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【摘 要】 大量的多层及高层建筑采用钢筋混凝土框架结构，从建筑使用的角度出发，往往采用较大的柱网尺寸，而如何选择合理的楼盖结构方案对工程总造价影响很大。本文结合某框架结构工程实例，对拟采用的四种楼盖结构布置方案进行了对比分析与探讨，可供同类工程参考。
【关键词】 钢筋混凝土；框架结构；楼盖；宽扁梁
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编码：1672-2442（2014）10-0055-05
Comparison and Selection of Structural Scheme
of A Reinforced Concrete Framefloor
Liu Jun
（China Coal Science and Industry Group Chongqing Design & Research
Institute Co.， Ltd.，Chengdu 610000，China）
Abstract： The multilayer and a large number of high-rise buildings with reinforced concrete frame structure， from the point of view of building the use angle， often with large column grid， and how to choose the reasonable scheme of floor structure has great influence on the total cost of the project. In this paper， combining with the engineering example of a frame structure， four kinds of layout floor structure scheme proposed was analyzed and compared， which to offer a reference for similar engineering.
Keywords：project site visa management； cost audit angle； analytical study
0 前言
钢筋混凝土框架结构特别适合于办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房以及住宅类建筑中采用[1]。从建筑使用的角度出发，往往希望采用较大的柱网尺寸，而且当前许多的多、高层建筑中的柱网尺寸已经达到8.4 m×8.4 m或者更大。随着柱网尺寸的加大，楼板厚度以及梁、柱截面尺寸增大，材料用量增多，可能不经济，这些都是进行结构布置时需要综合考虑的问题。而楼盖作为主要的水平承重结构，起着承受竖向荷载和传递水平荷载的作用，其造价约占土建总造价的20%～30%，所用结构材料占整个结构材料总量的50%左右，能否合理、经济地选择楼盖结构体系对工程总造价影响很大。对高层建筑而言，在满足结构规范条件下，合理的楼盖结构方案还可以降低层高，在有限高度内合理增加层数，从而取得更好的综合经济效益[2]。
常用的钢筋混凝土楼盖结构形式有单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖、宽扁梁楼盖等。下面结合工程实例，对拟采用的四种楼盖结构方案进行对比和分析[3-4]。
1 工程实例
1.1 工程概况
本工程为成都某工业企业职工活动中心，总建筑面积3681.54 m2，建筑地面3层，层高5.0 m，主体总高度15.6 m。结构为全现浇钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别属丙类，建筑结构安全等级二级，设计使用年限50年。建筑场地Ⅱ类，基础持力层为粘土层，采用柱下独立基础。
本工程的建筑平面规则，主要柱网尺寸为8.1 m×8.1 m，柱截面尺寸设计为550 mm×550 mm。混凝土等级统一采用C30，梁、柱受力钢筋选用HRB400级，板中受力钢筋、箍筋及构造钢筋选用HRB400级。
1.2 楼盖结构方案与结构计算
计算分析选用PKPM软件中的SATWE，即中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件，采用空间杆单元模拟梁和柱，并考虑剪切变形的影响；结合实际情况，采用无限刚性楼板假定。
