文件下載部分預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題(發(fā)表) - 現(xiàn)澆

1、工程建設(shè)實(shí)踐與研究論文集 杭州 2004部分預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題 顧健 錢世楷 杭州市城建科研所 中國(guó)聯(lián)合工程公司杭州設(shè)計(jì)院【摘 要】 預(yù)應(yīng)力計(jì)算程序的開發(fā)和逐步成熟，使預(yù)應(yīng)力這一新技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中得到了推廣和應(yīng)用。本文結(jié)合作者在多年預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)工作中的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，著重論述了目前較多采用的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中部分預(yù)應(yīng)力形式的靈活運(yùn)用?！娟P(guān)鍵詞】 預(yù)應(yīng)力、計(jì)算程序、現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)、工程設(shè)計(jì)1引言現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)因其布局靈活、造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)剛度好、使用維護(hù)簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)成為工業(yè)與民用建筑中最為普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式，但當(dāng)柱網(wǎng)達(dá)到8、9米以上或樓面荷載較大時(shí)就存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、

2、剛度和使用空間之間的矛盾，這時(shí)采用部分預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)是比較合適的，設(shè)計(jì)中也比較容易處理。有時(shí)由于形成大空間的需要，設(shè)計(jì)中也經(jīng)常遇到頂層抽柱或下部幾層拔柱等情況，柱網(wǎng)在此產(chǎn)生了突變，繼續(xù)采用普通鋼筋混凝土梁板顯然不合適，假如空間較規(guī)則整齊，頂層作為屋面可以采用網(wǎng)架、輕鋼等結(jié)構(gòu)形式，下部可以按轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計(jì)。問題在于有時(shí)抽掉的柱子不很多，形成的空間不很大，且不太規(guī)則，采用網(wǎng)架、輕型桁架等結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)；或者有時(shí)屋面需作為屋頂花園或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，采用網(wǎng)架、輕型桁架等結(jié)構(gòu)既不經(jīng)濟(jì)又不合適。針對(duì)這樣的情況，在需要的屋面或樓面梁中適當(dāng)配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，既減小了梁高，又能有效地控制裂縫，同樣不失為設(shè)計(jì)中一種較好的處理手

3、段。預(yù)應(yīng)力作為一項(xiàng)新技術(shù)，在預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具、配套張拉設(shè)備等方面已經(jīng)得到了良好的發(fā)展，形成了種類多樣、規(guī)格齊全的局面，為設(shè)計(jì)及施工創(chuàng)造了有利的外部環(huán)境。隨著預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算程序的開發(fā)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在工程中采用預(yù)應(yīng)力的積極性也大為提高，然而，筆者通過多年的工程實(shí)踐，深感預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)不能光依賴于程序計(jì)算，自己一定要學(xué)習(xí)手算復(fù)核的技巧，必須掌握判別電算結(jié)果正確與否的能力，不能簡(jiǎn)單地將程序計(jì)算結(jié)果運(yùn)用到圖紙上，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)要謹(jǐn)慎，要全面考慮工程特點(diǎn)，確定正確的預(yù)應(yīng)力方案，有時(shí)預(yù)應(yīng)力配筋過多不僅僅浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，以致降低承載能力甚至損傷。2預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件問題目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多、影響較大的

4、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有兩個(gè)：最早開發(fā)面世的是合肥工業(yè)大學(xué)陳小寶博士所編的PRCS程序，另一是中國(guó)建科院開發(fā)的PREC程序，這兩個(gè)程序各有其特點(diǎn)，但都還不夠成熟，需進(jìn)一步完善。PRCS和PREC兩程序在設(shè)計(jì)中較多地用于平面框架、連續(xù)梁板的計(jì)算，PRCS具有與PKPM及TBSA兩軟件的接口，PREC則是PKPM系列中的一個(gè)子模塊。PRCS是在DOS操作系統(tǒng)中開發(fā)的，界面相對(duì)較幼稚，運(yùn)用程序時(shí)需人工輸入預(yù)應(yīng)力筋布置信息，確定預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力筋的排數(shù)，然后逐排填寫各索的定位數(shù)據(jù)及預(yù)應(yīng)力筋曲線形狀的參數(shù)等，這就要求設(shè)計(jì)師首先進(jìn)行估算，新手運(yùn)用時(shí)顯得較困難，但正因?yàn)槿斯⑴c較多，每一跨預(yù)應(yīng)力筋的排

