越秀北综合楼陶粒砌块及红砖在框架结构中设计对比.doc

越秀北综合楼陶粒砌块与红砖在框架结构中设计对比摘要：轻质粘土陶粒砌块（以下简称陶粒砌块）是一种轻质、隔热、防潮的新型墙体材料，在考虑抗震设防的广州地区陶粒砌块作为框架住宅综合楼的围护和内间墙更显出其质优价廉的优点。本文选择了一幢用陶粒砌块作间墙的八层框架结构住宅综合楼与同一幢改用红砖作间墙的楼房进行如下方面的对比：建筑使用面积与利用率，设计荷载，基础、梁柱内力和配筋，预算造价和材料用量等，以探讨陶粒砌块推广应用的途径。一、设计简介 1、建筑设计华穗厂越秀北综合楼的平面尺寸为23.326.4m，建筑面积为3906m2，首层为商场，层高4.5m；二层为办公室，层高3.5m ；三至八层为回迁住房及职工住宅，层高3m 。东面临马路，二层以上向外悬挑3 m ，其余各面悬挑1.5 m阳台。陶粒砌块楼的外墙、梯间墙、分户墙及首二层内分隔墙用190厚，其余内墙用90厚。天面用陶粒砼隔热层，楼地面水磨石，外墙水刷石局部贴玻璃马赛克，室内按中级标准装修。红砖对比楼采用180厚及120厚红砖分别代替190厚和90厚陶粒砌块。由于轴线尺寸不变，外皮尺寸减少2cm，总建筑面积为3897m2，天面采用架空大阶砖隔热层，其余均同陶粒砌块楼。2、设计荷载 综合楼的设计荷载按工业与民用建筑结构载规范（TJ9-74）取值，基本风压为50kg/m2。 陶粒砌块墙自重：190墙双面抹灰为210kg/m2，90墙双面抹灰为150kg/m2。 红砖墙自重：180墙双面抹灰为410 kg/m2，120墙双面抹灰为295 kg/m2。3、结构设计 根据地质钻探资料基础采用480沉管灌注桩，桩长812米，单桩容许承载力为50吨。 上盖结构采用钢筋混凝土框架结构，考虑以后加层故按九层框架设计，标准层结构平面采用广州住宅科研所编制的平面框架通用程序计算内力及配筋。材料用C18砼，、级钢，陶粒砌块用M7.5水泥砂浆砌结，180砖墙用M2.5混合砂浆，120砖墙用M5.0混合砂浆砌结。本工程考虑七度抗震设防。 二、计算结果及分析 1、使用面积与利用率 从表1两幢楼的建筑面积对比可知由于陶粒砌块墙体重量减少及内墙厚度减薄，因而墙柱所占的面积减少，亦即使用效率提高1%左右。又90厚内墙仅为120砖墙重量的一半，这可以在楼板上直接砌筑而不需设梁，为室内的灵活间隔提供方便，且有利于室内空间的装饰及美观。 表1 建筑面积及利用率对比红砖墙 陶粒砌块墙 陶砌块/红砖墙 陶砌红砖 红砖 建筑面积 3897 3906 1.0024 0.24% 墙柱面积 400.2 397 0.992 0.7996% 墙柱面积/建筑面积 0.1027 0.1016 0.9893 1.07% 2、设计荷载 由于陶粒砌块容量很轻，约650kg/m2，为红砖的1/3，而墙体包双面抹灰计算也只有砖墙重量的1/2。对于墙体较多的住宅建筑可以较大地减轻建筑物的自重。从表2可知陶粒砌块墙较之红砖墙每平方米建筑面积自重可减少14.86%。由于自重减少，地震力也相应减少，对结构抗震有利。表2 建筑物重量和桩数、桩承载力利用率对比(本表数据按九层考虑)红砖墙陶砌墙陶砌红砖总用量单方用景总用量单方用量红砖建筑面积4379m24389.6m2重量6432.1t1.467t/m25482.6 t1.249 t /m214.64%桩数157157/4379119119/4389.624.2%单桩承载力50 t50 t实际平均单桩荷载41 t46 t12.2%桩承载力利用率82%92%12.2%3、基础工程 表2列出了两幢楼的使用桩数及单桩承载力利用率的对比，由于陶粒砌块楼自重的减少，单柱荷载减少，单柱下桩数也减少，均少于9根及三排，故布桩容易，桩距较大，均可采用单柱桩承台。