现浇钢筋混凝土单向板经济性分析

王士波　王瑞强　高宇璇　金松浩

(延边大学工学院，吉林延吉　133002)



现浇钢筋混凝土单向板经济性分析

王士波王瑞强高宇璇金松浩*

(延边大学工学院，吉林延吉133002)

摘要:采用PKPM软件建立了现浇钢筋混凝土楼板结构模型，统计了现浇钢筋混凝土单向板的用钢量和混凝土用量，得到了该结构单向板板厚、混凝土强度等级和跨度的经济组合规律，为单向板的经济设计提供了参考。

关键词:钢筋混凝土，单向板，板厚，跨度

在混凝土工程中，钢筋混凝土现浇楼板的造价在总造价中占有很大的比例，为响应国家节能减排和可持续发展的战略，我们便考虑是否可以通过对现浇混凝土楼板结构中单向板的板厚、混凝土强度等级和跨度的组合的优化来节约资源、保护环境和降低造价。通过初步调查，有资料［1-6］表明现浇钢筋混凝土单向板在设计时混凝土强度等级、跨度、板厚等组合是多种多样的。为进一步研究，本文使用软件对现浇钢筋混凝土单向板用钢量和混凝土用量进行统计，进而得出现浇钢筋混凝土单向板板厚、混凝土强度等级和跨度的组合规律［6］，为单向板的经济设计提供参考。

1　方案设计及方法

1．1研究方案设计

本研究采用PKPM软件通过建模，对短跨跨度范围:1．5 m～3．3 m(长跨是短跨的3倍)，跨度变化间隔为0．3 m的7组跨度的单向板;厚度范围:60 mm～200 mm，厚度变化间隔为20 mm;混凝土等级:C20～C45;钢筋等级统一取HRB335进行对比分析。按照《混凝土结构设计规范》的要求“钢筋混凝土单向板的跨厚比不大于30”，但分析数据的时候板厚均从60 mm起算，其目的是更明显的显示出其中的规律性。

1．2设计方法

本研究使用PKPM软件建立如图1所示的6个尺寸相同的楼板结构。模型中的柱尺寸取400 mm×400 mm，梁高取1/12跨度，建模过程中选择自动计算现浇楼板自重，对面层和抹灰统一取1．5 kN/m2，活荷载按照规范取2．0 kN/m2，算出钢筋总用量，折算为单位面积钢筋用量。经过市场调查得到本地区各强度等级混凝土价格如表1所示。

表1　某地区各强度等级混凝土价格表　元/m3

将上述价格代入下式:单位面积造价=单位面积混凝土用量×相应等级混凝土单价+单位面积钢筋用量×钢筋单价，最后对所有收集到的数据进行列表制图分析，得出最终结论。

2　分析与讨论

2．1混凝土用量分析

从图2中可以看出单位面积混凝土造价随板厚的变化单一，随着板厚的增大，单位面积混凝土造价直线上升。

2．2钢筋用量分析

1)板厚对单位面积钢筋造价的影响。楼板跨度为1．5 m时的不同混凝土强度等级下的单位面积钢筋价格随板厚的变化如图3所示。从图3可以看出在板厚小于120 mm时，单位面积钢筋造价基本不变，板厚不小于120 mm以后钢筋造价几乎呈直线上升趋势，原因在于板厚小于120 mm时，配筋量主要受荷载的影响，当板厚不小于120 mm时，按照荷载配得的钢筋不满足构造要求，PKPM软件自动按照构造要求配置钢筋，导致板厚大于120 mm时单位面积钢筋造价呈直线上升。另外跨度为1．8 m和2．1 m的楼板也有相同的规律。

图1　结构模型

图2　单位面积混凝土造价随板厚变化图

楼板跨度为2．4 m时，单位面积钢筋造价随板厚的变化如图4所示。从图4中明显看出在板厚不大于100 mm时曲线是下降的，在大于100 mm时是升高的，其原因是板厚小于100 mm时，随着板厚的增加需要的钢筋用量减少，板厚在120 mm之后时，PKPM软件按构造要求配筋，所以随着板厚的增加，单位面积钢筋造价呈直线上升的趋势，另外跨度为2．7 m的楼板也有相同的规律。