5、數(shù)及數(shù)量可靈活改變，PRCS的計(jì)算結(jié)果得到了較有力的保證，結(jié)果的可信度較高，一般應(yīng)力、裂縫、撓度等均能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋的數(shù)量較合理。實(shí)際操作中需要注意之處是：在將PKPM或TBSA的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成PRCS的格式后，荷載類型號(hào)為0時(shí)應(yīng)糾正為PRCS的荷載類型。PREC可謂與PRCS相輔相成，它是在WINDOWS操作系統(tǒng)中開發(fā)的，人機(jī)界面親切，某根梁若需設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力，只要點(diǎn)一下，程序便自動(dòng)生成曲線筋形狀信息，計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋及非預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量，并繪制成圖，顯然其智能化水平較高。但問題正在這里，對(duì)一根多跨連續(xù)梁，各跨控制截面內(nèi)力往往大小不同，只要某一截面的某一項(xiàng)驗(yàn)算內(nèi)容不符合要求，程

6、序就會(huì)自動(dòng)增加預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量，其結(jié)果之懸殊有時(shí)不能用于設(shè)計(jì)，因?yàn)樘嗟念A(yù)應(yīng)力筋對(duì)受力小的截面不僅僅是浪費(fèi)，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生不利影響。所以，設(shè)計(jì)師務(wù)必做到心中有數(shù)，對(duì)任何計(jì)算結(jié)果一定要有正確的判斷力。目前在設(shè)計(jì)中，較多將兩個(gè)程序配合使用，即運(yùn)用PRCS的計(jì)算結(jié)果，配合PREC自動(dòng)生成的圖形，適當(dāng)調(diào)整配筋。筆者認(rèn)為，運(yùn)用程序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)當(dāng)建立如高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)那樣的規(guī)定，即采用兩種程序進(jìn)行復(fù)核互校，綜合分析，正確應(yīng)用。3多層單跨框架梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)問題 某鼓風(fēng)機(jī)廠核電倉庫系四層單跨現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，樓面采用梁板結(jié)構(gòu)形式，跨度為15米，柱距6米，二、三層樓面活荷載達(dá)30kN/m2、 四層樓面活荷載

7、達(dá)10kN/m2 ，且底層設(shè)有5t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)，二、三層設(shè)有3t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)。由于每層凈高和總高24米的限制，框架梁按一般鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)無法滿足規(guī)范要求，鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)則太高，比較后決定在各層框架大梁中采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)低松弛鋼筋，設(shè)計(jì)成部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。二、三層框架梁高取為500x1200mm，配置4束6j15.2鋼絞線，四層梁高取為400x1000mm，配置2束6j15.2鋼絞線。本工程框架梁配筋圖見附圖1。 對(duì)于如本工程這一類活荷載大、樓蓋厚重、跨度也較大的多層單跨框架結(jié)構(gòu)，有幾點(diǎn)值得注意：（1）在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，極限破壞時(shí)支座混凝土受壓區(qū)高度限制為xh0 ，一般0.45

8、很容易滿足，但在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中這一條件控制為0.35h0甚至更小，因荷載大，往往不容易滿足，所以在詳細(xì)計(jì)算前，特別是采用手算時(shí)，對(duì)這一條件進(jìn)行估算就能少走重復(fù)之路。（2）因活荷載所占比例較大，梁板截面剛度不宜過小，以防活荷的不均勻分布造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，配筋時(shí)也需注意梁上部非預(yù)應(yīng)力筋不能太少，以免預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生過大反拱造成上部梁面開裂。（3）柱截面及與柱相交的連梁截面均不宜太小，柱截面太小因柱大偏壓配筋過多，使梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋過分擁擠，影響混凝土澆搗密實(shí)性；筆者認(rèn)為這一類框架梁與柱的線剛度比宜控制在0.51.2之間，對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度較有利。本工程柱截面為600x900m，由于柱截面足夠大，梁柱節(jié)點(diǎn)可采用剛接，梁

9、高可減小，符合使用要求。4雙向多跨框架梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)問題某通訊有限公司標(biāo)準(zhǔn)廠房，平面尺寸為128x106米，柱網(wǎng)為12x10米，共兩層，二層樓面活荷載為12 kN/m2 。設(shè)計(jì)中二層樓面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土井字梁結(jié)構(gòu)，在雙向框架梁中配置了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，屋面則采用輕鋼結(jié)構(gòu)，圍護(hù)墻采用夾芯彩鋼板。根據(jù)預(yù)應(yīng)力張拉行程及施工特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)平面兩個(gè)方向中間各設(shè)置了一條后澆帶，將結(jié)構(gòu)分成四個(gè)單元，預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處斷開，使各單元的預(yù)應(yīng)力筋均為兩端張拉方式。后澆帶處的預(yù)應(yīng)力筋須按照兩階段進(jìn)行驗(yàn)算：在施工階段按懸挑梁驗(yàn)算并按懸挑梁配置預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋，然后再按使用階段的連續(xù)梁內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核，將配筋不足的斷面用非

