地下車庫頂板預(yù)應(yīng)力及普通混凝土方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
陳繁榮
摘要：本文對地下室車庫頂板的三種結(jié)構(gòu)布置：普通混凝土主次方案、梁板預(yù)應(yīng)力方案、平板預(yù)應(yīng)力方案進(jìn)行技術(shù)分析及經(jīng)濟(jì)比較。
關(guān)鍵詞：普通混凝土主次梁、梁板預(yù)應(yīng)力、平板預(yù)應(yīng)力、柱帽。
某地下車庫為超長結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(主、次梁結(jié)構(gòu))。由于結(jié)構(gòu)超長、柱網(wǎng)較大、且頂板的覆土荷載較大，考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)適用于重載、大跨、超長結(jié)構(gòu)，對于本工程的地下室頂板采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(可采用梁板預(yù)應(yīng)力方案或平板預(yù)應(yīng)力方案)有可能取得較好的效果。
為進(jìn)一步說明問題，對本地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。比較時(shí)選取一有代表性的標(biāo)準(zhǔn)柱距范圍進(jìn)行。

一.三種方案(普通混凝土方案、梁板預(yù)應(yīng)力方案、平板預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力及普通鋼筋的配筋簡圖見圖3。

 

圖2 梁板預(yù)應(yīng)力方案簡圖    圖3 梁板預(yù)應(yīng)力方案的預(yù)應(yīng)力和普通鋼筋配筋簡圖

預(yù)應(yīng)力筋采用直徑15.24mm，極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860Mpa的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。梁、板均施加預(yù)應(yīng)力，其中梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋為有粘結(jié)筋束，板內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋為無粘結(jié)筋束，雙向配置。
3.平板預(yù)應(yīng)力混凝土方案
采用帶柱帽的無梁樓蓋(平板結(jié)構(gòu))，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(yù)應(yīng)力方案的預(yù)應(yīng)力及普通鋼筋的配筋簡圖見圖5。

圖5中的板內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋均為無粘結(jié)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(shù)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(yù)應(yīng)力方案 梁板共26.2m3 預(yù)應(yīng)力筋1.08t
普通鋼筋2.41t 其中梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋0.25t，板內(nèi)預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力方案 板和柱帽共29.3 m3 預(yù)應(yīng)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(gè)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(gè)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋用量271.4噸；
2.經(jīng)濟(jì)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(jià)格信息即C40商品混凝土綜合單價(jià)按500元/ m3(包括材料、運(yùn)輸、澆筑的直接費(fèi)、間接費(fèi)、稅金等)，鋼筋綜合單價(jià)按5500元/噸(包括材料、運(yùn)輸、加工、綁扎、連接、損耗的直接費(fèi)、間接費(fèi)、稅金等)，則可以得出：
方案2的混凝土和普通鋼筋的總價(jià)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(jià)格比方案1低799.9萬元。
(2)預(yù)應(yīng)力筋
方案2的預(yù)應(yīng)力綜合造價(jià)(包括預(yù)應(yīng)力筋的材料及加工、施工等費(fèi)用)如按15500元/噸，則預(yù)應(yīng)力部分的造價(jià)為493.8萬元。
方案3的預(yù)應(yīng)力綜合造價(jià)為420.7萬元。
(3)總造價(jià)比較
由(1)、(2)可知，采用預(yù)應(yīng)力方案2，地下車庫總造價(jià)可以降低147.2萬元；采用預(yù)應(yīng)力方案3，地下車庫總造價(jià)可以降低379.2萬元。此外，如采用預(yù)應(yīng)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(yīng)減小可以減小抗拔樁的造價(jià)。由于層高的降低，暖通專業(yè)的風(fēng)量減小，前期投入及后期使用、維護(hù)費(fèi)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(yù)應(yīng)力混凝土方案還可以從使用性能、施工進(jìn)度等方面比較如下：
(1)使用功能
采用預(yù)應(yīng)力方案可以改善結(jié)構(gòu)的抗裂性能。若采用普通混凝土樓蓋可能會(huì)由于混凝土材料的收縮以及溫度應(yīng)力，再加上很大的外荷載，從而導(dǎo)致地下室頂板的開裂滲水。而采用后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋體系對于超長無縫結(jié)構(gòu)有很好的效果，這是因?yàn)椴捎妙A(yù)應(yīng)力可以通過在板內(nèi)建立預(yù)壓應(yīng)力，使混凝土處于受壓狀態(tài)，可以抵消收縮和溫度應(yīng)力，防止裂縫的出現(xiàn)。此外，普通混凝土結(jié)構(gòu)的豎向撓度比較大，而預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)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(jìn)度
采用預(yù)應(yīng)力方案可以大大簡化模板的施工，采用預(yù)應(yīng)力方案2可以取消次梁模板支設(shè)，預(yù)應(yīng)力方案3則完全取消了梁，顯然大平板的施工進(jìn)度明顯比常規(guī)的主次梁結(jié)構(gòu)快。預(yù)應(yīng)力施工所增加的工期僅僅體現(xiàn)在鋪束需要一定時(shí)間，只要合理安排流水施工，并不單獨(dú)占用工期，張拉等工序在混凝土澆筑后與其它工序同步進(jìn)行，不影響施工進(jìn)度。根據(jù)大量工程的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，采用預(yù)應(yīng)力平板方案最有利于加快施工進(jìn)度。
三.結(jié)論
1．對于地下室車庫頂板，根據(jù)以上分析，采用預(yù)應(yīng)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(jià)，加快了施工工期，改善了結(jié)構(gòu)的受力性能和建筑使用功能，有效解決了超長結(jié)構(gòu)收縮和溫度裂縫問題，因此預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力技術(shù)可以降低用鋼量，降低工程造價(jià)，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。

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