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        預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運(yùn)用
        ——蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        2016-11-16 07:49:07李遠(yuǎn)建
        城市道橋與防洪 2016年10期
        關(guān)鍵詞:大梁框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力

        李遠(yuǎn)建

        (CCDI悉地(蘇州)勘察設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司,江蘇蘇州 215000)

        預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運(yùn)用
        ——蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        李遠(yuǎn)建

        (CCDI悉地(蘇州)勘察設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司,江蘇蘇州 215000)

        結(jié)合工程實(shí)例,介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運(yùn)用,有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可使相關(guān)專業(yè)人員參考。

        預(yù)應(yīng)力混凝土梁;轉(zhuǎn)換層;承托框架

        1 問(wèn)題的提出及工程概況

        現(xiàn)代建筑向多功能,綜合用途發(fā)展,在同一豎向直線上,頂部樓層布置住宅,旅館,中部樓層作為辦公用房,下部樓層作為商店,餐館,文化娛樂(lè)設(shè)施,不同用途的樓層,需要大小不同的開(kāi)間,需用不同的結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑功能的要求,結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進(jìn)行布置,上部布置小的空間,下部布置大空間;上部布置剛度大的剪力墻,下部布置剛度小的框架柱。為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置,就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。按轉(zhuǎn)換層所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,可分為三類:(1)上層和下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換。(2)上,下層的柱網(wǎng),軸線改變。(3)同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)軸線布置。本文將用一工程實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單,受力明確,運(yùn)用最廣泛的梁式轉(zhuǎn)換作一淺析。

        蘇州西山賓館1998年完成設(shè)計(jì),1999年完工,建筑面積22 500 m2。高度35.3 m。由于建筑設(shè)計(jì)上在建筑首層(結(jié)構(gòu)第二層)在中庭處要求共享空間的需要,結(jié)構(gòu)利用三,四層間的設(shè)備層高度做了19.7 m跨度的上面承托七層框架(包括屋頂機(jī)房,水箱間)及設(shè)備層共八層的荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土大梁,梁的截面尺寸750 mm×3 000 mm??拐鹪O(shè)防裂度六度,抗震等級(jí)三級(jí)。

        預(yù)應(yīng)力大梁上承托七層框架是一個(gè)復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力的設(shè)置能提高大梁的剛度,減小大梁變形,提高大梁的抗裂度,但預(yù)應(yīng)力的張拉對(duì)超靜定的框架體系也會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的次彎距和其他附加影響,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予必要的重視。另外對(duì)預(yù)應(yīng)力束的數(shù)量,預(yù)應(yīng)力的大小,預(yù)應(yīng)力束的形狀等也需要精確科學(xué)地設(shè)計(jì)。

        2 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

        2.1預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算

        (1)預(yù)應(yīng)力平衡彎距內(nèi)力的確定

        該工程采用TBSA5.0版程序進(jìn)行整體內(nèi)力分析,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 計(jì)算結(jié)果匯總表

        本工程構(gòu)造上利用設(shè)備層層高作為大梁梁高,梁高3.0 m,梁本身有較強(qiáng)的抗彎能力,所以預(yù)應(yīng)力數(shù)量不必太多??紤]到若預(yù)應(yīng)力度較高,則預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的平衡荷載會(huì)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重,預(yù)應(yīng)力會(huì)在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的次內(nèi)力,在上部結(jié)構(gòu)橫梁內(nèi)引起較大的拉力,這容易使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。所以本工程的平衡彎距取總荷載下的彎距的50%,即預(yù)應(yīng)力平衡彎距為:M0=0.5×37 677=18 839 kN·m。

        (2)預(yù)應(yīng)力束數(shù)量的估算

        預(yù)應(yīng)力大梁使用OVM系列錨具,采用集束布置,每個(gè)集束分別有12和9根鋼絲束,每根鋼絲束由7s15.2組成。公稱面積9s15為1 260 mm2;12s15為1 680 mm2。

        fptk=1 860 kN/mm2;fpy=1 200 N/mm2;混凝土C60 ftk=2.95 N/mm2;

        σco n=0.75fptk=0.75×1 860=1 395 N/mm2。

        總預(yù)應(yīng)力損失按30%估計(jì);有效預(yù)應(yīng)力為1 395×(1-0.3)=976.5 N/mm2。

        Ms=28 437 kN·m考慮次彎距影響取MS’= 1.2×28 437=34 124 kN·m。

        Ml=25459kN·m;Ml’=1.2×25459=30551kN·m。

        支座截面、跨中截面見(jiàn)圖1、圖2。

        圖1 支座截面

        圖2 跨中截面

        (3)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算:本工程均按當(dāng)時(shí)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算??倱p失為21%。原估算可用。

