某預制裝配式房屋地下室頂板結構選型研究

(滁州職業技術學院 安徽 滁州 239000)

隨著我國建筑行業的蓬勃發展，建筑結構設計者們越來越重視對于地下空間的開發和利用。據統計，地下室結構成本占工程總造價成本的25%-30%[1]。本文以某預制裝配式住宅樓地下車庫的頂板為背景，對五種不同的地下室頂板方案進行對比分析，為結構設計工程師提供一定的參考。

1.工程概況

本工程位于合肥市瑤海區一住宅小區，建筑面積24520平方米，地下一層為車庫和設備用房，地下室層高4米。抗震設防烈度為6度，建筑場地類別為Ⅱ類，基本風壓0.35kN/m2，地面粗糙度類別為B類，建筑結構的安全等級為二級。

2.結構方案初選

地下室平面軸網尺寸較為工整，標準軸網尺寸為8.1mX8.1m，縱橫向外包尺寸均為40.5m，橫縱向各取5跨進行計算。將一個標準軸網作為計算單元，選擇五種方案進行對比分析。其中方案一：僅設置框架主梁的厚板；方案二：設置框架主梁和十字型次梁；方案三：設置框架主梁和井字形次梁；方案四：設置密肋樓蓋；方案五：設置無梁樓蓋，各方案的布置簡圖如圖1所示。

圖1 各方案的布置簡圖

以上方案中，普通梁板（方案一、三）采用PKPM軟件中SETWE模塊,密肋樓蓋以及無梁樓蓋（方案四、五）采用PKPM軟件中有限元模塊slabcad，以及專業有限元計算軟件strat進行計算分析，各方案構件參數如表1所示。

表1 各方案構件參數

3.裂縫和撓度分析

通過PKPM軟件中SETWE模塊和限元模塊slabcad的計算可得到五種方案結構的裂縫和撓度數值[2]，如下表2所示。

表2 各方案撓度和裂縫值（mm）

根據《鋼筋混凝土結構設計規范》3.4.5條對裂縫控制規定，一類環境中構件裂縫控制等級為三級，最大裂縫限制為0.3mm[3]。3.4.3條對受彎構件撓度控制規定，計算跨度在L0=7m-9m時，撓度限制為L0/250，若梁計算跨度為7.5m，則撓度限值為30mm。從以上計算結果可知，梁板裂縫值最大為方案一（厚板）0.17mm小于限制0.3mm，板撓度較小，可忽略不計，梁板撓度最大為18mm小于限值30mm。

4.工程量計算分析

鋼筋混凝土建筑中鋼筋和混凝土工程量直接影響地下室的總造價是我們研究的重點，以下將從考慮消防車荷載和不考慮消防車荷載兩個方面[4][5]，對地下室頂板材料的工程量進行對比分析。

4.1 不考慮消防車荷載的工程量

利用結構計算軟件得到的混凝土和鋼材工程量如下表3所示。

表3 不考慮消防車荷載的鋼筋和混凝土工程量

從用鋼量角度分析，方案四（密肋樓蓋）鋼筋用量最少為75904kg，單位面積用鋼量為45.6kg/m2；方案五（無梁樓蓋）鋼筋用量最多，單位面積用鋼量為 69.145.6kg/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積用鋼量分別減少 5.8kg/m2、5kg/m2、7kg/m2、23.5kg/m2；方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積鋼筋用量相差不多，可認為近似相同。

從混凝土工程角度分析，方案四（密肋樓蓋）混凝土用量依然為最少583m3，單位面積混凝土用量為0.35m3；方案五（無梁樓蓋）混凝土用量依然最多，單位面積混凝土用量為0.35m3/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積混凝土用量分別減少0.1m3/m2、0.07m3/m2、0.11m3/m2、0.18m3/m2；方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積混凝土用量相差不多，可認為近似相同。

4.2 考慮消防車荷載的工程量

利用結構計算軟件得到的混凝土和鋼材工程量如下表4所示。

表4 考慮消防車荷載的鋼筋和混凝土工程量

方案二 1665 89032 28650 2968 120649 72.5 693 0.42方案三 1665 98564 25622 2968 127155 76.4 763 0.46方案四 1665 61558 19609 2920 96406 57.9 583 0.35方案五 1665 0 87106 2919 176144 96.2 879 0.53

從用鋼量角度分析，方案四（密肋樓蓋）鋼筋用量最少為96406kg，單位面積用鋼量為57.9kg/m2；方案五（無梁樓蓋）鋼筋用量最多，單位面積用鋼量為96.2kg/m2；方案四（密肋樓蓋）相較其他幾種方案，單位面積用鋼量分別減少 13.6kg/m2、14.6kg/m2、18.5kg/m2、38.3kg/m2； 方案一（厚板）、方案二（十字梁）、方案三（井字梁）單位面積混凝土用量相差不多，可認為近似相同。

從混凝土工程角度分析，各方案混凝土用量與不考慮消防車荷載工況時的用量相同。

根據以上不考慮防車荷載和考慮消防車荷載兩種工況的分析可知，方案四（密肋樓蓋）的鋼筋和混凝土用量都是最少，而方案五（無梁樓蓋）的鋼筋和混凝土用量都是最多。兩種工況下，混凝土用量相同。

5.結論

通過預制裝配式住宅地下室頂板結構方案的比選可以得到以下結論：（1）從結構構件裂縫和撓度限值角度分析，各種方案中梁板實際限值均滿足要求，各方案差別不大。（2）從構件工程梁角度分析，無論是否考慮消防車荷載方案四（密肋樓蓋）鋼筋和混凝土工程量均為最少，為最佳方案。綜上所述，采用密肋樓蓋不僅滿足建筑結構設計要求，且工程量最小，造價最少，為最優方案。