框架支承与砖墙支承架空结构在屋顶花园中的应用比较

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  摘要:框架支承与砖墙支承是屋顶花园架空结构中常用的两种结构形式,而两者的适用条件尚未有一个清晰的标准。本文尝试从构造、力学、工艺、造价等方面进行分析比较,总结了两种架空结构形式的特性,得出结论砖墙支承架空结构更适合于屋顶园林工程。
  关键词:框架支承结构; 砖墙支承结构; 架空结构; 屋顶花园
  Abstract: the frame and brick wall support are two common structural form Roof garden overhead structure,and the applicable conditions of both does not have a clear standard. This paper tries to analyze thecomparison from the structure, mechanics, technology,cost, and summarizes the characteristics of two kinds ofoverhead structure, draws the conclusion brick wallsupporting overhead structure is more suitable for roofgarden project.
  Keywords: frame structure; brick wall supporting structure; overhead structure; Roof Garden
  中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  
  引言
  屋顶花园设计为营造地形,很多时候出现荷载超出屋面顶板原有设计荷载的情况。在不进行原有结构补强的情况下,施工图设计会考虑采用架空结构,掏空地形以下隐蔽的非必要填实的空间,以减轻屋面荷载。框架支承与砖墙支承是最常用的两种架空结构形式。由于结构形式的不同,在构造、力学与施工等方面都会有所差异,而这些差异最终引起造价的差异。成本控制在不影响效果的前提下,架空结构等隐蔽工程的投入控制显得尤其重要。为保证建筑的安全与正常使用,配合营造景观效果,保证施工效率,控制建造成本,有必要对屋顶花园的架空结构形式,特别是常用的框架支承与砖墙支承结构进行探讨与总结。
  1 构造原理的差异
  1.1 框架支承架空结构构造原理
  框架支承架空结构,是由钢筋混凝土板、梁、柱组成承重结构体系。立柱方式有两种:承台立柱(图1)和植筋立柱(图2)。承台立柱是在顶板上直接捣制承台作为基础,柱连接承台和梁,把荷载传递给顶板;植筋立柱是把柱体主筋直接植入顶板原有柱体或梁体内,架空结构荷载不经过顶板直接传至顶板柱或梁。
  
  图2 植筋基础 图1 承台基础
  
  1.2 砖墙支承架空结构构造原理
  砖墙支承架空结构,由承重砖墙和钢筋混凝土板组成承重结构体系。承重砖墙直接砌筑在顶板或顶板梁上,荷载经由砖墙传至顶板或梁柱。(图3)
  
  图3 砖基础
  
  2力学原理的差异
  2.1承台基础架空结构的力学原理
  采用承台基础,前提是把顶板作为一个整体的受力面考虑。顶板肋梁的位置不作为基础的定位影响因素。架空结构所承托的荷载通过板传至梁,再经柱传给承台,最后传到顶板。 力传递关系以及各阶段相应的荷载形式可简化传递式为:板(均布荷载)» 梁(线性荷载)»柱(点式荷载)»承台(均布荷载)»顶板柱梁(点式荷载)。承台所传递的荷载在顶板局部范围属均布荷载,而对整块顶板而言则是点式荷载。荷载对梁板的应力较集中,承点式分布。基础设基础梁保证基础的稳定性。(图4)
  
   图4 承台基础架空结构平面
  2.2 植筋柱基础架空结构的力学原理
  采用植筋柱基础,顶板不作为直接受力面,柱与顶板肋梁成为主要承力构件,顶板柱梁的位置直接影响到植筋柱基础的定位。力传递关系与承台基础相似,传递式可简化为:板(均布荷载)» 梁(线性荷载)»柱(点式荷载)»顶板柱梁(点式荷载)。荷载对顶板梁柱的应力大而且集中,承点式分布。基础不设基础梁,利用原有顶板梁加强基础的稳定性。(图5)
  
  图5 植筋柱基础架空结构平面
  2.3 砖基础架空结构的力学原理
  砖基础为条形基础,顶板与梁都可作为直接受力面。建筑顶板的柱距常在8米左右,次梁纵距在4米左右。假设架空板以单向板,板宽在2.5米左右较为理想,则砖基础会有一半以上在顶板上砌筑。传递式可简化为:板(均布荷载)» 砖墙(线性荷载)»砖基础(线性荷载)»顶板和梁(线性荷载)。荷载对梁板的应力较为均匀,承线性分布。(图6)
  
  图6 砖基础架空结构平面
  2.4 小结
  承台基础、植筋柱基础和砖基础是园林架空中最为常用的三种基础形式,与顶板的受力形式密切相关。从架空荷载传递的最后一级可以看出,只有砖基础所传递的荷载为线性,较为均匀,不产生力较为集中的点式荷载,对顶板的受力体系是有利的。
  
