白貴斌

摘要：對(duì)比不同條件下淺壁敞口水池壁板的厚度及配筋，結(jié)合材料的單價(jià)，通過計(jì)算結(jié)果分析不同條件下單位面積池壁的材料成本，結(jié)果表明：在確定的荷載作用下，壁板越薄配筋越大，壁板越厚配筋越小直至構(gòu)造配筋，但兩種情況都會(huì)使材料成本增加，故存在合理的壁厚及配筋;腳趾覆土厚度在一定范圍內(nèi)對(duì)已知壁板單位面積的材料成本不影響;壁板單位面積材料成本主要受池內(nèi)最高水位的影響，池外腳趾覆土影響較小，由此給出工程設(shè)計(jì)時(shí)池內(nèi)最大水位對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)配筋率及截面尺寸選取的經(jīng)濟(jì)范圍，僅供參考。

關(guān)鍵詞： 鋼筋混凝土;壁板;材料成本

中圖分類號(hào)：TU375

工程的建設(shè)成本與材料的用量有著直接的關(guān)系，選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸顯得尤為重要，截面不易過大也不易過小。配筋率是保證結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟(jì)的前提[1]，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件，截面大則配筋小、配筋率亦小，截面小則配筋大、配筋率亦大，故其存在較為經(jīng)濟(jì)且合理的截面尺寸及配筋率[2-3]?，F(xiàn)行《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）規(guī)定受力構(gòu)件的最小配筋率為0.20% [4]，這與最大配筋率相差較大，而板的截面厚度對(duì)配筋率的影響較大[5]，且板厚取值及配筋率受多工況的影響，因此，對(duì)于常用材料，研究多工況下板厚及經(jīng)濟(jì)配筋率的取值是很有必要的。

1? 截面受彎承載力計(jì)算方法

根據(jù)現(xiàn)行《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，無預(yù)應(yīng)力的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面受彎承載力應(yīng)滿足：

α_1 f_C bx=f_y A_S? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

M=α_1 f_C bx（h_0-x/2）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

對(duì)于最高水位為H的單向壁板，其池內(nèi)根部彎矩設(shè)計(jì)值為：

M_w=1/6 γγ_w H^3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，γ——荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.3[6];γ_w——水容重，取10.0kN/m3。

對(duì)于腳趾覆土厚度為L(zhǎng)的單向壁板，其池外根部彎矩設(shè)計(jì)值為：

M_s=1/6 K_a γγ_s L^3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中，γ——荷載分項(xiàng)系數(shù);γ_s——土容重，取18.0kN/m3;K_a——主動(dòng)土壓力系數(shù)，取1/3。

經(jīng)簡(jiǎn)化計(jì)算，池內(nèi)外配筋面積分別為：

A_ws=（α_1 f_C b）/f_y? h_0 （1-√（1-（γγ_w H^3）/（3α_1 f_C bh_0^2 ）））? ? ? ? ? ? ? （5）

A_ss=（α_1 f_C b）/f_y? h_0 （1-√（1-（K_a γγ_s L^3）/（3α_1 f_C bh_0^2 ）））? ? ? ? ? ? ? （6）

池內(nèi)外水平向鋼筋均按構(gòu)造確定，構(gòu)造配筋率為0.20%。

2? 單位面積壁板的材料成本分析

單位面積內(nèi)，鋼筋混凝土板的材料價(jià)格為：

P=1.0*1.0*hp_c+7.85*1.0*（A_ws+A_ss+2*0.002*h） p_s? （7）

式中，p_c——混凝土每方價(jià)格;p_s——鋼筋每噸價(jià)格。

水池池壁高度由池內(nèi)水位控制，池內(nèi)水位高度是決定單位面積壁板材料成本的主因。池壁高度高于池內(nèi)水位0.5～1.0m，腳趾覆土厚度一般不大于池內(nèi)水位。將（5）（6）式代入（7）式，根據(jù)常見設(shè)計(jì)，取池內(nèi)水位高度H=4.0m、5.0m、6.0m、7.0m四種情況，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30、鋼筋為三級(jí)鋼、混凝土保護(hù)層厚度35mm、混凝土每方價(jià)格510元、鋼筋每噸價(jià)格4600元，分別計(jì)算相同壁厚不同腳趾覆土厚度下單位面積池壁材料的成本、相同腳趾覆土厚度不同壁厚下單位面積池壁材料的成本，如圖 1、圖 2所示。

