优化案例分析十四

【摘要】：对裂缝有特殊要求的大跨度结构采用有粘结后张法部分预应力结构比采用型钢砼组合结构不但经济，而且耐久性好地震作用小。

【关键词】：大跨度，型钢砼，组合结构，部分预应力，预压应力，耐久性，地震作用

最近我司咨询优化了一个体育建筑，其中全民健身中心三层楼面为大跨度结构，最大跨度为38405。设计结构方案采用型钢砼组合结构，三层楼面的下层为游泳馆，考虑到有水蒸气属于二（a）类环境；三层楼面建筑功能为网球馆，乒乓球馆与壁球馆，属于一类环境。设计结构方案采用型钢砼组合结构，方案图详见下图一。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；搁大跨度次梁的X向框架梁截面采用600×2000+H1600×20×200×36。梁砼强度等级C30；型钢采用Q335B钢。搁大跨度框架梁的框架柱采用型钢砼组合柱，截面采用1000×1200+H800×36×300×36。柱砼强度等级为C40，柱内型钢采用Q355B钢。楼板采用150厚，板面附加恒载q=2.5KN/m²；板面活载为5KN/m²。地震设防烈度为8度，0.2g，乙类设防标准，三类场地。

经我司分析，该大跨度范围内，砼折算厚度为0.577m/m²；大跨度梁及支座梁内型钢总重为404.1T，支承大跨度框架梁的柱内型钢71.2T。总计型钢404.1+71.2=475.3T。折算为232kg/m²。上面统计的型钢重量还不包括加劲板、焊接钢牛腿、栓钉、套筒等重量。钢筋砼综合单价按1200元/m³，钢结构按10000元/T计算，大跨度楼面的结构造价为0.577×1200+0.232×10000=3012元/m²。造价比较高。

结构同仁会想到，次梁为什么沿大跨度方向布置？为什么不转90°跨度就8400了，次梁截面可大大减小了，型钢也不需要了！经我司分析，因为梁底下为游泳池属二（a）类环境，裂缝宽度不能大于0.2mm，如果改变次梁方向，则轴线上的主框架梁800×2000的截面是算不下来的。梁截面高2000已经属于极限了，设计还存在梁下走廊净高不足的问题。所以设计将次梁也沿大跨度方向布置。这样结构能计算得下来，虽然造价比较高。

型钢砼组合结构的计算原理是将结构的内力按钢筋砼构件与型钢构件的刚度分配的。因为型钢梁的抗弯刚度比钢筋砼梁要小，它们的梁高分别是2000与1600，惯性矩与梁高三次方成正比，所以砼梁的抗弯刚度比型钢梁大很多。就是说型钢梁只能分担一部分组合构件的弯矩，钢筋砼梁承担的弯矩比较大。因为砼梁特别是梁底对裂缝宽度的要求比较高，所以钢筋砼梁的高度限定了砼梁也承受不了很大的弯矩，所以将次梁设为沿大跨度方向布置是没有办法的办法。

我司认为对于这种对裂缝有特殊要求的大跨度楼面结构，采用有粘结部分预应力结构是比较合适的。一者采用后张法部分预应力结构梁的裂缝容易控制，因为后张法部分预应力结构在使用阶段的受拉区有预应力的预压应力，抵消了荷载引起的部分拉应力。二者采用后张法部分预应力结构的话二（a）类最大裂缝是按0.1mm控制的，梁的耐久性更加好。三者采用后张法部分预应力结构后有预应力的存在，不但高强度预应力筋能充分发挥出强度，非预应力筋也能充分发挥出其强度。而型钢砼组合梁的钢筋砼梁部分因为有裂缝要求能发挥出65%的强度就不错了。材料强度能充分发挥了，就能承受更大的荷载，所以经我们计算，将次梁转90°，搁框架梁上也是算得下来的，而且梁高可由2000改为1850。四者采用后张法部分预应力结构后经济性大大改善。结构折算厚度由0.577m/m²降低为0.332m/m²；预应力筋fy=1320，是钢筋实际发挥强度的1320/（360×0.65）=5.64倍，性价比大大提高；高烈度区结构自重越大，地震作用就越大，减小了结构自重，不但降低了非抗震构件的造价，更降低了抗震构件的造价；结构自重减小了，竖向构件、桩基础的造价都大大降低。

采用后张法部分预应力结构后楼面造价为0.332×1200=398元/m²。可能认为采用后张法部分预应力结构单方造价1200元够吗？按我司的经验由于高强钢筋性价比的提高，其单方造价不会比普通钢筋砼的高，设计得合理的话还低一些。估算这块节省造价（3012-398）×2050=5358700元=536万元。采用有粘结后张法部分预应力的方案图见图二。