地下車庫頂板預應力及普通混凝土方案的技術經(jīng)濟比較
地下車庫頂板預應力及普通混凝土方案的技術經(jīng)濟比較
陳繁榮
摘要：本文對地下室車庫頂板的三種結構布置：普通混凝土主次方案、梁板預應力方案、平板預應力方案進行技術分析及經(jīng)濟比較。
關鍵詞：普通混凝土主次梁、梁板預應力、平板預應力、柱帽。
某地下車庫為超長結構(外包尺寸為143.65m×144.2m)，主要柱網(wǎng)有8.4m×9m，8.4m×8.7m等，地下室頂板結構原設計為普通鋼筋混凝土結構(主、次梁結構)。由于結構超長、柱網(wǎng)較大、且頂板的覆土荷載較大，考慮到預應力混凝土結構適用于重載、大跨、超長結構，對于本工程的地下室頂板采用預應力混凝土結構(可采用梁板預應力方案或平板預應力方案)有可能取得較好的效果。
為進一步說明問題，對本地下室頂板結構設計的三種方案進行技術經(jīng)濟比較。比較時選取一有代表性的標準柱距范圍進行。
一.三種方案(普通混凝土方案、梁板預應力方案、平板預應力方案)簡介
1.普通混凝土主次梁方案
框架主梁截面 600×1000
次梁截面 400×700
板厚 250
層高3.7m(凈高2.7m)
結構簡圖及配筋簡圖見圖1所示
圖1 普通混凝土主次梁方案示意圖
2.梁板預應力混凝土方案
取消上述方案的次梁，板厚不變(仍為250mm)，主梁截面改為750×800，如圖2所示。采用此方案后，如不改變原方案的地下室層高，則凈高可增加200mm(由2.7m增加為2.9m)。如不改變原方案的地下室凈高(2.7m)，則層高可減小200mm(由3.7m減為3.5m)。梁板的預應力及普通鋼筋的配筋簡圖見圖3。
圖2 梁板預應力方案簡圖 圖3 梁板預應力方案的預應力和普通鋼筋配筋簡圖
預應力筋采用直徑15.24mm，極限強度標準值為1860Mpa的低松弛預應力鋼絞線。梁、板均施加預應力，其中梁內(nèi)預應力筋為有粘結筋束，板內(nèi)預應力筋為無粘結筋束，雙向配置。
3.平板預應力混凝土方案
采用帶柱帽的無梁樓蓋(平板結構)，板厚取350mm，其平面示意圖及柱帽尺寸見圖4。采用此方案后，如不改變原方案的地下室層高，則凈高可增加650mm(由2.7m增加為3.35m)。如不改變原方案的地下室凈高(2.7m)，則層高可減小650mm(由3.7m減為3.05m)。平板預應力方案的預應力及普通鋼筋的配筋簡圖見圖5。
圖5中的板內(nèi)預應力筋均為無粘結筋束，雙向配置，并按跨中板帶和柱上板帶分別配置。
二.各方案的技術經(jīng)濟比較
1.材料用量比較
(1)梁板材料用量比較
根據(jù)前述各種方案的簡圖，一個柱距范圍內(nèi)三種方案的鋼筋和混凝土用量比較見表1,其中梁內(nèi)鋼筋重量考慮了縱筋、腰筋、箍筋、吊筋等，但均為一個標準柱距內(nèi)的理論重量，未考慮錨固區(qū)長度、損耗等因素。
表1 梁板材料用量比較(一個柱距范圍內(nèi))
序號 方案類型 混凝土體積(立方) 鋼筋重量(噸) 說明
1 普通混凝土方案 梁板共29.9m3 梁板普通鋼筋
共重5.94t 其中梁筋重4.15t
板筋重1.79t
2 梁板預應力方案 梁板共26.2m3 預應力筋1.08t
普通鋼筋2.41t 其中梁內(nèi)預應力筋0.25t，板內(nèi)預應力筋0.83t；梁內(nèi)普通鋼筋1.07t，板內(nèi)普通鋼筋1.34t
3 平板預應力方案 板和柱帽共29.3 m3 預應力筋0.92t
普通鋼筋1.34t
根據(jù)上述對照表，可以初步推算出整個地下車庫范圍(包括1號和2號車庫，總面積按22300m2考慮)內(nèi)按照三種方案的梁板材料用量。
方案2相對于方案1而言，梁板混凝土體積少1091.0 m3，普通鋼筋用量少1041.3噸，增加了318.6噸鋼鉸線。
方案3相對于方案1而言，梁板混凝土體積少177.0 m3，普通鋼筋用量少1356.9噸，增加了271.4噸鋼鉸線。
