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七維研究


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優化案例分析十四

摘要】:對裂縫有特殊要求的大跨度結構采用有粘結后張法部分預應力結構比采用型鋼砼組合結構不但經濟,而且耐久性好地震作用小。

【關鍵詞】:大跨度,型鋼砼,組合結構,部分預應力,預壓應力,耐久性,地震作用

最近我司咨詢優化了一個體育建筑,其中全民健身中心三層樓面為大跨度結構,最大跨度為38405。設計結構方案采用型鋼砼組合結構,三層樓面的下層為游泳館,考慮到有水蒸氣屬于二(a)類環境;三層樓面建筑功能為網球館,乒乓球館與壁球館,屬于一類環境。設計結構方案采用型鋼砼組合結構,方案圖詳見下圖一。大跨度方向框架梁截面采用800×2000+H1600×28×300×32;大跨度方向次梁截面采用500×2000+H1600×30×200×36;擱大跨度次梁的X向框架梁截面采用600×2000+H1600×20×200×36。梁砼強度等級C30;型鋼采用Q335B鋼。擱大跨度框架梁的框架柱采用型鋼砼組合柱,截面采用1000×1200+H800×36×300×36。柱砼強度等級為C40,柱內型鋼采用Q355B鋼。樓板采用150厚,板面附加恒載q=2.5KN/m2;板面活載為5KN/m2。地震設防烈度為8度,0.2g,乙類設防標準,三類場地。

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經我司分析,該大跨度范圍內,砼折算厚度為0.577m/m2;大跨度梁及支座梁內型鋼總重為404.1T,支承大跨度框架梁的柱內型鋼71.2T?傆嬓弯404.1+71.2=475.3T。折算為232kg/m2。上面統計的型鋼重量還不包括加勁板、焊接鋼牛腿、栓釘、套筒等重量。鋼筋砼綜合單價按1200元/m3,鋼結構按10000元/T計算,大跨度樓面的結構造價為0.577×1200+0.232×10000=3012元/m2。造價比較高。

結構同仁會想到,次梁為什么沿大跨度方向布置?為什么不轉90°跨度就8400了,次梁截面可大大減小了,型鋼也不需要了!經我司分析,因為梁底下為游泳池屬二(a)類環境,裂縫寬度不能大于0.2mm,如果改變次梁方向,則軸線上的主框架梁800×2000的截面是算不下來的。梁截面高2000已經屬于極限了,設計還存在梁下走廊凈高不足的問題。所以設計將次梁也沿大跨度方向布置。這樣結構能計算得下來,雖然造價比較高。

型鋼砼組合結構的計算原理是將結構的內力按鋼筋砼構件與型鋼構件的剛度分配的。因為型鋼梁的抗彎剛度比鋼筋砼梁要小,它們的梁高分別是2000與1600,慣性矩與梁高三次方成正比,所以砼梁的抗彎剛度比型鋼梁大很多。就是說型鋼梁只能分擔一部分組合構件的彎矩,鋼筋砼梁承擔的彎矩比較大。因為砼梁特別是梁底對裂縫寬度的要求比較高,所以鋼筋砼梁的高度限定了砼梁也承受不了很大的彎矩,所以將次梁設為沿大跨度方向布置是沒有辦法的辦法。

我司認為對于這種對裂縫有特殊要求的大跨度樓面結構,采用有粘結部分預應力結構是比較合適的。一者采用后張法部分預應力結構梁的裂縫容易控制,因為后張法部分預應力結構在使用階段的受拉區有預應力的預壓應力,抵消了荷載引起的部分拉應力。二者采用后張法部分預應力結構的話二(a)類最大裂縫 是按0.1mm控制的,梁的耐久性更加好。三者采用后張法部分預應力結構后有預應力的存在,不但高強度預應力筋能充分發揮出強度,非預應力筋也能充分發揮出其強度。而型鋼砼組合梁的鋼筋砼梁部分因為有裂縫要求能發揮出65%的強度就不錯了。材料強度能充分發揮了,就能承受更大的荷載,所以經我們計算,將次梁轉90°,擱框架梁上也是算得下來的,而且梁高可由2000改為1850。四者采用后張法部分預應力結構后經濟性大大改善。結構折算厚度由0.577m/m2降低為0.332m/m2;預應力筋fy=1320,是鋼筋實際發揮強度的1320/(360×0.65)=5.64倍,性價比大大提高;高烈度區結構自重越大,地震作用就越大,減小了結構自重,不但降低了非抗震構件的造價,更降低了抗震構件的造價;結構自重減小了,豎向構件、樁基礎的造價都大大降低。

采用后張法部分預應力結構后樓面造價為0.332×1200=398元/m2?赡苷J為采用后張法部分預應力結構單方造價1200元夠嗎?按我司的經驗由于高強鋼筋性價比的提高,其單方造價不會比普通鋼筋砼的高,設計得合理的話還低一些。估算這塊節省造價(3012-398)×2050=5358700元=536萬元。采用有粘結后張法部分預應力的方案圖見圖二。

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圖二

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