大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋主梁結(jié)構(gòu)

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 引言

　　隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，大跨度的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。如何對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析·并為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。各國學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，有限單元法的誕生，為解決這一問題提供了一條有效的途徑[1]。

　　2 結(jié)構(gòu)方案的確定

　　2.1 建筑方案

　　某單位四層附屬綜合辦公樓工程，作為會(huì)議和辦公設(shè)施。其中位于辦公樓四層的會(huì)議室建筑面積518.7㎡，平面長27.3m，寬19m，能容納260～300余人?？紤]到會(huì)議室的功能要求，應(yīng)采用跨度為19m的大跨度框架梁樓蓋結(jié)構(gòu)。對(duì)于大跨度框架梁樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇，可以考慮型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、普通鋼筋混凝土密肋梁板結(jié)構(gòu)等。

　　但在方案比選中考慮到：①業(yè)主要求綜合樓的屋面可作為職工休息時(shí)間的活動(dòng)場所，因此，不能采用較大的坡度的屋面形式。而且對(duì)受力主梁的撓度變形要求比較高，在這種情況下，就不能選用鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)。②若采用普通鋼筋混凝土密肋梁板結(jié)構(gòu)，跨度為19m，為滿足撓度及裂縫寬度限值的要求，梁將具有很大的橫截面高度，這就很難滿足會(huì)議室內(nèi)部上空的凈高和美觀要求。③如果采用型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，屋面樓蓋采用壓型鋼板混凝土組合樓板，那么在結(jié)構(gòu)原理上，是比較合理的。但與采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼材的使用量比較大，建筑成本較高[2].綜合以上的分析，框架主梁采用后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，框架主梁的截面為400mm×1200mm，次梁的截面為300mm×600mm，樓板厚度為100mm，柱子采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面700mm×700mm，具體的結(jié)構(gòu)布置及計(jì)算模型主、次梁、柱結(jié)點(diǎn)處混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C40，柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30。

　　2.2 構(gòu)造要求

　　框架主梁支座及跨中非預(yù)應(yīng)力筋均采HRB335級(jí)，直徑為25mm ，通長設(shè)置。預(yù)應(yīng)力筋按雙束設(shè)置，一端張拉，張拉端分別設(shè)在梁的兩端。預(yù)應(yīng)力筋的孔道采用預(yù)埋Φ70波紋管來實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力筋在梁內(nèi)按束布置，錨具采用OVM錨具系列。張拉并灌漿完畢后，用C30混凝土進(jìn)行封閉保護(hù)。為保證預(yù)應(yīng)力筋的孔道可以順利通過梁柱結(jié)點(diǎn)并準(zhǔn)確定位，柱縱筋布置成雙排，在滿足規(guī)范要求的前提下，增大縱筋的間距[3]。

　　3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

　　3.1 單元選擇

　　在對(duì)大跨度有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，混凝土主梁、次梁、柱和樓面板采用8結(jié)點(diǎn)的等參塊單元來模擬，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用2結(jié)點(diǎn)的桿單元來模擬，由于模擬有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，要求桿單元的結(jié)點(diǎn)位移同塊單元結(jié)點(diǎn)位移協(xié)調(diào)，即兩種單元共用結(jié)點(diǎn)。

　　3.2 荷載與工況

　　作用在樓蓋上的荷載包括自重（梁板自重、面層及吊頂自重），人群荷載取3.5kN/㎡，地震作用。由于建筑的設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震等級(jí)為三級(jí)，采用擬靜力法計(jì)算，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g.本設(shè)計(jì)和計(jì)算考慮如下3種工況：工況1，自重+預(yù)應(yīng)力；工況2，自重+預(yù)應(yīng)力+人群荷載；工況3，自重+預(yù)應(yīng)力+人群荷載+地震作用。

　　3.3 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

　　主梁預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，每束鋼絞線為6×7Φ15.強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75 fptk=1395MPa.主梁兩束預(yù)應(yīng)力鋼筋采用一端張拉，其預(yù)應(yīng)力損失分為兩批，主梁各位置處預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算結(jié)果參見表1.

　　4 計(jì)算成果分析

　　4.1 應(yīng)力分析

　　通過對(duì)該預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)的分析，得到了各工況下結(jié)構(gòu)第四層主梁、次梁和樓板上的應(yīng)力分布情況，其最大拉應(yīng)力、最大壓應(yīng)力、最大剪應(yīng)力值及所出現(xiàn)的位置如表2所示。

　　從表2可以看出，結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在主梁上，雖然最大值達(dá)到了2.97MPa，但這只是出現(xiàn)在主梁下邊緣非常小的局部范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)主要部分的拉應(yīng)力都在材料允許范圍內(nèi)。其最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在主梁或次梁上，混凝土的抗壓強(qiáng)度能夠滿足要求。并且，計(jì)算結(jié)果表明，地震作用對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋主梁結(jié)構(gòu)影響不大，而人群荷載對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大。

　　4.2 變形分析

　　各工況下結(jié)構(gòu)第四層的最大位移參見表3.從表3可以看出，當(dāng)預(yù)應(yīng)力施加后，主梁出現(xiàn)了明顯的反拱，反拱位移2.31mm.采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主梁后，結(jié)構(gòu)的撓度值很小，最大撓度出現(xiàn)在工況3下，為8.54mm.而《規(guī)范》規(guī)定[3]，計(jì)算跨度l0>9m時(shí)，其撓度限值為l0/300=63.3mm.實(shí)際撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的撓度限值，能夠滿足工程需要。

　　5 結(jié)語

　　綜上所述，通過結(jié)構(gòu)分析，該綜合辦公樓采用大跨度后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋主梁結(jié)構(gòu)是科學(xué)合理的，這不僅滿足了會(huì)議室兼小禮堂的大空間要求，同時(shí)又符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。文中所采用的分析方法為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋主梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論基礎(chǔ)。

　　該工程由湖南省第五工程公司承建，工程于2008年5月已竣工驗(yàn)收，目前使用效果良好，業(yè)主比較滿意。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 江見鯨，陸新征，葉列平?；炷两Y(jié)構(gòu)有限元分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005。

　　[2] 過鎮(zhèn)海，時(shí)旭東。鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005。

　　[3] GB50010-2002.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002。