.2.2

表3.2.2 预应力结构配筋对比

从上表的数据中可以看出:跨中板带的跨中钢筋计算面积增幅约8%,支座增幅约6.7%;柱上板带支座增幅约4.2%;梁的配筋按构造要求,不变。虽然各个控制截面的计算配筋面积有所增幅,但实际配筋基本没有变化。

3.3 分项系数调整前后的预应力结构工程量对比

根据实际配筋计算工程量,二a类环境(0.1mm)及一类环境(0.2mm)下的工程量统计对比分别如表3.3.1及3.3.2所示。

表3.3.1 预应力结构工程量对比(0.1mm)

表3.3.2 预应力结构工程量对比(0.2mm)

3.4 分项系数调整前后的预应力结构造价对比

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。C35砼含税综合单价640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。预应力钢筋综合费用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。

分项系数的调整对预应力方案的造价无影响,二a类环境(0.1mm)及一类环境(0.2mm)下的具体造价统计对比分别如表3.4.1及3.4.2所示。

表3.4.1 预应力结构造价对比(0.1mm)

表3.4.2 预应力结构造价对比(0.2mm)

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调整分项系数对普通砼结构方案的影响

4.1 pkpm主次梁板结构荷载组合

图4.1.1 现行标准荷载组合

图4.1.2 新标准荷载组合

4.2 主次梁板结构板配筋对比

4.2.1 PKPM计算板钢筋面积对比


图4.2.1 主次梁板结构板配筋(调整前)

图4.2.2 主次梁板结构板配筋(调整后)

由图4.2.1和图4.2.2我们可知,分项系数的调整仅对板支座处的计算钢筋面积有一点影响,增幅约1.5%

4.2.2 普通砼结构方案实际配筋面积对比

由于板受强度配筋控制,不受裂缝影响,故两种环境下的配筋相同。板通长筋为双层双向C12@200,局部附加,具体配筋详见表4.2.2所示。由表4.2.2的数据中可以看出,分项系数的调整对普通砼结构方案的实配板筋没有影响。

表4.2.2 主次梁板结构板配筋对比

4.3 主次梁板结构梁配筋对比

PKPM得出的梁强度配筋计算面积对比如下图所示,括号内的数据为调整前的强度计算配筋面积:


图4.3 主次梁板结构梁强度配筋

由图4.3可知,分项系数的调整对主次梁板结构梁支座的影响不一,有的36增到37,有的62增到64,跨中计算钢筋面积增幅在4.4%左右。

再分别根据0.2mm(二a类)、0.3mm(一类)的最大裂缝宽度要求进行验算,得出最终实配钢筋面积,详表4.3.1及4.3.2。

表4.3.1 普通结构方案梁配筋对比(0.2mm)

表4.3.2 普通结构方案梁配筋对比(0.3mm)

从表4.3.1及表4.3.2的数据可以看出,在每种裂缝限值的情况下,系数调整前后的配筋都没有变化。但裂缝限值从0.2mm变为0.3mm,其支座配筋由11C32降低为13C25,这是由于支座受裂缝控制影响较大。

4.4 主次梁板结构工程量对比

根据实际配筋计算工程量,统计对比如表4.4.1及表4.4.2

表4.4.1 主次梁板结构工程量对比(0.2mm)

表4.4.2 主次梁板结构工程量对比(0.3mm)

4.5 主次梁板结构造价对比

表4.5.1 主次梁板结构造价对比(0.2mm)

表4.5.2 主次梁板结构造价对比(0.3mm)

根据表4.5.14.5.2的造价统计数据可知,分项系数的调整对普通方案的造价无影响,且二a类环境下的造价比一类环境下的造价多18.2/m2

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预应力方案和普通方案造价对比

分项系数调整前后的预应力结构方案与普通结构方案的造价具体如图5.1所示。

图5.1 系数调整前后方案造价对比

由上图可知,二a类环境下,预应力扁梁板结构调整系数前的造价比主次梁楼板结构的造价节省125.6/m2,调整后亦节省125.6/m2;一类环境下,预应力扁梁板结构调整系数前的造价比主次梁楼板结构的造价节省139.4/m2,调整后亦节省139.4/m2

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结论

综上,在本次的地下室顶板模型中,得出以下结论:

1)分项系数的提高会导致内力都会有不同幅度的增加。

2)分别在一类、二a类环境下,分项系数的调整对预应力方案梁板的实际配筋皆没有影响,这是由于构造要求及裂缝控制的原因。且二a类环境下,其造价比一类环境多32元/m2。

3)普通砼结构分项系数的调整对板支座处计算钢筋面积有影响,增幅约1.5%。对梁支座的影响不一,跨中计算钢筋面积增幅在4.4%左右。虽然计算钢筋面积有所增幅,但由于实配钢筋具有工程操作性,一般会略大于计算配筋面积,故实际配筋没有变化。

4)普通砼结构二a类环境下的造价比一类环境多18.2元/m2,仅梁支座受裂缝控制。

5)预应力方案及普通砼方案在同种环境下,分项系数调整前后其各自的造价皆不变。二a类环境下,分项系数调整前预应力扁梁板的造价比主次梁楼板的造价节省125.6元/m2,调整后节省造价相同。一类环境下,分项系数调整前预应力扁梁板的造价比主次梁楼板的造价节省139.4元/m2,调整后节省造价相同。



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