某预制装配式房屋地下室顶板结构选型研究

(滁州职业技术学院 安徽 滁州 239000)

随着我国建筑行业的蓬勃发展，建筑结构设计者们越来越重视对于地下空间的开发和利用。据统计，地下室结构成本占工程总造价成本的25%-30%[1]。本文以某预制装配式住宅楼地下车库的顶板为背景，对五种不同的地下室顶板方案进行对比分析，为结构设计工程师提供一定的参考。

1.工程概况

本工程位于合肥市瑶海区一住宅小区，建筑面积24520平方米，地下一层为车库和设备用房，地下室层高4米。抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度类别为B类，建筑结构的安全等级为二级。

2.结构方案初选

地下室平面轴网尺寸较为工整，标准轴网尺寸为8.1mX8.1m，纵横向外包尺寸均为40.5m，横纵向各取5跨进行计算。将一个标准轴网作为计算单元，选择五种方案进行对比分析。其中方案一：仅设置框架主梁的厚板；方案二：设置框架主梁和十字型次梁；方案三：设置框架主梁和井字形次梁；方案四：设置密肋楼盖；方案五：设置无梁楼盖，各方案的布置简图如图1所示。

图1 各方案的布置简图

以上方案中，普通梁板（方案一、三）采用PKPM软件中SETWE模块,密肋楼盖以及无梁楼盖（方案四、五）采用PKPM软件中有限元模块slabcad，以及专业有限元计算软件strat进行计算分析，各方案构件参数如表1所示。

表1 各方案构件参数

3.裂缝和挠度分析

通过PKPM软件中SETWE模块和限元模块slabcad的计算可得到五种方案结构的裂缝和挠度数值[2]，如下表2所示。

表2 各方案挠度和裂缝值（mm）

根据《钢筋混凝土结构设计规范》3.4.5条对裂缝控制规定，一类环境中构件裂缝控制等级为三级，最大裂缝限制为0.3mm[3]。3.4.3条对受弯构件挠度控制规定，计算跨度在L0=7m-9m时，挠度限制为L0/250，若梁计算跨度为7.5m，则挠度限值为30mm。从以上计算结果可知，梁板裂缝值最大为方案一（厚板）0.17mm小于限制0.3mm，板挠度较小，可忽略不计，梁板挠度最大为18mm小于限值30mm。

4.工程量计算分析

钢筋混凝土建筑中钢筋和混凝土工程量直接影响地下室的总造价是我们研究的重点，以下将从考虑消防车荷载和不考虑消防车荷载两个方面[4][5]，对地下室顶板材料的工程量进行对比分析。

4.1 不考虑消防车荷载的工程量

利用结构计算软件得到的混凝土和钢材工程量如下表3所示。

表3 不考虑消防车荷载的钢筋和混凝土工程量

从用钢量角度分析，方案四（密肋楼盖）钢筋用量最少为75904kg，单位面积用钢量为45.6kg/m2；方案五（无梁楼盖）钢筋用量最多，单位面积用钢量为 69.145.6kg/m2；方案四（密肋楼盖）相较其他几种方案，单位面积用钢量分别减少 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）单位面积钢筋用量相差不多，可认为近似相同。

从混凝土工程角度分析，方案四（密肋楼盖）混凝土用量依然为最少583m3，单位面积混凝土用量为0.35m3；方案五（无梁楼盖）混凝土用量依然最多，单位面积混凝土用量为0.35m3/m2；方案四（密肋楼盖）相较其他几种方案，单位面积混凝土用量分别减少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）单位面积混凝土用量相差不多，可认为近似相同。

4.2 考虑消防车荷载的工程量

利用结构计算软件得到的混凝土和钢材工程量如下表4所示。

表4 考虑消防车荷载的钢筋和混凝土工程量

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

从用钢量角度分析，方案四（密肋楼盖）钢筋用量最少为96406kg，单位面积用钢量为57.9kg/m2；方案五（无梁楼盖）钢筋用量最多，单位面积用钢量为96.2kg/m2；方案四（密肋楼盖）相较其他几种方案，单位面积用钢量分别减少 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）单位面积混凝土用量相差不多，可认为近似相同。

从混凝土工程角度分析，各方案混凝土用量与不考虑消防车荷载工况时的用量相同。

根据以上不考虑防车荷载和考虑消防车荷载两种工况的分析可知，方案四（密肋楼盖）的钢筋和混凝土用量都是最少，而方案五（无梁楼盖）的钢筋和混凝土用量都是最多。两种工况下，混凝土用量相同。

5.结论

通过预制装配式住宅地下室顶板结构方案的比选可以得到以下结论：（1）从结构构件裂缝和挠度限值角度分析，各种方案中梁板实际限值均满足要求，各方案差别不大。（2）从构件工程梁角度分析，无论是否考虑消防车荷载方案四（密肋楼盖）钢筋和混凝土工程量均为最少，为最佳方案。综上所述，采用密肋楼盖不仅满足建筑结构设计要求，且工程量最小，造价最少，为最优方案。