(2)柱墻材料用量比較
前已述及，如果三種方案的凈高相同，則方案2和方案3均能有效降低地下室的層高(方案2比方案1可降低層高0.2m，方案3比方案1可降低層高0.65m)，并可由此大幅減少地下室柱、墻的混凝土和鋼筋用量。
經(jīng)估算，方案2和方案3的柱墻混凝土體積分別比方案1少135.2 m3和439.3 m3，柱墻配筋量分別比方案1少12.7噸和41.4噸。
(3)梁板及柱、墻材料總量比較
由上述(1)、(2)的比較可以得到，在整個地下室范圍內(nèi)：
方案2比方案1減少混凝土用量1226.2m3，減少普通鋼筋用量1054.0噸，增加預應力筋用量318.6噸；
方案3比方案1減少混凝土用量616.3m3，減少普通鋼筋用量1398.3噸，增加預應力筋用量271.4噸；
2.經(jīng)濟比較
(1)混凝土和普通鋼筋
根據(jù)上述材料用量，按照目前的市場價格信息即C40商品混凝土綜合單價按500元/ m3(包括材料、運輸、澆筑的直接費、間接費、稅金等)，鋼筋綜合單價按5500元/噸(包括材料、運輸、加工、綁扎、連接、損耗的直接費、間接費、稅金等)，則可以得出：
方案2的混凝土和普通鋼筋的總價格比方案1低641.0萬元。
方案3的混凝土和普通鋼筋的總價格比方案1低799.9萬元。
(2)預應力筋
方案2的預應力綜合造價(包括預應力筋的材料及加工、施工等費用)如按15500元/噸，則預應力部分的造價為493.8萬元。
方案3的預應力綜合造價為420.7萬元。
(3)總造價比較
由(1)、(2)可知，采用預應力方案2，地下車庫總造價可以降低147.2萬元；采用預應力方案3，地下車庫總造價可以降低379.2萬元。此外，如采用預應力方案(方案2或方案3)，因地下室層高可以分別減小0.2m和0.65m，土方開挖量可分別減少4460m3和14495m3，而且地下室的體積及上浮力的相應減小可以減小抗拔樁的造價。由于層高的降低，暖通專業(yè)的風量減小，前期投入及后期使用、維護費用均有所減少。
3.其它比較
除上述比較外，普通混凝土方案和預應力混凝土方案還可以從使用性能、施工進度等方面比較如下：
(1)使用功能
采用預應力方案可以改善結構的抗裂性能。若采用普通混凝土樓蓋可能會由于混凝土材料的收縮以及溫度應力，再加上很大的外荷載，從而導致地下室頂板的開裂滲水。而采用后張無粘結預應力無梁樓蓋體系對于超長無縫結構有很好的效果，這是因為采用預應力可以通過在板內(nèi)建立預壓應力，使混凝土處于受壓狀態(tài)，可以抵消收縮和溫度應力，防止裂縫的出現(xiàn)。此外，普通混凝土結構的豎向撓度比較大，而預應力混凝土構件在正常使用狀態(tài)下的撓度非常小，受力性能可以得到顯著改善。
另外由于層高降低，使得汽車坡道變緩或變短，使用性更加舒適。
(2)施工進度
采用預應力方案可以大大簡化模板的施工，采用預應力方案2可以取消次梁模板支設，預應力方案3則完全取消了梁，顯然大平板的施工進度明顯比常規(guī)的主次梁結構快。預應力施工所增加的工期僅僅體現(xiàn)在鋪束需要一定時間，只要合理安排流水施工，并不單獨占用工期，張拉等工序在混凝土澆筑后與其它工序同步進行，不影響施工進度。根據(jù)大量工程的實際施工經(jīng)驗，采用預應力平板方案最有利于加快施工進度。
三.結論
1．對于地下室車庫頂板，根據(jù)以上分析，采用預應力混凝土方案3（無梁樓蓋方案）為最優(yōu)方案，該方案減小了層高0.65m，大幅降低了工程造價，加快了施工工期，改善了結構的受力性能和建筑使用功能，有效解決了超長結構收縮和溫度裂縫問題，因此預應力方案3宜優(yōu)先考慮；
2．基于同樣原因，對于地下室底板采用預應力技術可以降低用鋼量，降低工程造價，改善抗裂性能，在許多大體量的地下室中得到普遍采用，在本工程中具有明顯優(yōu)勢。