10、預(yù)應(yīng)力筋補(bǔ)足。后澆帶范圍的鋼筋構(gòu)造節(jié)點(diǎn)見附圖2。與常規(guī)后澆帶不同的是，在這兒非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)處理為斷開，不斷開既影響張拉，又對(duì)預(yù)應(yīng)力的建立有約束。本工程特點(diǎn)是平面尺寸較大，預(yù)應(yīng)力筋波段較多，若預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處不斷開而通長(zhǎng)布置，中間幾跨的預(yù)應(yīng)力損失可達(dá)40%以上。經(jīng)過分析比較，采用上述分單元施工的方案，若預(yù)應(yīng)力筋在中間某支座處斷開，采用如附圖3所示的交叉搭接錨固張拉方式，對(duì)張拉缺口處的構(gòu)件有削弱，同時(shí)因后澆帶尚未封閉，也存在預(yù)應(yīng)力筋（束1）局部曲率產(chǎn)生較大變化的缺陷。而圖2所示構(gòu)造較好地利用了后澆帶位于各跨的中間、彎距值較小、配置非預(yù)應(yīng)力筋能夠滿足受力要求的特點(diǎn)，為從整體上合理構(gòu)造、方便施工、縮

11、短周期創(chuàng)造了條件。附圖3 預(yù)應(yīng)力筋交叉搭接張拉節(jié)點(diǎn)附圖2 預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處構(gòu)造節(jié)點(diǎn)5 屋面預(yù)應(yīng)力大梁設(shè)計(jì)問題 某交警支隊(duì)消防特勤大樓訓(xùn)練館為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱距為6米，一、二層為三跨，層高3.6米，各跨跨度均為6.6米，采用一般鋼筋混凝土梁板式框架結(jié)構(gòu)，三層為室內(nèi)籃球場(chǎng)，層高7.6米，抽柱后使屋面成為19.8米的大跨屋面梁，且屋面須設(shè)計(jì)為網(wǎng)球場(chǎng)。本工程特點(diǎn)是一、二層為一般混凝土框架結(jié)構(gòu)，邊柱截面采用450x500，對(duì)下部柱已足夠大，但對(duì)頂層，與屋面梁相比剛度則較小，屋面梁采用預(yù)應(yīng)力，梁高為400x1500，梁柱線剛度比為1.5，如果梁柱按常規(guī)設(shè)計(jì)成剛接節(jié)點(diǎn)，柱彎矩很大，需要在柱中配置

12、豎向預(yù)應(yīng)力筋，以解決配筋問題和控制裂縫，但增加了造價(jià)和施工難度。對(duì)于這種情況，梁柱采用鉸接能比較合理方便地處理受力問題，減少了梁端支座及柱內(nèi)彎矩。屋面梁按簡(jiǎn)支梁受力計(jì)算，預(yù)應(yīng)力筋在支座處配置在截面形心位置，柱鋼筋斷在梁底不伸入梁中，梁柱之間采用兩層油氈隔開，但用420鋼筋作構(gòu)造連接，見附圖4所示。經(jīng)過兩年多的使用，屋面梁附近及外墻面均未出現(xiàn)不良跡象，說明此構(gòu)造節(jié)點(diǎn)是合適的。本工程是6度抗震設(shè)防區(qū)，屋面梁與框架柱采用鉸接不利于抗震。設(shè)計(jì)采用在柱頂設(shè)置兩道縱向連系梁，一道設(shè)在屋面板處，另一道設(shè)在屋面大梁底面以下，即鉸接面以下柱頂處，同時(shí)每隔約3米結(jié)合建筑立面在窗頂設(shè)置縱向連系梁，以此解決頂層空曠結(jié)

13、構(gòu)抗震和房屋空間整體性問題。6幾點(diǎn)注意事項(xiàng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)先掌握預(yù)應(yīng)力混凝土理論，具備一定的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，僅依靠軟件程序是不行的。掌握荷載平衡這樣的分析方法，有助于直觀判斷預(yù)應(yīng)力筋的索形布置和調(diào)整預(yù)應(yīng)力度滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工和使用工況往往有較大區(qū)別，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意區(qū)分不同的工況和階段進(jìn)行計(jì)算或驗(yàn)算，注意相關(guān)階段的具體荷載和結(jié)構(gòu)體系采用不同的作用效應(yīng)系數(shù)和抗力系數(shù)。由于預(yù)應(yīng)力施工常會(huì)對(duì)相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件產(chǎn)生作用，在梁、板、柱中產(chǎn)生不利次應(yīng)力，并由此引起次應(yīng)力裂縫和預(yù)應(yīng)力損失，因此實(shí)際工作中對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，著重全面概念設(shè)計(jì)，尤其在部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和局部預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。由于錨固張拉端預(yù)應(yīng)力施加壓力大，受力面積小，因此在設(shè)計(jì)中不能忽略