現澆鋼筋混凝土單向板經濟性分析

王士波　王瑞強　高宇璇　金松浩

(延邊大學工學院，吉林延吉　133002)

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現澆鋼筋混凝土單向板經濟性分析

王士波王瑞強高宇璇金松浩*

(延邊大學工學院，吉林延吉133002)

摘要:采用PKPM軟件建立了現澆鋼筋混凝土樓板結構模型，統計了現澆鋼筋混凝土單向板的用鋼量和混凝土用量，得到了該結構單向板板厚、混凝土強度等級和跨度的經濟組合規律，為單向板的經濟設計提供了參考。

關鍵詞:鋼筋混凝土，單向板，板厚，跨度

在混凝土工程中，鋼筋混凝土現澆樓板的造價在總造價中占有很大的比例，為響應國家節能減排和可持續發展的戰略，我們便考慮是否可以通過對現澆混凝土樓板結構中單向板的板厚、混凝土強度等級和跨度的組合的優化來節約資源、保護環境和降低造價。通過初步調查，有資料［1-6］表明現澆鋼筋混凝土單向板在設計時混凝土強度等級、跨度、板厚等組合是多種多樣的。為進一步研究，本文使用軟件對現澆鋼筋混凝土單向板用鋼量和混凝土用量進行統計，進而得出現澆鋼筋混凝土單向板板厚、混凝土強度等級和跨度的組合規律［6］，為單向板的經濟設計提供參考。

1　方案設計及方法

1．1研究方案設計

本研究采用PKPM軟件通過建模，對短跨跨度范圍:1．5 m～3．3 m(長跨是短跨的3倍)，跨度變化間隔為0．3 m的7組跨度的單向板;厚度范圍:60 mm～200 mm，厚度變化間隔為20 mm;混凝土等級:C20～C45;鋼筋等級統一取HRB335進行對比分析。按照《混凝土結構設計規范》的要求“鋼筋混凝土單向板的跨厚比不大于30”，但分析數據的時候板厚均從60 mm起算，其目的是更明顯的顯示出其中的規律性。

1．2設計方法

本研究使用PKPM軟件建立如圖1所示的6個尺寸相同的樓板結構。模型中的柱尺寸取400 mm×400 mm，梁高取1/12跨度，建模過程中選擇自動計算現澆樓板自重，對面層和抹灰統一取1．5 kN/m2，活荷載按照規范取2．0 kN/m2，算出鋼筋總用量，折算為單位面積鋼筋用量。經過市場調查得到本地區各強度等級混凝土價格如表1所示。

表1　某地區各強度等級混凝土價格表　元/m3

將上述價格代入下式:單位面積造價=單位面積混凝土用量×相應等級混凝土單價+單位面積鋼筋用量×鋼筋單價，最后對所有收集到的數據進行列表制圖分析，得出最終結論。

2　分析與討論

2．1混凝土用量分析

從圖2中可以看出單位面積混凝土造價隨板厚的變化單一，隨著板厚的增大，單位面積混凝土造價直線上升。

2．2鋼筋用量分析

1)板厚對單位面積鋼筋造價的影響。樓板跨度為1．5 m時的不同混凝土強度等級下的單位面積鋼筋價格隨板厚的變化如圖3所示。從圖3可以看出在板厚小于120 mm時，單位面積鋼筋造價基本不變，板厚不小于120 mm以后鋼筋造價幾乎呈直線上升趨勢，原因在于板厚小于120 mm時，配筋量主要受荷載的影響，當板厚不小于120 mm時，按照荷載配得的鋼筋不滿足構造要求，PKPM軟件自動按照構造要求配置鋼筋，導致板厚大于120 mm時單位面積鋼筋造價呈直線上升。另外跨度為1．8 m和2．1 m的樓板也有相同的規律。

圖1　結構模型

圖2　單位面積混凝土造價隨板厚變化圖

樓板跨度為2．4 m時，單位面積鋼筋造價隨板厚的變化如圖4所示。從圖4中明顯看出在板厚不大于100 mm時曲線是下降的，在大于100 mm時是升高的，其原因是板厚小于100 mm時，隨著板厚的增加需要的鋼筋用量減少，板厚在120 mm之后時，PKPM軟件按構造要求配筋，所以隨著板厚的增加，單位面積鋼筋造價呈直線上升的趨勢，另外跨度為2．7 m的樓板也有相同的規律。

圖3　1.5 m跨單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖4　2.4 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖5是跨度為3．0 m時單位面積鋼筋造價隨板厚的變化圖，從圖中明顯可以看出曲線有先下降后升高的變化。

圖6是跨度為3．3 m時單位面積鋼筋造價隨板厚的變化圖，從圖中可以看出最低點已經變為120 mm。

綜上可見在研究的范圍內板厚的經濟厚度為100 mm～120 mm。

圖5　3.0 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖6　3.3 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