而采用红砖间墙时，单柱荷重较大，部分单柱承台下桩数9根，按规范规定，当承台桩数9根时，考虑群桩基础，需适当增加桩数，致使实际的平均单桩荷载只有41t，仅是设计单桩承载力的82%。该陶粒砌块楼总桩数较红砖楼减少达24.2%，单桩承载力利用率提高12.2%，效益是显著的，若原设计为八层红砖墙住宅楼改用陶粒砌块墙时可加建至九层而不需要加固基础。 4、梁柱内力及配筋 表3列出楼面次梁的内力及配筋对比情况，陶粒砌块楼次梁的内力及配筋由于墙重减少而明显减少约为20%，所以梁截面可适当减少。 表4列出了纵横三榀不同类型的框架梁的内力及配筋对比情况。轴为东西向带3米悬臂梁的九层四跨框架；轴为南北向带1.5米悬臂阳台九层三跨中间框架；轴为南北向无悬臂九层三跨边框架。从表中可看出陶粒砌块墙带悬臂的边跨梁的内力及配筋均有较大的减少达25%，中间跨梁的内力及配筋减少较小约510%，综合平均约减少15%。表3 次梁内力、配筋对比百分数连 续 梁 简 支 梁 合 计 跨中弯矩/Ag 支座弯矩/Ag 剪力 跨中弯矩/Ag 剪力 弯矩/Ag 剪力 对比百 分数 25 27.56 23.95 26.24 19.23 17.51 19.08 17.86 22.15 24.29 18.55 表4 框架梁内力、配筋对比百分数框架 轴线 1跨 2跨 3跨 4跨 跨中M Ag 支座M Ag Q 跨中M Ag 支座M Ag Q 跨中M Ag 支座M Ag Q 跨中M Ag 支座M Ag Q 23.23 23.02 24.96 25.29 14.48 8.97 11.36 18.86 18.72 12.53 20.84 24.21 23.66 23.74 25.67 15.46 12.8 20.8 12.94 19.3 13.62 16.37 13.9 5.08 11.36 10.7 13.88 12.08 12.32 14.34 15.52 5.5 11.76 14.61 10.92 16.24 13.77 17.19 2.45 10.38 4.09 23.44 15.2 12.12 16.98 14.24 2.57 11.38 25.04 15.84 跨中弯矩 配 筋 支座弯矩 配 筋 剪 力 综合平均值 14.71 15.41 15.63 15.96 15.52 注：对比百分数 陶粒砌块红砖 100% 红砖 表5 柱轴力、配筋、截面尺寸对比百分数角柱 边柱 中柱 合计 轴力 截面 尺寸 轴力 截面 尺寸 轴力 截面 尺寸 轴力 截面 尺寸 Ag Ag Ag Ag （ 减小百分数 陶砌红砖 红砖 ） 17% 7% 5.7% 18% 12.68% 17% 22.15% 14.86% 18.36% 19.05% 11.5% 13.7% 表5列出各种柱的截面，内力及配筋的对比情况，柱截面考虑抗震设计按轴压比0.7确定。表中可看到陶粒砌块楼的中柱截面，内力及配筋减少较大约1520%，而角柱减少较小约510%，平均约为15%。 由于陶粒砌块较之红砖轻得多，所以框架结构中梁柱的内力及配筋减少，该陶粒砌块综合楼梁柱截面及内力配筋较红砖楼约减少15%。 5、材料用量 根据两幢对比楼的施工图进行钢筋抽料及按施工预算定额计算材料用量。表6及7列出钢材、水泥、木材三大材料及砖、砂、石等主要地方材料的用量对比情况。陶粒砌块楼可节省钢材10%，水泥约8%，木材持平。主要地方材料可节省20%左右，每m2建筑面积约减少0.3吨。 由上可知陶粒砌块作间墙较之红砖可节省目前还不充裕的价格昂贵的钢材和水泥，对建造更多住宅以解决人民住房紧缺的问题有明显的经济效益和社会效益。再加上能大量减少地方材料的重量达0.3t/m2，一幢楼就可减少1000多吨材料，光是运输量的减少就很可观了。这对解决市内交通困难问题亦有明显的社会效益。