余 青 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

合肥某汽車mall為規(guī)則大柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，長126m，寬113.4m，兩個(gè)方向的柱網(wǎng)均為12.6m，單層建筑面積為14288.4m2。本工程總建筑高度為12.5m，不設(shè)置地下室，一層為汽車展銷、二層為二手車市場(chǎng)，屋面考慮停車功能。按照抗震設(shè)防烈度7度進(jìn)行設(shè)防，地震加速度調(diào)整為0.10g，地震設(shè)計(jì)分組為第一組。本單體為乙類建筑，場(chǎng)地土類別為II類，屬于建筑抗震一般地段。框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

2 結(jié)構(gòu)方案比選

考慮六種不同結(jié)構(gòu)布置方案，利用YJK建模分析對(duì)比其經(jīng)濟(jì)性。6種結(jié)構(gòu)布置方案示意圖如下圖所示。

結(jié)構(gòu)方案布置示意圖

此結(jié)構(gòu)平面規(guī)則且平面尺寸大，屋面按結(jié)構(gòu)找坡處理，能有效減輕屋面荷載，直接降低屋面梁板截面及配筋，減小基礎(chǔ)截面及配筋，一定程度上能減小框架柱截面和配筋。根據(jù)建筑做法，二層樓面恒載為2kN/m2，屋面恒載為3.0kN/m2，二層和屋面活載均按4.0kN/m2設(shè)計(jì)。鋼筋采用HRB400級(jí)鋼筋，混凝土等級(jí)均取C30。二層和屋面的荷載相差不大，結(jié)構(gòu)布置相同。本文僅對(duì)上部結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行研究，各方案構(gòu)件截面詳表1。主梁截面括號(hào)內(nèi)的截面為平行與次梁方向的主梁截面，屋面板厚均為120mm。

利用YJK建模分析，得出各種方案的混凝土和鋼筋用量，如表2所示。因考慮屋面直接受太陽照射，六種方案在計(jì)算屋面板配筋量時(shí)，屋面板頂筋均按C8@150雙向布置，支座配筋不足處附加鋼筋。C30混凝土單價(jià)取620元/m3，HRB400鋼筋單價(jià)取4100元/t。

由下表可知：

第一，次梁雙向布置可有效減小主次梁高度，增加建筑凈高。對(duì)于大跨密排次梁結(jié)構(gòu)，次梁寬度在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量做窄。第二，對(duì)比方案一～方案三與方案四～方案六，次梁?jiǎn)蜗虿贾帽却瘟弘p向布置更加經(jīng)濟(jì)，但次梁高度和支撐次梁的主梁高度增大。第三，從方案四～方案六可知，次梁?jiǎn)蜗虿贾脮r(shí)，次梁間距對(duì)上部主體結(jié)構(gòu)造價(jià)影響不大。第四，對(duì)比方案一與方案二，方案一總造價(jià)比方案二高出7.02%。方案一、方案二板跨小，板配筋基本為構(gòu)造配筋，在方案二的基礎(chǔ)上減小次梁間距，不能有效減小樓板配筋，反而增加了次梁數(shù)量及配筋，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的板跨，使樓板構(gòu)造配筋能充分發(fā)揮作用。第五，由表3可知，次梁雙向布置時(shí)的混凝土和鋼筋占總造價(jià)的比值基本一致，而次梁?jiǎn)蜗虿贾脮r(shí)的混凝土和鋼筋的造價(jià)占總造價(jià)的比值比較分散，設(shè)計(jì)時(shí)即可根據(jù)混凝土單價(jià)和鋼筋單價(jià)情況，選擇更加經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)布置方案。在鋼筋市場(chǎng)單價(jià)低時(shí)，選擇鋼筋造價(jià)占總造價(jià)比值高的方案，反之，選擇鋼筋造價(jià)占總造價(jià)比值低的方案。第六，對(duì)比方案四～方案六，三個(gè)方案的單位面積混凝土量基本一致，而方案五的單位面積鋼筋量最大。說明單向布置次梁時(shí)，板跨適中會(huì)導(dǎo)致用鋼量增加，而大板跨或小板跨反而能減小鋼筋用量，使得方案更加經(jīng)濟(jì)。第七，次梁雙向布置時(shí)框架柱造價(jià)比次梁?jiǎn)蜗虿贾脮r(shí)低，但框架柱造價(jià)占總造價(jià)的比例較小，不同結(jié)構(gòu)布置方案對(duì)框架柱的造價(jià)影響不大。