2)跨度對單位面積鋼筋造價的影響。為得出最經濟的板跨，從實驗數據中挑出具有代表性的組合C25＆100，C25＆120，C30＆100，C30＆120，C35＆100，C35＆120，因為混凝土強度等級為C20和C25的單位面積鋼筋造價相同，所以圖7中只取C25為代表，又因為混凝土強度等級為C30和C35時單位面積鋼筋造價在圖中處于中間位置，可以代表低強度和高強度的混凝土，故選擇C30和C35為代表;因為單位面積鋼筋造價的最低點全都出現在板厚為100 mm～120 mm之間，所以圖中選擇100 mm～120 mm板厚為代表，畫出單位面積鋼筋造價隨板跨的變化，如圖7所示。從圖7中可以看出曲線有明顯的下降區段、平緩區段和上升區段，所以圖7中板跨為2．1，2．4和2．7時價格最低，是最經濟的板跨選擇。

2．3造價分析

1)板厚對單位面積造價的影響。各個跨度的單位面積造價變化主要受混凝土造價的影響，通過對數據的分析，得出兩種變化趨勢圖，見圖8和圖9。

圖7　單位面積鋼筋造價隨板跨變化圖

圖8　1.5 m單位面積造價隨板厚變化圖

圖8為跨度為1．5 m時單位面積造價隨板厚的變化圖，板厚不大于120 mm的斜率較板厚不小于120 mm的小，其原因為板厚不大于120 mm時，單位面積鋼筋造價隨板厚的增大幾乎不變，而板厚不小于120 mm時，單位面積鋼筋造價隨板厚的變化是上升的，這樣再加上混凝土價格隨板厚的增大而增大，即呈現上述規律?？缍葹?．8 m的時候也有相同的規律。

圖9為跨度為2．4 m時單位面積造價隨板厚的變化圖，呈現先緩慢上升，后急速上升規律，與1．5 m跨度的不同在于板厚不大于120 mm時，曲線上升的斜率更小，小于單位面積混凝土造價隨板厚增大而增大的斜率，其原因是板厚不大于120 mm時單位面積鋼筋造價隨板厚的增加而減小。在跨度為2．1 m～3．3 m的時候都呈相同規律。

2)跨度對單位面積造價的影響。圖10中取了具有代表性的板厚和混凝土強度組合進行分析，混凝土強度和板厚的取法與圖7的取法相同，從圖10中可以看出在2．1 m～2．7 m這個范圍內，每條曲線都有最低點，與單位面積鋼筋造價隨跨度變化的趨勢相同。

圖9　2.4 m單位面積造價隨板厚變化圖

圖10　單位面積造價隨跨度變化圖

3　結語

本文通過對PKPM軟件得出的數據進行分析，并從獲得的有關現澆鋼筋混凝土單向板造價變化的規律中得出如下幾條結論:

1)現澆鋼筋混凝土單向板中混凝土強度的選擇宜在滿足受力和構造要求的前提下選擇最低混凝土強度等級。

2)現澆鋼筋混凝土單向板中最經濟的板跨為2．1 m～2．7 m。

3)現澆鋼筋混凝土單向板中最經濟的板厚為100 mm～120 mm(此厚度為在板跨為最經濟板跨時，當板跨不在經濟跨度范圍內時，宜選擇滿足要求的最小板厚)。

參考文獻:

［1］GB 50010—2010，混凝土結構設計規范［S］．

［2］沈蒲生．混凝土結構設計［M］．北京:高等教育出版社，2012．

［3］張望喜，張載．鋼筋混凝土單向區格板經濟厚度研究［J］．建筑結構，2013，43(sup):681-683．

［4］周艷．混凝土框架結構多種樓蓋結構形式的經濟性比較［D］．廣州:華南理工大學工程碩士學位論文，2012:10．

［5］蔣利學．豎向荷載作用下帶現澆樓板的連續梁受力性能試驗研究［J］．工業建筑，2009，39(11):62-67．

［6］Shahrooz B M，Mochle J P．Evaluation of Performance of Reinforced Concrete Frames［J］．Joumal of Structural Engineering of ASCE，1990，116(5):1403-1422．

·巖土工程·地基基礎·

On economic analysis of cast-in-place reinforced concrete one-way slabs

Wang ShiboWang RuiqiangGao YuxuanJin Songhao*
(College of Engineering，Yanbian University，Yanji 133002，China)

Abstract:The paper adopts PKPM software to establish the cast-in-place reinforced concrete floor structure model，has the statistics about the steel quantity and concrete volume of the one-way slab of the cast-in-place reinforced concrete，and concludes the economical combination law for the one-way slab thickness，concrete stiff gradation，and span，so as to provide some reference for the design of the one-way slab．

Key words:reinforced concrete，one-way slab，floor thickness，span

通訊作者:金松浩(1969-)，男，講師

作者簡介:王士波(1992-)，男，在讀本科生

收稿日期:2015-10-24

文章編號:1009-6825(2016)01-0066-02

中圖分類號:TU723．3

文獻標識碼:A