1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【推薦】正佳商業(yè)廣場預應力轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)設計與分析【推薦】正佳商業(yè)廣場預應力轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)設計與分析正佳商業(yè)廣場預應力轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)設計與分析正佳商業(yè)廣場lI建筑設計預應力轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)設計與分析廣州市設計院梁炳南一,工程概況正佳商業(yè)廣場為地上5層,地下2層的超大型商業(yè)建筑,其平面尺寸達221mx232m,采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu).其中地下1層為大貨車車庫,考慮大貨車的回轉(zhuǎn)半徑,該層必須采H】大空間設計.而上部商場則不需大空間,故在首層樓面設置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁,跨度18.5m,建筑層高5.5m為了滿足建筑凈空和設備管

2、道安裝要求,并減小梁的撓度和提高抗裂性能,轉(zhuǎn)換大梁采用了后張法有粘結(jié)預應力技術(shù),梁截面為1200x2200/l700/2200預應力鋼筋采用高強低松弛鋼絞線,其強度等級為1860MPa.c""cBf_.:1.:=:jlrL:?'.1lClYIGIftr(120ox2207)T'.Ils,003500圈1曹層結(jié)構(gòu)局部平面圖J二,結(jié)構(gòu)設計與分析1,梁剛度對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響一般而吉,帶轉(zhuǎn)換層的框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁不可能設計得剛度過大,因轉(zhuǎn)換大梁變形產(chǎn)生的跨中撓度會使立柱底部產(chǎn)生較大的豎向位移,故帶轉(zhuǎn)換層的框架結(jié)構(gòu)其內(nèi)力分伽與普通框架結(jié)構(gòu)有著顯著別,普通框架結(jié)構(gòu)存豎向簡載

3、作胴下梁剛度和簡載布置對相鄰【下層梁內(nèi)力分布的影響很小,帶轉(zhuǎn)換層的框架結(jié)卡勾則由丁立仕底部豎向位移的仔在使得框架成為一空問結(jié)構(gòu)體系,轉(zhuǎn)換大梁及其上部各層梁的內(nèi)力分布不僅與本層梁的剛度和荷載分布有關(guān),還與上下層粱的剛度比和梁柱剛度比等有著密切關(guān)系:轉(zhuǎn)換大梁的剛度越大,立柱底部的豎向位移越小,其支承作用越明顯,轉(zhuǎn)換大梁承擔的上部荷載越大,上部框架內(nèi)力分布就越接近普通框架結(jié)構(gòu):反之,立柱底部豎向位移越大,轉(zhuǎn)換大梁承擔的l部衙載越小,上部各層豎向荷載較人一部分通過框架梁傳到兩邊柱l,上部框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與普通框架結(jié)構(gòu)的區(qū)別也就越大一以本T程為例,圖2(a)是恒載作用下(未號慮構(gòu)件自重)各層梁的彎矩分布

4、罔,從中不難發(fā)現(xiàn)其內(nèi)力分布與普通框架結(jié)構(gòu)的I剔,住首層梁支座甚至m現(xiàn)正彎矩.由于轉(zhuǎn)換大梁采用有粘結(jié)預應力技術(shù),施加預應力可使梁的撓度顯著減小.其作J+】等效于提高轉(zhuǎn)換大梁的剛度,相當于改變了轉(zhuǎn)換大梁與上部各層梁的彈性剛度比值一正常使用階段,轉(zhuǎn)換大梁和上部各層梁不同程度地進入塑性階段,即剛度發(fā)生退化,而柱一般為小偏心受壓構(gòu)件,仍處于彈性或準彈性階段.因此轉(zhuǎn)換大梁2面1r建筑設計_419j刪1一136一177574-4633553.388.I58一73299.i377".33.278A:挪j399.32】O98.4刪姍.5997l7&3.52柏18一一48320轉(zhuǎn)換集80

5、0x220Q4'0Q,22T39.9枷&7I11旺c.9W1356l3874.2162-474.9獬j堋.31.8-253,.跏,-26485j.578.:3490373I70.3坍1.3708'.5613.5一一轉(zhuǎn)換粱l200】(220Q170200412.1352-169.C62,4-439.9302-421.-80.7.21鼬687一652姍一383.33.5251.:7加"32933】"849.9n9036"1656一3655.0_42419j一轉(zhuǎn)換蘩soox22ooA'0407?.5一l24j.】78.-:45o.