6、造价 表8列出了两幢楼的预算造价对比情况（按广东省建筑工程算定额及1988年下半年广州地区材料价差调整进行计算）。表中可看出陶粒砌块楼总造价较红砖节省2%，其中基础工程节省较大约20%，上盖钢筋砼工程可节省5%，而砌体工程由于陶粒砌块价格较红砖贵及砌筑砂浆标号高致造价较红砖增加34%，但考虑到整个工程综合计算造价是可以节省的。由此可见应用陶粒砌块时应从开始设计考虑，从基础做起，不然到施工时才改用陶粒砌块代替红砖时会增加造价，除非因质量问题需卸荷时另议。 表6 三大材料用量对比普通粘土砖间墙 陶粒砌块间墙 分项工程用量 % 陶砖 % 总用量 单方用量 总用量 单方用量 总用量 砖 建筑面积 3896.6 Kg/ m2 3906 Kg/ m2 砖 陶 总 用 量 钢材 147.56 t 37.87 133.11 t 34.08 10% 水泥 818.98 t 210.2 758.27t 194.13 7.65% 木材(m3) 110.66 t 0.628 107.97 0.028 100% 基础 工程 钢材 19.8 t 5.1 14.43 t 3.7 13.47% 10.86% 27.45% 水泥 251.34 t 64.5 217.71 t 55.7 30.69% 28.71% 13.64% 木材(m3) 8.66 0.002 7.69 0.028 7.83% 7.12% 100% 上盖 工程 钢材 124.45 t 31.9 115.7 t 29.9 84.24% 86.35% 7.21% 水泥 336.48 t 86.4 311.93 t 79.9 41.09% 41.14% 7.52% 木材(m3) 99.74 0.026 98.04 0.025 90.13% 90.8% 3.85% 砌体 工程 钢材 0.66 t 0.64 t 水泥 25.62 t 6.6 27.99 t 7.2 3.13% 3.69% 9% 木材(m3) 0.94 1.5 1.04 0.0003 0.85% 0.96% 表7 主要地方材料用量对比（建筑面积按3900 m2计算）红砖间墙陶粒间墙红砖陶粒红砖陶粒陶粒红砖建筑面积红砖砌块或粘土砖1277 t457 t820 t0.21 t / m264.21%碎 石1693 t1793 t170 t0.044 t / m28.66%砂2505 t2344 t161 t0.041 t / m26.43%合 计5745 t4594 t1151 t0.295 t / m220.03%表8 施工预算造价对比普通粘土砖间墙 陶粒砌块间墙 陶/砖 陶砖 陶砖 造价 分项/总体 造价 分项/总体 砖 建筑面积(m2) 3896.57 3906 100.24% 0.24% (增加面积) 土建总造价(元) 1748100.75 1715283.67 97.88% 9.49元 2.12% 单方造价(元) 448.63 439.14 分部工程 基础造价 268777.14 15.38% 217329.19 12.67% 80.66% 13.34元 19.34% 单方造价 68.98 55.64 上盖钢筋砼造价 731971.64 36.72% 691920.4 40.34% 94.3% 10.71元 5.7% 单方造价 187.85 177.14 砌体工程造价 156870.58 8.95% 210120.5 12.25% 134.04% 13.66元 34% 单方造价 40.13 53.79 天面工程造价 9326.26 0.533% 14379.99 0.838% 154.19% 1.29元 53.97% 单方造价 2.93 3.63 三、小结 综上所述，对于多层框架住宅综合楼，特别是间墙较多时，采用陶粒砌块间墙较红砖间墙可有如下几