預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運用
——蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計

李遠(yuǎn)建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)計顧問有限公司，江蘇蘇州 215000）

預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運用
——蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計

李遠(yuǎn)建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)計顧問有限公司，江蘇蘇州 215000）

結(jié)合工程實例，介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)換層中的運用，有關(guān)經(jīng)驗可使相關(guān)專業(yè)人員參考。

預(yù)應(yīng)力混凝土梁；轉(zhuǎn)換層；承托框架

1　問題的提出及工程概況

現(xiàn)代建筑向多功能，綜合用途發(fā)展，在同一豎向直線上，頂部樓層布置住宅，旅館，中部樓層作為辦公用房，下部樓層作為商店，餐館，文化娛樂設(shè)施，不同用途的樓層，需要大小不同的開間，需用不同的結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進行布置，上部布置小的空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。按轉(zhuǎn)換層所實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，可分為三類：（1）上層和下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換。（2）上，下層的柱網(wǎng)，軸線改變。（3）同時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)軸線布置。本文將用一工程實例對設(shè)計和施工簡單，受力明確，運用最廣泛的梁式轉(zhuǎn)換作一淺析。

蘇州西山賓館1998年完成設(shè)計，1999年完工，建筑面積22 500 m2。高度35.3 m。由于建筑設(shè)計上在建筑首層（結(jié)構(gòu)第二層）在中庭處要求共享空間的需要，結(jié)構(gòu)利用三，四層間的設(shè)備層高度做了19.7 m跨度的上面承托七層框架（包括屋頂機房，水箱間）及設(shè)備層共八層的荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土大梁，梁的截面尺寸750 mm×3 000 mm。抗震設(shè)防裂度六度，抗震等級三級。

預(yù)應(yīng)力大梁上承托七層框架是一個復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力的設(shè)置能提高大梁的剛度，減小大梁變形，提高大梁的抗裂度，但預(yù)應(yīng)力的張拉對超靜定的框架體系也會帶來復(fù)雜的次彎距和其他附加影響，設(shè)計時應(yīng)給予必要的重視。另外對預(yù)應(yīng)力束的數(shù)量，預(yù)應(yīng)力的大小，預(yù)應(yīng)力束的形狀等也需要精確科學(xué)地設(shè)計。

2　預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

2.1預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量的估算

（1）預(yù)應(yīng)力平衡彎距內(nèi)力的確定

該工程采用TBSA5.0版程序進行整體內(nèi)力分析，計算結(jié)果見表1。

表1　計算結(jié)果匯總表

本工程構(gòu)造上利用設(shè)備層層高作為大梁梁高，梁高3.0 m，梁本身有較強的抗彎能力，所以預(yù)應(yīng)力數(shù)量不必太多?？紤]到若預(yù)應(yīng)力度較高，則預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的平衡荷載會遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重，預(yù)應(yīng)力會在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，在上部結(jié)構(gòu)橫梁內(nèi)引起較大的拉力，這容易使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。所以本工程的平衡彎距取總荷載下的彎距的50%，即預(yù)應(yīng)力平衡彎距為：M0=0.5×37 677=18 839 kN·m。

（2）預(yù)應(yīng)力束數(shù)量的估算

預(yù)應(yīng)力大梁使用OVM系列錨具，采用集束布置，每個集束分別有12和9根鋼絲束，每根鋼絲束由7s15.2組成。公稱面積9s15為1 260 mm2;12s15為1 680 mm2。

fptk=1 860 kN/mm2；fpy=1 200 N/mm2；混凝土C60 ftk=2.95 N/mm2；

σco n=0.75fptk=0.75×1 860=1 395 N/mm2。

總預(yù)應(yīng)力損失按30%估計；有效預(yù)應(yīng)力為1 395×（1-0.3）=976.5 N/mm2。

Ms=28 437 kN·m考慮次彎距影響取MS’= 1.2×28 437=34 124 kN·m。

Ml=25459kN·m；Ml’=1.2×25459=30551kN·m。

支座截面、跨中截面見圖1、圖2。

圖1　支座截面

圖2　跨中截面

（3）預(yù)應(yīng)力損失計算：本工程均按當(dāng)時規(guī)范進行計算?？倱p失為21%。原估算可用。

2.2預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算及分析

預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算與非預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算是完全不同的，預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小與施工，使用各階段的實際情況有關(guān)。在框架結(jié)構(gòu)個別大梁上施加預(yù)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)分析必須按施工，使用各階段及施工實際支撐分批張拉等分別進行計算，才能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實情況。