6、1305j-462.7-.6322373.6,-479.5320.3_562.I-8.72刀.-7670刪】53309034.6169337222_4,一一'465轉(zhuǎn)換集600x220700/22(b)r(c)(d)圖2不同的梁寬對內(nèi)力分布的影響與上部各層梁的剛度比以及梁柱剛度比也隨之改變,從而導致轉(zhuǎn)換大粱與上部各層粱內(nèi)力分布的變化,而目前的分析手段都是按彈性方法進行整體計算的.由于轉(zhuǎn)換大粱是整個結(jié)構(gòu)中最重要的構(gòu)件.因此有必要對該影響程度有一充分的了解和估計,以確保結(jié)構(gòu)安全可靠.鑒于活荷載施加的不確定性,整體全過程彈塑性分析也無法實現(xiàn).因此進行幾個方案的模擬計算以估計其偏離程度.其結(jié)果

7、如圖2所示罔中(a)一(d)均為恒載作用下的梁彎矩分布圖(彈性計算),為了避免粱自重不同而對計算結(jié)果產(chǎn)生影響,在模擬計算中設構(gòu)件白重為零.其中(a)為按本工程實際截面輸入的計算結(jié)果;(b)為增大轉(zhuǎn)換大梁截面寬度,上部各層粱按實際輸入的計算結(jié)果,以模擬施加預應力后轉(zhuǎn)換大梁剛度的改變對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響:(c)為減小上部各層梁截面寬度的計算結(jié)果.以模擬僅上部各層梁進入塑性階段后剛度降低對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響;(d)為減小轉(zhuǎn)換大梁和上部各層粱截面寬度(取不同比例)的計算結(jié)果,以模擬轉(zhuǎn)換大梁和上部各層梁進入塑性階段后剛度降低對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響從計算結(jié)果可以看出,采用不同的剛度的計算結(jié)果與彈性計算結(jié)果偏

8、離不會太大.一般在20%以內(nèi),因此在實際丁程中往往可以根據(jù)彈性整體分析結(jié)果進行截面設計,其原因如下:各構(gòu)件剛度比的改變對內(nèi)力不會造成太大的影響:T程設計巾構(gòu)件實際極限承載力與計算結(jié)果相比會有一定富余量;整體結(jié)構(gòu)是一個多次超靜定結(jié)構(gòu)體系,進入塑性階段后混凝土結(jié)構(gòu)本身具有一定的內(nèi)力調(diào)整能力,即通過塑性變形進行內(nèi)力重分布.需說明的是,由于轉(zhuǎn)換大梁是最重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,為了避免其過早進入塑性階段,截面設計時應考慮一定的安全儲備,尤其對跨中截面MflM更應加以重視,建議控制在1.2左右.其中M應包括次彎矩在內(nèi)的彎矩設計值,以確保跨中不出現(xiàn)塑性絞.2,裂縫寬度及撓度作為大型商業(yè)建筑,其活荷載所占的比例一般約

9、20%,因此本工程控制預應力度入=0.60.7按混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GBJ1089)的公式(因本工程設計時GB500102002尚未實施)進行抗裂驗算.由于GBJ1089規(guī)范對裂縫控制較嚴格.故當裂縫控制等級為二級時,要求d=0.5,但在實際工程設計中很難滿足這一要求.根據(jù)其它工程實踐經(jīng)驗,在裂縫驗算時將裂縫控制等級適當放寬.即允許出現(xiàn)裂縫但控制其寬度0.1mmGB500102002規(guī)范對預應力混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制作出了調(diào)整,即裂縫控制等級為級時最大裂縫寬度限值為0.2ram.筆者認為對于轉(zhuǎn)換層預應力梁.其裂縫控制值可定得稍嚴如控制在0.1mm內(nèi).以避免轉(zhuǎn)換層預應力粱在正常使用階段出現(xiàn)可見微小