（1）单向板肋梁楼盖（方案一）
该方案标准层的结构布置如图1所示，梁、板的截面尺寸为：横向主梁截面设计为350 mm×750 mm；纵向主梁截面设计为300 mm×700 mm；次梁截面设计为250 mm×550 mm；楼板厚度为100 mm。
（2）双向板肋梁楼盖（方案二）
该方案标准层的结构布置如图2所示，梁、板的截面尺寸为：框架主梁截面均设计为300 mm×700 mm；次梁截面均设计为250 mm×500 mm； 楼板厚度为120 mm。
（3）井式楼盖（方案三）
该方案标准层的结构布置如图3所示，梁、板的截面尺寸为：横向及纵向主梁截面均设计为300 mm×700 mm；横向及纵向次梁截面均设计为250 mm×450 mm；楼板厚度为100 mm。
（4）宽扁梁楼盖（方案四）
该方案标准层的结构布置如图4所示，梁、板的截面尺寸如下：中框架宽扁梁截面设计为800 mm×500 mm；边框架宽扁梁截面设计为650 mm×500 mm；考虑经济性及施工方便，次梁截面设计为250 mm×450 mm；楼板厚度为100 mm。为便于宽扁梁楼盖方案与前述三种方案进行对比，采用统一设计净高4.25 m，故方案四设计层高为4.75 m。 2.3 主要计算结果汇总
主要计算结果见表1和表2，表中的各种材料的单方造价（只含直接费） 为：混凝土290元/ m3 ；普通钢筋6200元/ t 。
注： 1）单方造价合计一项均按40元/m2加入了模板的单方造价；2）L为梁的跨度。
注：以单向板肋梁楼盖的材料用量为1.0进行材料用量对比。
表1 单方经济指标汇总
[方案＼&混凝土
用量/mm3＼&造价/元＼&钢筋
用量
/kg＼&造价
/元＼&合计
/元＼&最大
挠度＼&方案一＼&231＼&66.99＼&30.67＼&190.15＼&297.14＼&L/890＼&方案二＼&248＼&72.10＼&32.37＼&200.69＼&312.79＼&L/900＼&方案三＼&241＼&69.89＼&33.63＼&208.51＼&318.40＼&L/947＼&方案四＼&262＼&76.20＼&39.88＼&247.26＼&363.46＼&L/752＼&]
2.4 计算结果分析
（1） 通过采用SATWE计算的结果可知，上述四种楼盖结构方案在地震及风荷载下楼层层间位移、周期比值及刚重比等指标均能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（J GJ 3 -2010） 和《建筑抗震设计规范》（ GB 50011 - 2010） 的要求，说明这四种楼盖结构方案从结构设计角度来说均可行的。
（2）单从土建造价来看，方案一为297.14元/m2，以方案一为基准，方案二增加5.3%；方案三增加7.2%；方案四增加22.3%。土建造价以方案一最省，以方案四最不利。
（3）方案二与方案三各项材料指标都非常接近，但方案三为井式楼盖，在跨度相同的情况下，其最大挠度最小。实际工程中，当柱网尺寸较大（如9～12 m左右），采用井式楼盖可以保证楼盖梁截面尺寸较小，同时又能满足挠度控制限值的要求。
（4）土建造价最高的是宽扁梁楼盖，这与实际工程是相符合的。宽扁梁混凝土及钢筋用量均超出其它普通楼盖梁30%左右，单从结构经济角度上讲，没有可比性。但作为一种较新的楼盖体系，当柱网尺寸较大时，由于梁高的减小，在保证建筑净高合理的情况下，层高可适当减小，这样每10～12层就可多建一层；梁宽加大则可以改善原框架梁柱节点区钢筋密集，不利于混凝土浇筑的状况，确保优良的施工质量，取得较好的综合经济效益。此外，据文献[3]可知，由于宽扁梁框架节点受力复杂，工作特性明显不同于普通框架节点，节点破坏经历了从外核心区破坏到内核心区破坏这一过程，具有更好的延性和变形能力，是一种良好的抗震结构。
3 结论
通过上述的对比分析，该工程最终采用了单向板肋梁楼盖进行施工。由于未考虑采用预应力混凝土，该工程楼盖结构方案的比选有一定的局限性。此外，在实际工程中，有可能一栋建筑的房间布置方式多样，在主楼和裙楼间的柱网布置方式迥异，而高层建筑中转换层结构也与标准层完全不同，在这些情况下都可以是用多种楼盖方式组合，达到最优效果。
随着科技的进步，施工水平和施工技术的不断提高，必将不断出现更新型及更具有创新意义的结构形式，而结构的合理选型和实际工程的应用势必带来巨大的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 沈蒲生.混凝土结构设计（第2版）.北京：高等教育出版社.2005（6）：181-182.
[2] 刘再扬，于明伟.某框架-核心筒楼盖结构方案的比选.工业建筑. 2007，37（01）：340-344.