  3工程技术的差异
  3.1工艺流程的差异
  钢筋混凝土工程的施工程序:1备料—2放线—3绑扎钢筋—4架立模板—5搅拌级配混凝土—6浇注混凝土—7振捣混凝土—8凝固养护—9拆除模板—10养护
  砖砌体工程的施工程序:1备料—2放线—3搅拌级配砂浆—4砌筑墙体—5养护
  砖砌体工程的工序相对简单,比钢筋混凝土工程工序明显省去绑扎钢筋、架立模板、凝固养护、拆除模板等工序。这些工序通常占据了钢筋混凝土整个工序的大部分时间,工序的差异会导致工期的明显差异。
  3.2基础选型的差异
  钢筋混凝土可模性大,柱基础可根据计算设计成相应大小的承台以适应顶板的承载能力,植筋柱与承台柱也可根据实际需要设计成各种尺寸的截面。砖的可模性相对较小。在园林架空结构应用上,砖基础的只能选择条形基础,截面限制在120mm、180mm、240mm以及370mm等尺寸。
  3.3 养护原理的差异
  《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002)规定,混凝土浇筑完毕后的12小时以内,应对混凝土进行覆盖和浇水,浇水养护的时间,对于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥,浇水保湿应不少于7天。混凝土的强度随养护龄期的加长而提高,28天方可达到设计的强度等级。可见,混凝土的养护时间最少需要28天,28天后才能正常使用。而砖墙在砌筑后,虽然砂浆需要28天后才达到抗压设计强度,但砖墙的强度主要取决于砖的强度,在砂浆达到强度要求前,砖墙的强度基本能满足园林架空结构的使用要求。可以简单地理解为,砖墙是可以砌筑后马上使用,使用和养护可同步进行。
  3.4 小结
  在园林架空结构应用中,砖砌体在工艺上虽然基础选型的灵活性不如钢筋混凝土,但从工艺流程以及养护原理分析,作为主要承力构件砖砌墙体比钢筋混凝土柱在投入使用的時间上显得更为优越。
  4 15mx15m架空平台工程造价比较
  4.1 框架结构架空平台
  如图7,假设15mx15m架空平台采用双向板框架结构,柱距2950mm,平台高1.5m,柱截面尺寸250mmx250mm,承台尺寸800mmx800mmx200mm,梁截面尺寸200mmx300mm,板厚100mm。由此计得,混凝土工程量:46.99 m3外维护砖墙工程量:13.61 m3
  根据全国统一建筑工程基础定额,定额编号5-8,C25钢筋混凝土独立柱基础基价248.89元/ m3,算得主体结构总造价:11694.35元
  根据定额编号4-1,砖基础基价165.13元/ m3 算得外维护墙造价:2247.09元
  总造价:11694.35+2247.09=13941.44元
  4.2 砖混结构架空平台
  如图8,假设15mx15m架空平台采用单向板砖混结构,砖墙截面宽180mm,墙中线距离2500mm,板厚100mm厚,板长宽比1:3。由此算得混凝土板工程量:22.5 m3,砖墙工程量: 36.510 m3
  根据全国统一建筑工程基础定额,定额编号5-8,C25钢筋混凝土独立柱基础基价248.89元/ m3,算得板造价5600.03元;根据定额编号4-1,砖基础基价165.13元/ m3算得砖墙造价6028.90元;总造价: 11628.93元
  4.3 小结
  相同面积相同标高的平台,两种架空形式主体结构造价十分相近,只相差0.3%。框架支承架空结构必需配套周边维护砖墙,维护砖墙造价约占主体结构造价的20%。砖墙支承架空结构维护砖墙同时也是承重墙,总造价已含维护砖墙部分。因此,框架支承架空结构总造价比砖墙支承架空结构约高出20%。
  5 结论
  1)框架支承结构整体性较强,特别是植筋基础,与原建筑结构能很好的结合。但结构的布置容易受原有建筑结构板梁柱的分布位置所影响。相反,砖基础的整体性较差,但在顶板有足够的承载能力的前提下,结构布置相对较灵活,不受原结构梁柱的分布限制。
  2)两种结构形式在工艺流程、基础选型和养护方面都有明显的差异,综合起来最终对结构投入使用的时间产生差异。砖墙支承结构能更早的投入使用,如果架空板用预制板,工期缩短至少28天。
  3)两种结构形式的主体结构造价惊人的相近,只相差0.2%,若考虑维护结构,两者造价相差20%,砖墙支承结构综合造价更低。
  
  
  图7 15mx15m框架支承结构平面图8 15mx15m砖墙支承结构平面
  
  参考文献
  [1]混凝土结构设计规范
  [2]建筑结构荷载规范
  
  作者信息:
  黄志华,毕业于仲恺农业技术学院,大学本科学历,风景园林设计工程师职称,现任职于广州普邦园林股份有限公司
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