由圖 1、圖 2可以看出，池內(nèi)水位、池外腳趾覆土厚度、壁板厚度都是單位面積鋼筋混凝土壁板材料成本的影響因素。1）池內(nèi)水位高度和腳趾覆土厚度相同時(shí)，壁板厚度越小或越大，成本均增大。壁板厚度減小則配筋增大，厚度過小時(shí)，將出現(xiàn)超筋，配筋量大幅增加，造成鋼筋混凝土材料成本增加，且對(duì)結(jié)構(gòu)造成不安全的影響;壁板厚度增大則配筋減小，配筋小于最小配筋率時(shí)按最小配筋率配筋，故壁板厚度較大時(shí)，材料成本會(huì)隨壁板厚度的增加而增加。2）池內(nèi)水位高度和壁板厚度相同時(shí)，腳趾覆土厚度在一定范圍內(nèi)不影響材料的成本，其原因是腳趾覆土厚度小，作用于池壁的彎矩對(duì)應(yīng)的配筋小于構(gòu)造配筋，此時(shí)壁板均按最小配筋率配筋，故材料成本不變;腳趾覆土厚度增加到一定量時(shí)，作用于池壁的彎矩對(duì)應(yīng)的配筋大于構(gòu)造配筋，此時(shí)壁板的材料成本會(huì)隨之增加;池壁厚度過大時(shí)，腳趾覆土作用下池壁的彎矩對(duì)應(yīng)的配筋均小于構(gòu)造配筋，此時(shí)單位面積壁板的材料成本無變化。3）池內(nèi)水位高度為4.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.20-0.35m;池內(nèi)水位高度為5.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.30-0.45m;池內(nèi)水位高度為6.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.35-0.55m;池內(nèi)水位高度為7.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.45-0.65m。

計(jì)算整理各水位高度下不同壁厚內(nèi)水工況的池壁配筋率，見表 1所示。

考慮壁板裂縫及撓度控制、耐久性等因素，壁板厚度不宜取太薄，故在選取壁板的經(jīng)濟(jì)厚度時(shí)應(yīng)適當(dāng)選較大值。對(duì)比圖 2與表 1，得出以下結(jié)果：池內(nèi)水位高度為4.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.30-0.35m，內(nèi)水工況下池壁的配筋率為0.52%-0.37%;池內(nèi)水位高度為5.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.35-0.45m，池內(nèi)壁板配筋率為0.76%-0.43%;池內(nèi)水位高度為6.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.45-0.55m，池內(nèi)壁板配筋率為0.78%-0.49%;池內(nèi)水位高度為7.0m時(shí)，壁板經(jīng)濟(jì)厚度取0.55-0.65m，池內(nèi)壁板配筋率為0.82%-0.56%。由此可見，腳趾覆土高度不大于池內(nèi)水位高度時(shí)，池內(nèi)水位較小時(shí)，內(nèi)水工況下池壁的經(jīng)濟(jì)配筋率較小，池內(nèi)水位較大時(shí)，內(nèi)水工況下池壁的經(jīng)濟(jì)配筋率增大。池壁的經(jīng)濟(jì)厚度約為水位高度的1/11-1/13。

3? 結(jié)語

淺壁敞口水池壁板單位面積成本受池內(nèi)水位高度和腳趾覆土厚度、壁板厚度等因素的影響，不同因素的組合都對(duì)池壁厚度和經(jīng)濟(jì)配筋率有影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)、耐久性等因素，合理選取壁板的配筋率及截面尺寸。

參考文獻(xiàn)

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[3] 劉相.混凝土矩形截面梁經(jīng)濟(jì)配筋率與造價(jià)探討分析[J]. 遼東學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，24（2）：129-140.

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