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        大跨預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)項目優(yōu)化方案比較

        2018-04-26 10:29:02劉揚
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:大跨度結(jié)構(gòu)優(yōu)化預(yù)應(yīng)力

        劉揚

        摘 要:本文通過比較大跨預(yù)應(yīng)力梁原設(shè)計方案與咨詢公司優(yōu)化方案,結(jié)合施工經(jīng)驗,闡述了單向預(yù)應(yīng)力梁體系是大跨預(yù)應(yīng)力梁工程的最優(yōu)選擇。

        關(guān)鍵詞:大跨度;預(yù)應(yīng)力;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.102

        0 工程概況

        本工程位于江蘇省某市,地下1層,地上4層,層高分別為5.2、5.2、5.2、5.2、5.5m,建筑高度為26.3m,總建筑面積34430.9平方米。

        建筑抗震設(shè)防分類為乙類,建設(shè)場地抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計地震加速度值0.05g,設(shè)計地震分組為第二組,場地類別為III類,場地特征周期為0.55秒。本工程結(jié)構(gòu)安全等級為二級,設(shè)計使用年限50年,抗震設(shè)計采用的地震烈度和地震加速度分別為7度和0.10g。

        綜合樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,其中框架抗震等級為二級,剪力墻抗震等級為二級,其中建筑標高10.300m層為大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),梁跨度到達33.6m。

        工程完成全部施工圖紙后,業(yè)主引入第三方咨詢公司對結(jié)構(gòu)施工圖進行優(yōu)化。

        1 施工圖設(shè)計中有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁的布置

        設(shè)計中,采用受力非常協(xié)調(diào)均勻的單向預(yù)應(yīng)力梁體系(如圖1所示),有效減小了單根預(yù)應(yīng)力梁的負荷面積,有效降低了主框架預(yù)應(yīng)力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構(gòu)件,保證在大震情況下框架柱不會出現(xiàn)屈服,真正實現(xiàn)“強柱弱梁”的設(shè)計理念。

        2 施工圖設(shè)計中有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁的布置

        設(shè)計中,采用受力非常協(xié)調(diào)均勻的單向預(yù)應(yīng)力梁體系,有效減小了單根預(yù)應(yīng)力梁的負荷面積,有效降低了主框架預(yù)應(yīng)力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構(gòu)件,保證在大震情況下框架柱不會出現(xiàn)屈服,真正實現(xiàn)“強柱弱梁”的設(shè)計理念。

        預(yù)應(yīng)力次梁通過支撐點,將彎矩傳給支座邊梁,減小了框架柱同一方向的配筋,使框架柱的受力在兩個方向處于均衡的狀態(tài),不至于單方向配筋過大,實際施工中無法保證核心區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量,使結(jié)構(gòu)更加安全可靠、經(jīng)濟合理。

        咨詢公司模型中,梁截面為400x2000mm,高寬比達到5,高寬比過大,根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第6.3.1條,高寬比越大,其斜截面承載能力就越低。實際施工過程中,鋼筋及鋼絞線在梁中也難以布置,造成梁的有效高度極大降低,鋼筋無法最大發(fā)揮受力作用。且模型中預(yù)應(yīng)力梁截面不合理,即使梁截面為加大至600x2000,在滿足正截面及斜截面承載力和裂縫的條件下,截面的梁頂配筋率會高達3.45%,出現(xiàn)超配筋,這是規(guī)范絕對不允許的。

        咨詢公司模型中,僅僅考慮預(yù)應(yīng)力梁滿足承載力要求,并未考慮其延性,穩(wěn)定性要求。本工程為大跨空間結(jié)構(gòu),標高10.300m層預(yù)應(yīng)力梁跨度到達33.6m,一旦預(yù)應(yīng)力梁破壞,將造成整個結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞,后果將是整個建筑物出現(xiàn)垮塌。

        3 次梁改為與主梁垂直的連系梁體系

        咨詢公司建議將多道單向預(yù)應(yīng)力梁體系改為普通主次梁體系(如圖2所示),主梁為大跨度預(yù)應(yīng)力梁,次梁改為與主梁垂直的連系梁,經(jīng)重新計算,結(jié)果如下:

        (1)為了較好支撐上層鋼結(jié)構(gòu)斜看臺,次梁截面改為400X1000,與框架柱相連次梁支座負筋仍然嚴重超筋,此為次梁與主梁變形協(xié)調(diào)引起,梁截面過小次梁支座負筋將超筋,次梁截面增加過大,則將導(dǎo)致次梁受力,對短向邊柱產(chǎn)生過大的附加彎矩,影響結(jié)構(gòu)安全。

        (2)原單向預(yù)應(yīng)力梁體系每根梁負荷面為33.6x2.8m,現(xiàn)方案增大到33.6x8.4m,典型位置主預(yù)應(yīng)力梁為例,梁支座彎矩由原方案的11961 KN增大到20536 KN,梁截面須由750x2200增大到750x2800,預(yù)應(yīng)力鋼絞線由雙排3-8 S15.2共48根增加到雙排3-9 S15.2共54根。由于負荷面增加過大,導(dǎo)致上部荷載集中傳給幾根主梁,整體結(jié)構(gòu)偏不安全。此外,負荷面增加導(dǎo)致梁截面過大,有違 “強柱弱梁”的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

        (3)柱截面考慮到預(yù)應(yīng)力鋼絞線鋼筋排布及承壓板對柱混凝土局壓問題,典型軸網(wǎng)邊柱截面尺寸不能小于1200X1500,咨詢公司建議邊柱截面尺寸1000X1500未考慮局壓問題,不合理。經(jīng)計算,典型邊柱柱配筋增大50%(見圖2)。且柱配筋需避開預(yù)應(yīng)力鋼絞線,由于柱配筋增加過多造成柱配筋排布困難,柱配筋過密,混凝土骨料澆筑堵塞,施工質(zhì)量難以保證。

        4 結(jié) 論

        (1)取消預(yù)應(yīng)力次梁,改為與大跨度預(yù)應(yīng)力框架垂直的次梁方案,實現(xiàn)起來很困難,結(jié)構(gòu)安全性不好,同時也不經(jīng)濟,是不合理的。尤其是在地震作用下,豎向地震力的增加及柱核心區(qū)的先天延性不足,可以造成結(jié)構(gòu)災(zāi)難性的脆性破壞。

        (2)原施工圖設(shè)計方案受力均勻,更加安全可靠,尤其是框架柱兩向受力更加均衡,真正做到了“強柱弱梁”。

        參考文獻:

        [1]陶學(xué)康.后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計手冊[S].1996,01(01).

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