高層結構預應力的設計與應用

周丹

摘要：設計部份預應力框架結構中遇到一些值得深思的問題，如設計方案的選擇，如何保證框架的延性，如何選擇預應力曲線形狀，使其能充分發揮預應力的效能，以及如何考慮大跨度、大菏載下梁的最佳連接形式。通過計算與分析，將以上問題逐一解決。

關鍵詞：部份

Abstract: some question thought-provoking appear in the design for partially prestressed frame structure, such as the choice of design plan, how to assure the ductility of frame, which shape of prestressed curve can bring fully efficiency of prestressed and how to choose the best connection form of beam under long span, large working load. These question mentioned above will be solved through the following calculation and analysis.

Key words: partially prestressed; bearing stress; bending moment.

中圖分類號： TU355 文獻標識碼： A 文章編號：

1 工程概況

長沙勞動廣場某接待中心工程為四星級賓館，地上18層框架剪力墻結構，地下2層，其中墻裙為3層預應力框架結構，平面為31.2mx7.8m，柱距7.8m，層高4.5m，大跨度、大空間，不僅可以滿足餐飲、健身、娛樂等多功能要求，而且布置靈活，更顯高檔賓館的豪華氣派。起平面布置見圖1。

2. 結構設計

1 方案選擇

(1)非預應力混凝土單向框架承重方案，當滿足強度要求撓度控制l0/300，裂縫小于0.3mm時，梁高需1.2m，占較大的空間，不夠美觀。

(2)非預應力混凝土井字梁方案，長寬比為2.5，結構單向受力（實際為單向密肋梁），梁高也要到1.0m，這一方案結構自重大，施工亦很麻煩。

(3)采用小柱網結構，要影響大開間的使用功能。

(4)鑒于以上幾點，決定采用部分預用力框架。由于預應力與非預應力筋混合配筋，兼有預應力與鋼筋混凝土兩者的優點，可以跨越較大空間，較好地控制使用載作用下裂縫和饒度，又有較好地延性和能量吸收，有效地抵抗地震的影響

預應力大梁截面尺寸為350x700，與非預應力方案相比節約了500mm高的空間，因而深受建設單位的歡迎。大梁采用4束預應力鋼絞線（即2-6Фj15+2-5Фj15），鋼絞線強度為1570N/mm2 。屋頂設有游泳池，菏載較大，梁截面為500x900，配6束剛絞線（即6-6Фj15），其余沒有游泳池的地方大梁截面為350x900，配4束剛絞線。

2.2 預計計算

2.2.1 預應力曲線的確定

如果預應力曲線與外荷的彎矩圖想一致，就能充分地發揮預應力筋的作用，根據PKPM電算結果，彎矩包絡圖中正、負彎矩的交接點（即反彎點）均在2—2.5m之間，因此，將反彎點設在2.4m處，這樣會更符合受力情況，而整個曲線是由4個半拋物線組成，圖2。

2.2.2 關于次彎矩的問題

預應力作用與超靜定結構引起的變形受到約束而產生次彎矩。根據本工程計算結果，在梁的跨中截面上，外荷載產生的彎矩圖與次彎矩圖，符號相同，組合后彎矩增大，次彎矩起了不利于梁的作用，而支座處外荷載與次彎矩的符號相反，組合后彎矩減小，次彎矩起了有利于梁的作用。計算中還可以看出跨中所產生的次彎矩越占外和荷彎矩的12%~20%,而支座產生的有利影響約占10%左右，這個比率還是比較大的，因此，在承載能力極限狀態計算時必須加以考慮。

2.2.3 跨中翼緣取值問題

為了使大梁有足夠的延性，能有效的抵抗地震力的影，除了控制預應力度外，還控制了受壓區高度和梁有效高度之比不大于0.35（即x《0.35h0）對于跨中的有利條件，但因次彎矩減小了彎矩故而也順利通過了。這里值得提出的是跨中是跨中翼緣取值問題，在現行規范中現澆樓蓋非預應力混凝土梁的有效翼緣寬度是取b0=b+12h1 ，本工程也采用此值，但根據已建工程的實測，有的工程取b0=b+20h1 或 b=b+s0 /2(s0為梁間凈距)。希望修訂規范時，盡快反映預應力梁的翼緣寬度取值，這樣能更符合預應力的情況，又可達到節約的目的。

2.2.4 框架剛接與鉸接的問題

大跨度、大荷載的框架，如頂層有游泳的大梁，是采用剛接好，還是采用鉸接好，意見不一致。有人認為鉸接既可避免柱彎矩過大，配筋過多，又可發揮跨中抵抗彎矩的能力，但經過實際計算，表明屋面梁的剛量過大，比剛接多用50%左右的鋼材，故而節點乃用剛接，雖然剛接柱要多用鋼材，但2倍的柱長仍然比梁跨小得多，也就是說，柱內多用鋼材比梁內多用鋼材要經濟的多；當然，如若配筋量過大，還可以考慮采用預應力柱的方法，這樣可以大大減少柱內配筋量，提高柱的剛度。

通過工程設計，接觸了很多問題，獲得了較好的效益，該工程已順利建成，使用效果良好。

參考文獻：

[1] 呂西林，高層建筑結構，武漢工業大學出版社

[2]一級結構注冊工程師必備規范匯編（2003年修訂縮印本）中國建筑工業出版社

[3] 藤智明，鋼精混凝土基本構件（第二版），清華大學出版社

[4] 盧盛澄，承 宇，魯兆紅 預應力框架應用中幾個問題的探討 建筑科學研究論文集。

作者簡介：周 丹（1976-），男，國家二級注冊建造師，碩士研究生。湖南馨雅林工程設計有限公司總工程師，主要從事土木工程研究工作。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。