        2.2預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算及分析

        預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算與非預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算是完全不同的,預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小與施工,使用各階段的實(shí)際情況有關(guān)。在框架結(jié)構(gòu)個(gè)別大梁上施加預(yù)應(yīng)力,結(jié)構(gòu)分析必須按施工,使用各階段及施工實(shí)際支撐分批張拉等分別進(jìn)行計(jì)算,才能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實(shí)情況。

        在框架結(jié)構(gòu)的局部大梁上施加預(yù)應(yīng)力,不能簡(jiǎn)單地使用單根簡(jiǎn)支梁來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算,其原因是框架結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu),施加預(yù)應(yīng)力時(shí),由于框架結(jié)構(gòu)的約束作用,形成較大的次內(nèi)力。尤其值得注意的是在張拉預(yù)應(yīng)力剛完成時(shí),預(yù)應(yīng)力損失尚未全部完成,這時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響較大,設(shè)計(jì)人應(yīng)慎重復(fù)核這個(gè)階段上部結(jié)構(gòu)桿件的強(qiáng)度和抗裂。

        2.3預(yù)應(yīng)力的抗震配筋

        對(duì)預(yù)應(yīng)力框架抗震設(shè)計(jì)由于當(dāng)時(shí)規(guī)范(GBJ10-89,JGJ3-91)中還沒(méi)有預(yù)應(yīng)力混凝土抗震設(shè)計(jì)條款,因此實(shí)際工程是參照普通混凝土框架進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)和構(gòu)造,對(duì)抗震設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是:(1)框架梁要有良好的延性與耗能能力,成為主要耗能構(gòu)件。(2)柱應(yīng)比其他構(gòu)件具有較大的安全儲(chǔ)備。(3)梁柱節(jié)點(diǎn)與連接要有足夠的受剪承載力。PRC框架只是RC框架的一種特殊情況,RC框架的抗震設(shè)計(jì)原則和構(gòu)造措施,例如:強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,實(shí)現(xiàn)梁鉸機(jī)制,控制柱軸壓比,加強(qiáng)對(duì)臨界截面混凝土的約束和受力鋼筋的錨固等等對(duì)預(yù)應(yīng)力框架都是適用的。

        本工程控制兩個(gè)指標(biāo)來(lái)滿足框架橫梁抗震要求:配筋指數(shù)w其反映了達(dá)到極限時(shí)截面上混凝土平均壓應(yīng)力的大小與受壓高度X之間有實(shí)質(zhì)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系,受壓區(qū)高度X控制了配筋指數(shù)W,也就是控制了X/h。本工程W<0.2、X/h<0.25均滿足現(xiàn)行GB50011-2010的要求。預(yù)應(yīng)力度PPR反映預(yù)應(yīng)力大小對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響從抗裂看:PPR大一些較好,從抗震角度看PPR不宜過(guò)大,對(duì)與PPR=0.5~0.7的部分預(yù)應(yīng)力框架,若設(shè)計(jì)合理,其抗震性能與RC框架十分相似,可同樣實(shí)現(xiàn)梁鉸機(jī)制,當(dāng)梁端受壓區(qū)高度X/h<0.2時(shí),梁端塑性鉸具有滿意的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力,可以滿足位移延性的要求,本工程梁端X/h=0.11實(shí)現(xiàn)了較好的延性和耗能。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《GB50011-2010》及《JGJ140-2004》中所關(guān)預(yù)應(yīng)力抗震設(shè)計(jì)的要求,雖然過(guò)去了十多年,該工程的設(shè)計(jì)原則,參數(shù)和計(jì)算結(jié)果,施工張拉過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都表明該設(shè)計(jì)完全符合要求。

        通過(guò)蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的分析,證明在建筑功能上十分需要時(shí),用預(yù)應(yīng)力大梁來(lái)承托幾層框架結(jié)構(gòu)是可行的,但在設(shè)計(jì)過(guò)程中則必須十分慎重,應(yīng)認(rèn)真考慮預(yù)應(yīng)力張拉對(duì)超靜定框架體系產(chǎn)生的次內(nèi)力,應(yīng)慎重考慮預(yù)應(yīng)力度,預(yù)應(yīng)力束的形狀,位置,并進(jìn)行必要的強(qiáng)度,變形,抗裂的計(jì)算。

        TU31

        B

        1009-7716(2016)10-0156-02

        10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.049

        2016-06-20

        李遠(yuǎn)建(1965-),男,江蘇蘇州人,高級(jí)工程師,從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

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