在框架結(jié)構(gòu)的局部大梁上施加預(yù)應(yīng)力，不能簡單地使用單根簡支梁來進行分析計算，其原因是框架結(jié)構(gòu)本身是一個復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)，施加預(yù)應(yīng)力時，由于框架結(jié)構(gòu)的約束作用，形成較大的次內(nèi)力。尤其值得注意的是在張拉預(yù)應(yīng)力剛完成時，預(yù)應(yīng)力損失尚未全部完成，這時預(yù)應(yīng)力張拉對上部結(jié)構(gòu)的影響較大，設(shè)計人應(yīng)慎重復(fù)核這個階段上部結(jié)構(gòu)桿件的強度和抗裂。

2.3預(yù)應(yīng)力的抗震配筋

對預(yù)應(yīng)力框架抗震設(shè)計由于當(dāng)時規(guī)范（GBJ10-89,JGJ3-91）中還沒有預(yù)應(yīng)力混凝土抗震設(shè)計條款，因此實際工程是參照普通混凝土框架進行抗震設(shè)計和構(gòu)造，對抗震設(shè)計的指導(dǎo)思想是：（1）框架梁要有良好的延性與耗能能力，成為主要耗能構(gòu)件。（2）柱應(yīng)比其他構(gòu)件具有較大的安全儲備。（3）梁柱節(jié)點與連接要有足夠的受剪承載力。PRC框架只是RC框架的一種特殊情況，RC框架的抗震設(shè)計原則和構(gòu)造措施，例如：強柱弱梁，強剪弱彎，實現(xiàn)梁鉸機制，控制柱軸壓比，加強對臨界截面混凝土的約束和受力鋼筋的錨固等等對預(yù)應(yīng)力框架都是適用的。

本工程控制兩個指標(biāo)來滿足框架橫梁抗震要求：配筋指數(shù)w其反映了達到極限時截面上混凝土平均壓應(yīng)力的大小與受壓高度X之間有實質(zhì)上的對應(yīng)關(guān)系，受壓區(qū)高度X控制了配筋指數(shù)W，也就是控制了X/h。本工程W<0.2、X/h<0.25均滿足現(xiàn)行GB50011-2010的要求。預(yù)應(yīng)力度PPR反映預(yù)應(yīng)力大小對結(jié)構(gòu)受力性能影響從抗裂看：PPR大一些較好，從抗震角度看PPR不宜過大，對與PPR=0.5～0.7的部分預(yù)應(yīng)力框架，若設(shè)計合理，其抗震性能與RC框架十分相似，可同樣實現(xiàn)梁鉸機制，當(dāng)梁端受壓區(qū)高度X/h<0.2時，梁端塑性鉸具有滿意的塑性轉(zhuǎn)動能力，可以滿足位移延性的要求，本工程梁端X/h=0.11實現(xiàn)了較好的延性和耗能。

3　結(jié)　語

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《GB50011-2010》及《JGJ140-2004》中所關(guān)預(yù)應(yīng)力抗震設(shè)計的要求，雖然過去了十多年，該工程的設(shè)計原則，參數(shù)和計算結(jié)果，施工張拉過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)都表明該設(shè)計完全符合要求。

通過蘇州西山賓館預(yù)應(yīng)力承托框架大梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計的分析，證明在建筑功能上十分需要時，用預(yù)應(yīng)力大梁來承托幾層框架結(jié)構(gòu)是可行的，但在設(shè)計過程中則必須十分慎重，應(yīng)認(rèn)真考慮預(yù)應(yīng)力張拉對超靜定框架體系產(chǎn)生的次內(nèi)力，應(yīng)慎重考慮預(yù)應(yīng)力度，預(yù)應(yīng)力束的形狀，位置，并進行必要的強度，變形，抗裂的計算。

TU31

B

1009-7716（2016）10-0156-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.049

2016-06-20

李遠(yuǎn)建（1965-），男，江蘇蘇州人，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。