[3] 郭文华，王峰.某纸库宽扁梁框架的设计与施工.山西建筑. 2001，27（1）：16.
[4] 多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE用户手册及技术条件.中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.2010，18-21.
【关键词】 钢筋混凝土；框架结构；楼盖；宽扁梁
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编码：1672-2442（2014）10-0055-05
Comparison and Selection of Structural Scheme
of A Reinforced Concrete Framefloor
Liu Jun
（China Coal Science and Industry Group Chongqing Design & Research
Institute Co.， Ltd.，Chengdu 610000，China）
Abstract： The multilayer and a large number of high-rise buildings with reinforced concrete frame structure， from the point of view of building the use angle， often with large column grid， and how to choose the reasonable scheme of floor structure has great influence on the total cost of the project. In this paper， combining with the engineering example of a frame structure， four kinds of layout floor structure scheme proposed was analyzed and compared， which to offer a reference for similar engineering.
Keywords：project site visa management； cost audit angle； analytical study
0 前言
钢筋混凝土框架结构特别适合于办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房以及住宅类建筑中采用[1]。从建筑使用的角度出发，往往希望采用较大的柱网尺寸，而且当前许多的多、高层建筑中的柱网尺寸已经达到8.4 m×8.4 m或者更大。随着柱网尺寸的加大，楼板厚度以及梁、柱截面尺寸增大，材料用量增多，可能不经济，这些都是进行结构布置时需要综合考虑的问题。而楼盖作为主要的水平承重结构，起着承受竖向荷载和传递水平荷载的作用，其造价约占土建总造价的20%～30%，所用结构材料占整个结构材料总量的50%左右，能否合理、经济地选择楼盖结构体系对工程总造价影响很大。对高层建筑而言，在满足结构规范条件下，合理的楼盖结构方案还可以降低层高，在有限高度内合理增加层数，从而取得更好的综合经济效益[2]。
常用的钢筋混凝土楼盖结构形式有单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖、宽扁梁楼盖等。下面结合工程实例，对拟采用的四种楼盖结构方案进行对比和分析[3-4]。
1 工程实例
1.1 工程概况
本工程为成都某工业企业职工活动中心，总建筑面积3681.54 m2，建筑地面3层，层高5.0 m，主体总高度15.6 m。结构为全现浇钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别属丙类，建筑结构安全等级二级，设计使用年限50年。建筑场地Ⅱ类，基础持力层为粘土层，采用柱下独立基础。
本工程的建筑平面规则，主要柱网尺寸为8.1 m×8.1 m，柱截面尺寸设计为550 mm×550 mm。混凝土等级统一采用C30，梁、柱受力钢筋选用HRB400级，板中受力钢筋、箍筋及构造钢筋选用HRB400级。
1.2 楼盖结构方案与结构计算
计算分析选用PKPM软件中的SATWE，即中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件，采用空间杆单元模拟梁和柱，并考虑剪切变形的影响；结合实际情况，采用无限刚性楼板假定。
（1）单向板肋梁楼盖（方案一）
该方案标准层的结构布置如图1所示，梁、板的截面尺寸为：横向主梁截面设计为350 mm×750 mm；纵向主梁截面设计为300 mm×700 mm；次梁截面设计为250 mm×550 mm；楼板厚度为100 mm。
