大跨預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)項(xiàng)目?jī)?yōu)化方案比較

劉揚(yáng)

摘 要：本文通過比較大跨預(yù)應(yīng)力梁原設(shè)計(jì)方案與咨詢公司優(yōu)化方案，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，闡述了單向預(yù)應(yīng)力梁體系是大跨預(yù)應(yīng)力梁工程的最優(yōu)選擇。

關(guān)鍵詞：大跨度；預(yù)應(yīng)力；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.102

0 工程概況

本工程位于江蘇省某市，地下1層，地上4層，層高分別為5.2、5.2、5.2、5.2、5.5m，建筑高度為26.3m，總建筑面積34430.9平方米。

建筑抗震設(shè)防分類為乙類，建設(shè)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震加速度值0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為III類，場(chǎng)地特征周期為0.55秒。本工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)計(jì)采用的地震烈度和地震加速度分別為7度和0.10g。

綜合樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其中框架抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)，其中建筑標(biāo)高10.300m層為大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，梁跨度到達(dá)33.6m。

工程完成全部施工圖紙后，業(yè)主引入第三方咨詢公司對(duì)結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行優(yōu)化。

1 施工圖設(shè)計(jì)中有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁的布置

設(shè)計(jì)中，采用受力非常協(xié)調(diào)均勻的單向預(yù)應(yīng)力梁體系（如圖1所示），有效減小了單根預(yù)應(yīng)力梁的負(fù)荷面積，有效降低了主框架預(yù)應(yīng)力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構(gòu)件，保證在大震情況下框架柱不會(huì)出現(xiàn)屈服，真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)理念。

2 施工圖設(shè)計(jì)中有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架梁的布置

設(shè)計(jì)中，采用受力非常協(xié)調(diào)均勻的單向預(yù)應(yīng)力梁體系，有效減小了單根預(yù)應(yīng)力梁的負(fù)荷面積，有效降低了主框架預(yù)應(yīng)力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構(gòu)件，保證在大震情況下框架柱不會(huì)出現(xiàn)屈服，真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)理念。

預(yù)應(yīng)力次梁通過支撐點(diǎn)，將彎矩傳給支座邊梁，減小了框架柱同一方向的配筋，使框架柱的受力在兩個(gè)方向處于均衡的狀態(tài)，不至于單方向配筋過大，實(shí)際施工中無(wú)法保證核心區(qū)混凝土澆筑質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

咨詢公司模型中，梁截面為400x2000mm，高寬比達(dá)到5，高寬比過大，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.3.1條，高寬比越大，其斜截面承載能力就越低。實(shí)際施工過程中，鋼筋及鋼絞線在梁中也難以布置，造成梁的有效高度極大降低，鋼筋無(wú)法最大發(fā)揮受力作用。且模型中預(yù)應(yīng)力梁截面不合理，即使梁截面為加大至600x2000，在滿足正截面及斜截面承載力和裂縫的條件下，截面的梁頂配筋率會(huì)高達(dá)3.45%，出現(xiàn)超配筋，這是規(guī)范絕對(duì)不允許的。

咨詢公司模型中，僅僅考慮預(yù)應(yīng)力梁滿足承載力要求，并未考慮其延性，穩(wěn)定性要求。本工程為大跨空間結(jié)構(gòu)，標(biāo)高10.300m層預(yù)應(yīng)力梁跨度到達(dá)33.6m，一旦預(yù)應(yīng)力梁破壞，將造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，后果將是整個(gè)建筑物出現(xiàn)垮塌。

3 次梁改為與主梁垂直的連系梁體系

咨詢公司建議將多道單向預(yù)應(yīng)力梁體系改為普通主次梁體系（如圖2所示），主梁為大跨度預(yù)應(yīng)力梁，次梁改為與主梁垂直的連系梁，經(jīng)重新計(jì)算，結(jié)果如下：

（1）為了較好支撐上層鋼結(jié)構(gòu)斜看臺(tái)，次梁截面改為400X1000，與框架柱相連次梁支座負(fù)筋仍然嚴(yán)重超筋，此為次梁與主梁變形協(xié)調(diào)引起，梁截面過小次梁支座負(fù)筋將超筋，次梁截面增加過大，則將導(dǎo)致次梁受力，對(duì)短向邊柱產(chǎn)生過大的附加彎矩，影響結(jié)構(gòu)安全。

（2）原單向預(yù)應(yīng)力梁體系每根梁負(fù)荷面為33.6x2.8m，現(xiàn)方案增大到33.6x8.4m，典型位置主預(yù)應(yīng)力梁為例，梁支座彎矩由原方案的11961 KN增大到20536 KN，梁截面須由750x2200增大到750x2800，預(yù)應(yīng)力鋼絞線由雙排3-8 S15.2共48根增加到雙排3-9 S15.2共54根。由于負(fù)荷面增加過大，導(dǎo)致上部荷載集中傳給幾根主梁，整體結(jié)構(gòu)偏不安全。此外，負(fù)荷面增加導(dǎo)致梁截面過大，有違 “強(qiáng)柱弱梁”的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

（3）柱截面考慮到預(yù)應(yīng)力鋼絞線鋼筋排布及承壓板對(duì)柱混凝土局壓?jiǎn)栴}，典型軸網(wǎng)邊柱截面尺寸不能小于1200X1500，咨詢公司建議邊柱截面尺寸1000X1500未考慮局壓?jiǎn)栴}，不合理。經(jīng)計(jì)算，典型邊柱柱配筋增大50%（見圖2）。且柱配筋需避開預(yù)應(yīng)力鋼絞線，由于柱配筋增加過多造成柱配筋排布困難，柱配筋過密，混凝土骨料澆筑堵塞，施工質(zhì)量難以保證。

4 結(jié) 論

（1）取消預(yù)應(yīng)力次梁，改為與大跨度預(yù)應(yīng)力框架垂直的次梁方案，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難，結(jié)構(gòu)安全性不好，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)，是不合理的。尤其是在地震作用下，豎向地震力的增加及柱核心區(qū)的先天延性不足，可以造成結(jié)構(gòu)災(zāi)難性的脆性破壞。

（2）原施工圖設(shè)計(jì)方案受力均勻，更加安全可靠，尤其是框架柱兩向受力更加均衡，真正做到了“強(qiáng)柱弱梁”。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶學(xué)康.后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].1996，01（01）.