​一、工程概况

本工程现为方案阶段，地上十一层，层高4m；地下一层，层高6m；地下二层，层高4m。原设计地下室顶板为普通框架主次梁结构，地下一层为普通框架主次梁结构，底板为柱墩筏板基础。江苏开来预应力工程有限公司运用“有粘结预应力板”专利技术将其全部改为预应力设计方案。选择某项目地下室6x6跨（2/01轴~9轴交3/0A轴~D轴间）作为设计范围进行分析。如图1.1及图1.2所示：

图1.1 方案设计区域示意图（图中粉色填充区域）

图1.2 选取6*6跨柱网

二、设计方案

2.1 设计依据

本工程预应力设计方案遵循以下原则：

在现有技术基础上，用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求，包括安全性、适用性、耐久性。

2.2 设计依据

1） 甲方提供的地库图纸；

2）《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010（2015版）；

3）《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012；

4）《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010。

2.3 设计软件的选择

普通方案设计采用的结构设计软件是PKPM、YJK。我司采用的是美国CSI公司开发研制的ETABS和SAFE软件，它将有限元分析理论完整的应用到结构分析设计过程中，分析结果经多次设计及施工实践证明其更接近实际受力情况，是一种分析和设计底板和楼板的强有力的工具。

2.4 设计荷载取值

预应力方案荷载设计值与普通方案一致，设计范围内地下室顶板室外附加恒载34KN/m²，室内附加恒载2KN/m²，活载4KN/m²，自重另计，局部线载。地下室负一层附加恒载2KN/m²，活载4KN/m²，自重另计，局部线载。地下室抗浮水位取室外地坪以下3.5m，室外地坪相对标高-0.100m，底板板面相对标高-10.000m。

2.5 设计方案的制定

根据本工程的自身受力特征，我司针对设计区域制定了预应力方案。

地下室顶板：原设计采用框架主次梁结构，现改为预应力梁板结构。预应力梁尺寸为X向0.3m*0.4m、0.8m*0.5m、0.8m*0.7m，Y向0.3m*0.4m、0.3m*0.6m、0.6m*0.5m、0.6m*0.6m，板厚有180mm、200mm及250mm。具体配筋详第4节。

地下室负一层：原设计采用框架主次梁结构，现改为预应力无梁楼盖结构。预应力方案中柱帽平面尺寸为1.9m*1.9m，柱帽厚为350mm、380mm及450mm，板厚150mm、180mm、250mm。具体配筋详第4节。

地下室底板：原地下室底板采用柱墩筏板基础，现采用预应力柱墩筏板结构。

预应力方案采用C40混凝土，并采用有粘结钢绞线（基本参数为As=140mm²；fptk=1860MPa；σcon=0.75fptk=1395Mpa）；普通钢筋选用三级钢，fy=360MPa。

三、分析设计过程

3.1 建立SAFE及ETABS模型

方案有限元结构模型如图3.1.1~图3.1.3所示。

图3.1.1 地下室顶板SAFE模型平面布置图

图3.1.2 地下室负一层SAFE模型平面布置图

图3.1.3 地下室底板ETABS模型平面布置图

3.2 变形图

模型输入预应力筋后运行，生成的变形图如3.2.1a及3.2.1d所示。

图3.2.1a 地下室顶板在标准组合下变形图

图3.2.1b地下室负一层在标准组合下变形图

图3.2.1c地下室底板在基底压力控制下变形图

图3.2.1d地下室底板在水浮力控制下变形图

四、设计方案

普通方案及预应力方案配筋如表4.1、表4.2及表4.3所示。

表4.1地下室顶板普通方案及预应力方案配筋

表4.2地下室负一层普通方案及预应力方案配筋

表4.3地下室底板普通方案及预应力方案配筋

五、造价对比

依据南通市建筑工程消耗量平均标准，各材料综合费用取值如下：钢筋（≤12）含税综合单价6500元/吨，钢筋（14～25）含税综合单价6300元/吨,钢筋（＞25）含税综合单价6200元/吨。

C30砼含税综合单价650元/m³。C40砼顶板梁含税综合单价680元/m³。模板含税综合单价95元/m²。预应力钢筋综合费用18000元/吨。此综合费用包括人、材、机、各项规费、管理费以及税金等等。

具体工程量对比如下表所示：

表5.1普通方案与预应力方案工程量对比表

表5.2普通方案与预应力方案造价对比表

六、方案建议

由以上分析可得如下结论：

1、结构选型:

  地下车库顶板宜采用有粘结预应力宽扁梁加预应力大板的结构型式，中间层为了节约层高，应该采用有粘结预应力无梁楼盖，底板为了降低板厚和降低含钢量，应该选用有粘结预应力筏板。

2、经济性能：

采用预应力方案后，顶板直接造价降低为575元/m²，相对于原设计方案节省72元/m²；负一层直接造价降低为416元/m²，相对于原设计方案节省8元/m²；底板直接造价降低为988元/m²，相对于原设计方案节省196元/m²。负一层层高降低65cm，相对于原设计方案可节省195元/m²。若地下室全部采用预应力方案，相对于原设计方案则可节省471元/m²。

地下室总面积为9183m²，当地下室整体采用预应力方案后，相对于原设计方案总共可节省432万元【本经济对比方案仅考虑钢筋、混凝土、模板（材料）所带来的直接经济效益，未考虑预应力带来的其他经济效益】。

3、使用性能:

预应力混凝土结构相对于一般结构形式，除具有良好的经济性外，还具有节约资源、施工方便、良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能等优势，不仅不增加工期，在安排合理的情况下，反而可以节省工期。