（2）双向板肋梁楼盖（方案二）
该方案标准层的结构布置如图2所示，梁、板的截面尺寸为：框架主梁截面均设计为300 mm×700 mm；次梁截面均设计为250 mm×500 mm； 楼板厚度为120 mm。
（3）井式楼盖（方案三）
该方案标准层的结构布置如图3所示，梁、板的截面尺寸为：横向及纵向主梁截面均设计为300 mm×700 mm；横向及纵向次梁截面均设计为250 mm×450 mm；楼板厚度为100 mm。
（4）宽扁梁楼盖（方案四）
该方案标准层的结构布置如图4所示，梁、板的截面尺寸如下：中框架宽扁梁截面设计为800 mm×500 mm；边框架宽扁梁截面设计为650 mm×500 mm；考虑经济性及施工方便，次梁截面设计为250 mm×450 mm；楼板厚度为100 mm。为便于宽扁梁楼盖方案与前述三种方案进行对比，采用统一设计净高4.25 m，故方案四设计层高为4.75 m。 2.3 主要计算结果汇总
主要计算结果见表1和表2，表中的各种材料的单方造价（只含直接费） 为：混凝土290元/ m3 ；普通钢筋6200元/ t 。
注： 1）单方造价合计一项均按40元/m2加入了模板的单方造价；2）L为梁的跨度。
注：以单向板肋梁楼盖的材料用量为1.0进行材料用量对比。
表1 单方经济指标汇总
[方案＼&混凝土
用量/mm3＼&造价/元＼&钢筋
用量
/kg＼&造价
/元＼&合计
/元＼&最大
挠度＼&方案一＼&231＼&66.99＼&30.67＼&190.15＼&297.14＼&L/890＼&方案二＼&248＼&72.10＼&32.37＼&200.69＼&312.79＼&L/900＼&方案三＼&241＼&69.89＼&33.63＼&208.51＼&318.40＼&L/947＼&方案四＼&262＼&76.20＼&39.88＼&247.26＼&363.46＼&L/752＼&]
2.4 计算结果分析
（1） 通过采用SATWE计算的结果可知，上述四种楼盖结构方案在地震及风荷载下楼层层间位移、周期比值及刚重比等指标均能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（J GJ 3 -2010） 和《建筑抗震设计规范》（ GB 50011 - 2010） 的要求，说明这四种楼盖结构方案从结构设计角度来说均可行的。
（2）单从土建造价来看，方案一为297.14元/m2，以方案一为基准，方案二增加5.3%；方案三增加7.2%；方案四增加22.3%。土建造价以方案一最省，以方案四最不利。
（3）方案二与方案三各项材料指标都非常接近，但方案三为井式楼盖，在跨度相同的情况下，其最大挠度最小。实际工程中，当柱网尺寸较大（如9～12 m左右），采用井式楼盖可以保证楼盖梁截面尺寸较小，同时又能满足挠度控制限值的要求。
（4）土建造价最高的是宽扁梁楼盖，这与实际工程是相符合的。宽扁梁混凝土及钢筋用量均超出其它普通楼盖梁30%左右，单从结构经济角度上讲，没有可比性。但作为一种较新的楼盖体系，当柱网尺寸较大时，由于梁高的减小，在保证建筑净高合理的情况下，层高可适当减小，这样每10～12层就可多建一层；梁宽加大则可以改善原框架梁柱节点区钢筋密集，不利于混凝土浇筑的状况，确保优良的施工质量，取得较好的综合经济效益。此外，据文献[3]可知，由于宽扁梁框架节点受力复杂，工作特性明显不同于普通框架节点，节点破坏经历了从外核心区破坏到内核心区破坏这一过程，具有更好的延性和变形能力，是一种良好的抗震结构。
3 结论
通过上述的对比分析，该工程最终采用了单向板肋梁楼盖进行施工。由于未考虑采用预应力混凝土，该工程楼盖结构方案的比选有一定的局限性。此外，在实际工程中，有可能一栋建筑的房间布置方式多样，在主楼和裙楼间的柱网布置方式迥异，而高层建筑中转换层结构也与标准层完全不同，在这些情况下都可以是用多种楼盖方式组合，达到最优效果。
随着科技的进步，施工水平和施工技术的不断提高，必将不断出现更新型及更具有创新意义的结构形式，而结构的合理选型和实际工程的应用势必带来巨大的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 沈蒲生.混凝土结构设计（第2版）.北京：高等教育出版社.2005（6）：181-182.
[2] 刘再扬，于明伟.某框架-核心筒楼盖结构方案的比选.工业建筑. 2007，37（01）：340-344.
[3] 郭文华，王峰.某纸库宽扁梁框架的设计与施工.山西建筑. 2001，27（1）：16.
[4] 多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE用户手册及技术条件.中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.2010，18-21.