图3　1.5 m跨单位面积钢筋造价随板厚变化图

图4　2.4 m单位面积钢筋造价随板厚变化图

图5是跨度为3．0 m时单位面积钢筋造价随板厚的变化图，从图中明显可以看出曲线有先下降后升高的变化。

图6是跨度为3．3 m时单位面积钢筋造价随板厚的变化图，从图中可以看出最低点已经变为120 mm。

综上可见在研究的范围内板厚的经济厚度为100 mm～120 mm。

图5　3.0 m单位面积钢筋造价随板厚变化图

图6　3.3 m单位面积钢筋造价随板厚变化图

2)跨度对单位面积钢筋造价的影响。为得出最经济的板跨，从实验数据中挑出具有代表性的组合C25＆100，C25＆120，C30＆100，C30＆120，C35＆100，C35＆120，因为混凝土强度等级为C20和C25的单位面积钢筋造价相同，所以图7中只取C25为代表，又因为混凝土强度等级为C30和C35时单位面积钢筋造价在图中处于中间位置，可以代表低强度和高强度的混凝土，故选择C30和C35为代表;因为单位面积钢筋造价的最低点全都出现在板厚为100 mm～120 mm之间，所以图中选择100 mm～120 mm板厚为代表，画出单位面积钢筋造价随板跨的变化，如图7所示。从图7中可以看出曲线有明显的下降区段、平缓区段和上升区段，所以图7中板跨为2．1，2．4和2．7时价格最低，是最经济的板跨选择。

2．3造价分析

1)板厚对单位面积造价的影响。各个跨度的单位面积造价变化主要受混凝土造价的影响，通过对数据的分析，得出两种变化趋势图，见图8和图9。

图7　单位面积钢筋造价随板跨变化图

图8　1.5 m单位面积造价随板厚变化图

图8为跨度为1．5 m时单位面积造价随板厚的变化图，板厚不大于120 mm的斜率较板厚不小于120 mm的小，其原因为板厚不大于120 mm时，单位面积钢筋造价随板厚的增大几乎不变，而板厚不小于120 mm时，单位面积钢筋造价随板厚的变化是上升的，这样再加上混凝土价格随板厚的增大而增大，即呈现上述规律。跨度为1．8 m的时候也有相同的规律。

图9为跨度为2．4 m时单位面积造价随板厚的变化图，呈现先缓慢上升，后急速上升规律，与1．5 m跨度的不同在于板厚不大于120 mm时，曲线上升的斜率更小，小于单位面积混凝土造价随板厚增大而增大的斜率，其原因是板厚不大于120 mm时单位面积钢筋造价随板厚的增加而减小。在跨度为2．1 m～3．3 m的时候都呈相同规律。

2)跨度对单位面积造价的影响。图10中取了具有代表性的板厚和混凝土强度组合进行分析，混凝土强度和板厚的取法与图7的取法相同，从图10中可以看出在2．1 m～2．7 m这个范围内，每条曲线都有最低点，与单位面积钢筋造价随跨度变化的趋势相同。

图9　2.4 m单位面积造价随板厚变化图

图10　单位面积造价随跨度变化图

3　结语

本文通过对PKPM软件得出的数据进行分析，并从获得的有关现浇钢筋混凝土单向板造价变化的规律中得出如下几条结论:

1)现浇钢筋混凝土单向板中混凝土强度的选择宜在满足受力和构造要求的前提下选择最低混凝土强度等级。

2)现浇钢筋混凝土单向板中最经济的板跨为2．1 m～2．7 m。

3)现浇钢筋混凝土单向板中最经济的板厚为100 mm～120 mm(此厚度为在板跨为最经济板跨时，当板跨不在经济跨度范围内时，宜选择满足要求的最小板厚)。

参考文献:

［1］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］．

［2］沈蒲生．混凝土结构设计［M］．北京:高等教育出版社，2012．

［3］张望喜，张载．钢筋混凝土单向区格板经济厚度研究［J］．建筑结构，2013，43(sup):681-683．

［4］周艳．混凝土框架结构多种楼盖结构形式的经济性比较［D］．广州:华南理工大学工程硕士学位论文，2012:10．

［5］蒋利学．竖向荷载作用下带现浇楼板的连续梁受力性能试验研究［J］．工业建筑，2009，39(11):62-67．

［6］Shahrooz B M，Mochle J P．Evaluation of Performance of Reinforced Concrete Frames［J］．Joumal of Structural Engineering of ASCE，1990，116(5):1403-1422．

·岩土工程·地基基础·

On economic analysis of cast-in-place reinforced concrete one-way slabs

Wang ShiboWang RuiqiangGao YuxuanJin Songhao*
(College of Engineering，Yanbian University，Yanji 133002，China)

Abstract:The paper adopts PKPM software to establish the cast-in-place reinforced concrete floor structure model，has the statistics about the steel quantity and concrete volume of the one-way slab of the cast-in-place reinforced concrete，and concludes the economical combination law for the one-way slab thickness，concrete stiff gradation，and span，so as to provide some reference for the design of the one-way slab．

Key words:reinforced concrete，one-way slab，floor thickness，span

通讯作者:金松浩(1969-)，男，讲师

作者简介:王士波(1992-)，男，在读本科生

收稿日期:2015-10-24

文章编号:1009-6825(2016)01-0066-02

中图分类号:TU723．3

文献标识码:A