3 荷載增加對(duì)結(jié)構(gòu)選型的影響

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)方案，分別增加二層和屋面荷載，分析因荷載增加對(duì)結(jié)構(gòu)選型的影響。二層樓面活載由4.0kN/m2增加到7.0kN/m2，屋面恒載由3.0kN/m2增加到4.5kN/m2、活載由4.0kN/m2增加到5.0kN/m2，6種布置方案的其它條件均不改變，從而各方案的混凝土量均不變，因荷載引起的造價(jià)變化均為鋼筋量變化。具體參數(shù)詳表4。

主要構(gòu)件截面表 表1

由表4可知，隨著荷載的增加，6種布置方案的總造價(jià)變化趨勢(shì)基本一致，單向次梁布置比雙向次梁布置更加經(jīng)濟(jì)，且次梁越密越不經(jīng)濟(jì)。雙向次梁布置時(shí)，次梁間距越密，隨著荷載增加總造價(jià)的增長趨勢(shì)越緩，說明荷載越大，次梁越密越能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。在布置次梁時(shí)，應(yīng)考慮上部荷載情況，不能盲目追求小間距，降低次梁高度，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性較差。因此，應(yīng)根據(jù)上部荷載情況合理選擇次梁間距，使次梁充分發(fā)揮其作用。

造價(jià)對(duì)比表 表2

各類型造價(jià)占總造價(jià)比值（%） 表3

荷載增加前后對(duì)比表 表4

主要構(gòu)件截面表 表5

4 柱網(wǎng)大小對(duì)結(jié)構(gòu)選型的影響

建立三種柱網(wǎng)的4x4跨的一層YJK模型，每種柱網(wǎng)研究四種結(jié)構(gòu)布置形式。抗震信息及荷載參數(shù)均同前文?？蚣苤鶎?duì)不同結(jié)構(gòu)布置形式影響不大，下文在統(tǒng)計(jì)時(shí)不考慮框架柱的混凝土量和鋼筋量。方案A和方案B為雙向布置次梁，方案C和方案D為單向布置次梁。不同布置方案的構(gòu)件截面見表5，其中樓板厚度均取100mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各種結(jié)構(gòu)布置單位面積的鋼筋量和混凝土量，見表6。

由表5和表6可知，第一，隨著柱網(wǎng)的加大，主次梁截面增大很明顯。對(duì)于16.2m跨的結(jié)構(gòu)，方案C和方案D經(jīng)濟(jì)性更好。但在實(shí)際工程中，大跨結(jié)構(gòu)往往需要控制梁高來實(shí)現(xiàn)效果，使得結(jié)構(gòu)梁無法取大而必須選擇方案A或方案B。第二，對(duì)比方案A、方案B與方案C、方案D，不同柱網(wǎng)大小的單向次梁布置比雙向次梁布置更經(jīng)濟(jì)。第三，對(duì)比方案A與方案B、方案C與方案D，次梁間距的選擇對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響較大。不同柱網(wǎng)的結(jié)構(gòu)方案布置的單位面積造價(jià)趨勢(shì)不一致。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的次梁間距和截面，保證樓板鋼筋能較好的發(fā)揮作用。

不同柱網(wǎng)大小上部結(jié)構(gòu)造價(jià)對(duì)比表 表6

5 結(jié)論

綜合對(duì)比不同柱網(wǎng)、不同大小荷載作用下，單向次梁布置比雙向次梁布置更經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選用單向布置。次梁布置不宜過密，次梁間距太小使樓板鋼筋不能很好的發(fā)揮作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)。