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2017-08-10 10:19:05 | 分类:结构专业 | 标签:结构专业

    在新建住宅建筑的规划和设计中,小区的车位已经成为必须予以考虑的要素,一般的楼盘按照小区总户数的 50%配置车位,高档的楼盘,车位的数量与小区户数甚至达到1:1。而在车位留设位置的选择上,由于珍贵的地面空间需要作为小区的绿化,开发地下车库就成为建筑设计中必然的选择。尤其在全世界都在倡导绿色建筑的今天,作为超级人口大国的中国,随着越来越多的人口涌向城市,面临着如何高效率地利用有限的土地资源的问题,开发和利用地下空间是城市规划和发展的方向。

    地下车库可以与住宅建筑(高层或多层)主体连为整体,也可以建造独立的地下车库。但无论采用何种方案,由于地下施工必然带来降水、开挖、支护等成本和艰苦的施工作业环境,对于独立地下车库,还存在抗浮等问题,因而采用最合理的结构形式,降低地下建筑的高度是降低地下空间开发成本的有效措施,也是开发商最关心的问题之一。

    预应力技术是降低结构高度的最有效手段之一,尤其对于地下车库更具有无可替代的优势,表现在以下几个方面:

    1.预应力技术适合于地下车库顶板大跨、重载的特点。地下车库由于使用功能上的特点,柱网比较规则,常规的地下车库考虑并排停三部车,柱距多为 8.0~8.5m,另一个方向的柱距则为 8.0~8.5m(等间距)、5+7+5m 或12m(等间距)等几种方案,而这一跨度属于预应力混凝土结构的经济跨度范围,再加上地下车库的设计往往要考虑上部的覆土和绿化、消防车等荷载,在重荷载下,采用预应力混凝土结构是最经济合理的选择;

    2.预应力技术是防治超长地下车库开裂的有效手段。由于设计上希望小区空间利用的最大化,地下车库往往是连通的超长结构,有的达到 200~300m,这一长度远远超出混凝土规范建议的范围,但如果将完整的车库通过温度伸缩缝分割为若干个单体,不仅双柱双梁要占用很大的空间,降低空间的利用效率,而且留设结构缝的部位需要经常进行维护,否则很容易产生老化、渗漏等问题。因此一般设计中,均采用无缝设计,这又经常带来了超长地下室结构的外墙、底板、顶板开裂、渗水等通病。而采用预应力技术又是克服这一结构通病的最经济、最明确、最合理的技术措施。这一点已经被大量工程实践所证实,预应力技术已经成为超长地下结构最常用的抗裂手段。

    3.预应力技术能降低地下车库的综合造价。在确定的建筑净空要求下,地下车库的层高由通风、消防、电缆等设备管线所占用的高度和结构高度控制。如果采用常规的梁板结构型式,则梁高成为控制地下室高度的重要因素。但如果采用预应力无梁楼盖,则彻底解决了这一问题,结构的高度仅仅是楼板厚度。带来的好处就是地下室层高可以控制在 3m 内,较常规的普通混凝土结构可以降低 500~600mm。由于高度的降低,带来以下效益:(1)竖向的墙体、柱子费用可以大大降低;(2)降水、挖土、支护成本可以大大降低;(3)地下水浮力大大降低,可以节省抗拔桩的造价;(4)减少了汽车坡道的长度,提高了面积利用率。

    4.采用预应力技术可以加快施工速度。采用预应力无梁楼盖或预应力框架梁+双向大平板的形式,均可以减少模板的支设时间,减少梁的钢筋绑扎时间,预应力筋的铺放由于与普通钢筋绑扎流水进行,所增加的时间很少,大量工程的实践证明,采用预应力体系后施工速度不仅不会延长,相反工期可以大大缩短。预应力张拉并不单独占用工期,对总工期无影响。预应力楼盖的拆模时间与普通混凝土楼盖的拆模时间一般均要求混凝土强度至少达到设计值的 75%以上,二者是相同的。

    综上,在现代的住宅小区中,预应力楼盖是地下车库最经济合理的结构形式。

 

地下车库的几种结构形式

    由于地下车库柱网布置较规整,其结构形式也是多样的。现其楼盖多采用如下几种结构形式:

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    前两种结构体系(1)、(2)为框架结构体系;后两种(3)、(4)为板柱结构体系。框架结构体系楼盖厚度较大,为框架梁的高度;普通主次梁结构为跨度的 1/10~1/15,预应力扁梁可降低为 1/20~1/25。采用板柱结构楼盖厚度较小,主要为楼板厚度;普通混凝土板柱结构厚度为跨度的 1/30~1/40,采用预应力可降低为 1/40~1/45。

 

四种结构形式的技术经济性能分析

    根据以上四种地下车库结构形式,选取同条件下的楼盖设计方案进行技术经济分析,综合对这四种方案进行评定。根据地下车库特点,选取 8.1m×8.1m 这一最常见的柱网尺寸进行分析比较。

    随着现代居住条件的发展和改善,住宅绿化越来越被人们重视,故多数地下车库顶荷载较大,现取平均厚度 1m 的覆土荷载及消防活荷载考虑。

    根据以上荷载条件分别取上述四种方案进行结构设计,再据此进行综合经济性能分析比较。设计基本参数如下表所列: 

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    说明:1. 表中恒载均不包括楼板自重;2. 地下室水位参考上海市平均水平;3. 计算大跨框架梁时消防车荷载取折减系数 0.8,计算板时不考虑折减。

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荷载相同条件下地下停车库楼盖结构多方案技术经济比较

(8.1mx8.1m 柱网) 

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    说明:

    1. 上述四种结构方案取相同的室内净高2.7m进行经济比较;

    2. 混凝土用 C40,综合费用350元/m 3,普通钢筋取4800元/T,预应力筋取12000元/T;混凝土板、墙模板综合费考虑33元/m2,梁为35元/m2,柱为40元/m2;以上价格均参考上海市平均水平取值;

    3. 综合造价降低比较部分各项费用均以普通混凝土主次梁结构方案为基础进行比较,“+”为较之费用增加,“-”为费用降低;表中各项费用均为综合造价费用;

    4. 基础开挖、降水等综合费用取25元/m3 ,基础抗拔桩综合费用取约1380元/m3 ;

    5. 竖向构件费用以面积5000m2的地下车库为例进行均摊,车库外墙取350mm厚;

    6. 基础抗浮等设计以上海市地基条件进行计算分析,由于基础抗浮与地下室层数及上部结构相关,上表分别取一~二层地下室为例进行计算分析。

     根据上表以及综合分析,可以看到:

    1. 预应力混凝土无梁楼盖对于独立地下车库是最优的结构形式就楼盖本身造价而言,相对于普通混凝土主次梁结构楼盖部分的造价,预应力混凝土无梁楼盖方案的综合造价可降低大约 34%,造价最低;同时,采用预应力无梁楼盖结构,支模方便,可以大大降低模板费用,并改善地下室结构的抗裂性能,从综合效益考虑,显然是最优方案。

    这是因为:预应力混凝土无梁楼盖与普通混凝土主次梁板结构相比,由于不设主次梁,在保持净空不变的情况下,可以大大减少地基的开挖深度,减少墙柱等竖向构件的造价;同时由于开挖深度的减少,大大降低了基底的水浮力,减少了基坑支护费用。在实践中,很多地下车库在采用了预应力无梁楼盖后,取消了原设计中的抗拔桩,大大降低了综合造价。

    2. 预应力混凝土扁梁+双向平板较普通混凝土梁板结构有明显优势对于地下车库顶板需要作为上部嵌固层的结构,需要设置框架梁,就楼盖本身造价而言,预应力梁板结构与普通混凝土梁板结构造价基本持平,但由于预应力梁高度的降低,减少了层高和基础的开挖深度,因而其综合价格较普通梁板结构降低了 17%。同时,采用预应力框架梁+双向大平板形式,可以取消次梁,简化了支模,降低了模板费用,加快了施工速度,综合效益均优于普通混凝土主次梁结构。

 

预应力地下车库的结构形式和选用

1.地下车库的结构形式和特点 

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    2. 预应力混凝土地下车库的选型

    (1)对于单独的地下车库,地下室的顶板不作为上部结构的嵌固端的话,预应力混凝土无梁楼盖是最佳选择;

    (2)对于大面积地下车库局部有地上建筑,而且地下车库需要作为上部结构的嵌固端,对于有地上结构的部分,采用预应力或普通混凝土梁板结构,该部分梁高可以利用室内外的结构高差来设置,对于无地上结构的部分,可以采用预应力无梁楼盖。这样布置的优点是整个地下室的净空仍由无梁楼盖部分的净空要求确定,既符合规范的要求,又可达到经济合理的目的。

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