10、裂縫而帶來一定的負面影響,尤其對于特別重要或者較高的建筑更應嚴格控制其裂縫寬度對于單個構(gòu)件的撓度計算方法及計算公式.規(guī)范也作出了明確規(guī)定,而對于這種空問受力結(jié)構(gòu)的撓度計算方法規(guī)范中并未作出明確規(guī)定.顯然采用全過程彈塑性分析可以得jJ較準確的計算結(jié)果,但就目前的分析手段在實際T程設計中運用并不現(xiàn)實,為此需進行一定的簡化處理.轉(zhuǎn)換大粱的撓度主要與轉(zhuǎn)換大梁本身的剛度互相鄰兩層柱的剛度有關(guān),而受其它層粱,柱剛度的影響則很小,可忽略不計.轉(zhuǎn)換大粱長期剛度與彈性剛度的比值可根據(jù)規(guī)范計算,而整體分析可計算出梁的彈性撓度,將彈性撓度乘以長期剛度與彈性剛度的比值就可作為轉(zhuǎn)換大梁的撓度近似值,能滿足工程設計要求3

11、,預應力損失本工程18.5m跨預應力梁采用預應力折線筋,由于轉(zhuǎn)角較大(最大0=8.6.),使得摩擦引起的預應力損失,盯.也較大,為了減小損失值,在實際工程中可以采用兩端張拉又增加一次由于錨具變形產(chǎn)生的預應力損失盯但必須通過計算比較才決定采用哪種張拉方式.因此對這兩種方案的預應力損失盯盯.進行了詳細計算,其結(jié)果見表1.圈3預應力筋布筋剖面示意圖表1預應力損失值對比計算結(jié)果表明.由于本工程預應力筋長度較小,故采用兩端張拉反而會增加預應力損失.因此設計中采用一端張拉,以減少施工T序.三,預應力結(jié)構(gòu)設計的幾個問題探討與GBJ1089規(guī)范相比.新的混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB500102002)對預應力部分

12、作了較大的修改調(diào)整,筆者根據(jù)對規(guī)范的理解.對以下幾個問題進行初步探討,以供參考.1,界限受壓區(qū)高度(與GBJ1089規(guī)范相比.GB500102002規(guī)范對于界限受壓區(qū)高度'計算公式7.1.43中分母增加了一項(0.002/e.),即考慮0.2%的殘余變形,而預應力筋應力計算公式7.1.52中又未體現(xiàn)該殘余變形值,二者出現(xiàn)矛盾,即以x=(h.式7.1.52中計算得的應力盯,若去掉公式7.1-43中的(0.002/e)則盯.筆者認為0.2%的殘余變形實際上在張拉過程中已完成,設計中不宜再作考慮建筑設計2,次內(nèi)力在實際T程中靜定預應力結(jié)構(gòu)是較為少見的.一般均為超靜定結(jié)構(gòu),對于預應力構(gòu)件會產(chǎn)生

13、次內(nèi)力(次彎矩,次剪力,次軸力),GB500102002規(guī)范已明確規(guī)定次彎矩和次剪力應參與內(nèi)力組合,并區(qū)分對結(jié)構(gòu)有利或不利而采用不同的分項系數(shù),但對于次軸力則未作出明確規(guī)定.由于柱(或剪力墻)的側(cè)向約束中存在次軸力.且一般為拉力,當預應力梁跨數(shù)較多,柱側(cè)向約束剛度與梁的軸向剛度之比不能忽略時.施加預應力必將對梁產(chǎn)生較大的拉力,若仍按受彎構(gòu)件進行截面設計則會偏于不安全,對于多跨連續(xù)預應力梁的中間幾跨尤其應考慮次軸力的不利影響3,預留孔道水平凈距GB500102002規(guī)范對框架梁預留孑L道的水平凈距作出了更為嚴格的規(guī)定.即水平凈距不應小于1.5倍孑L道外徑,這給設計及施工帶來了一定困難,如梁寬為600(800)mm時最多能預留290(39O)孔道,要滿足要求只有2個途徑.即增大梁寬或布置多排預應力鋼筋.對于大跨度結(jié)構(gòu)而肓,梁白重產(chǎn)生的內(nèi)力比例較大.增大梁寬較不經(jīng)濟.故一般不采取該法.而布置多排預應力筋將降低內(nèi)排預應力筋的h其界限受壓區(qū)高度Xb也相應減小,當梁彎矩較大時為滿足XX就必須增加受壓區(qū)的普通鋼筋.筆者認為預留孑L道水平凈距可適當減少,因預應力筋水平之問的擠壓作用很小.反而豎向凈距應適當加大或采取有效構(gòu)造措施,以避免外排預應力筋在張拉過程中壓碎內(nèi)排預留孑L道.對于