建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐及預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用研究

王紅艷

【摘 要】論文結(jié)合工程實(shí)例闡述框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，闡述預(yù)應(yīng)力技術(shù)在具體工程中的應(yīng)用。

【Abstract】Combined with engineering examples， this paper expounds the design points of frame-shear structure and shear wall structure， and expounds the application of prestressing technology in concrete projects.

【關(guān)鍵詞】剪力墻結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力技術(shù);后張法;預(yù)應(yīng)力梁

【Keywords】shear wall structure; prestressing technique; post-tensioning method; prestressed beam

【中圖分類號】F830? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0133-02

1 引言

本文對本人近十年做的主要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)與拓展，包括對工程的概述，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)果的判定，難點(diǎn)總結(jié)，工程的注意事項(xiàng)等。

2 內(nèi)蒙二連市賓利國際商務(wù)會館的框剪結(jié)構(gòu)

2.1 項(xiàng)目概況

內(nèi)蒙二連市賓利國際商務(wù)會館，建設(shè)地點(diǎn)為二連市西部。本建筑物主樓地下一層，地上十一層，結(jié)構(gòu)型式采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式為帶肋梁的筏板基礎(chǔ)，裙房地上三層，基礎(chǔ)采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)。建筑功能為餐飲、休閑游泳、酒店住宿。建筑面積約2×104m2。本次設(shè)計(jì)使用的軟件為中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列設(shè)計(jì)軟件。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)過程

第一，從甲方提供的地勘中查得跟結(jié)構(gòu)建模有關(guān)的參數(shù)。 設(shè)防烈度：6度;設(shè)計(jì)地震第一組;設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，場地土類別：一類。基本風(fēng)壓：0.65kN/m2。按抗震規(guī)范查得剪力墻抗震等級為三級，框架抗震等級為四級。 第二，將剪力墻主要布置在結(jié)構(gòu)的四角及樓電梯間位置。雙向布置剪力墻，形成雙向抗側(cè)力體系。第三，按相應(yīng)的建筑材料導(dǎo)算樓面荷載、梁上線荷載。按相應(yīng)的板跨、梁跨估算板厚及梁高，確定裙房以下板厚為110mm，裙房以上主體板厚110mm，梁截面為350mm×600mm，局部板跨梁跨大者予以加大。第四，對材料的選擇：梁柱縱筋采用三級鋼，梁板的混凝土等級采用C30;對柱混凝土強(qiáng)度的等級則涉及幾方面的考慮（軸壓比，裙房樓層采用強(qiáng)度相對較低的砼），裙房的柱砼強(qiáng)度等級定為C30（在軟件特殊構(gòu)件里指定），因裙房有些柱和裙房墻體連在一起，施工不宜分開，裙房墻體采用C40，故墻體相連的柱砼等級也采用C40。輸入梁板柱進(jìn)行整體試算。

初次算的結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)控制剛度周期位移滿足規(guī)范要求[1]，裙房個別節(jié)點(diǎn)Y向位移比大于1.5需調(diào)整，根據(jù)此節(jié)點(diǎn)的位置及整體的剛度布置，最后在裙房增加了一道南北向的外墻，位移比才滿足了要求。隨后又對各層墻體厚度進(jìn)行了分段：地下外墻300mm厚，其它墻體地下部分到三層250mm厚，四層及以上采用200mm厚，裙房部分的弧墻因其受力的復(fù)雜性厚度均采用250mm，其他個別需要調(diào)整的地方予以加大。在計(jì)算過程中，有的參數(shù)需要優(yōu)化，有些暗柱配筋偏大，通過反復(fù)試算，將底部加強(qiáng)區(qū)墻體的配筋率增大為0.6，墻體和暗柱的配筋比較均勻，配筋合適。

2.3 本工程主要設(shè)計(jì)點(diǎn)與難點(diǎn)處理

結(jié)構(gòu)和建筑專業(yè)的配合關(guān)系尤為重要。本項(xiàng)工程有三個點(diǎn)和建筑的配合關(guān)系較為典型，在此略作小結(jié)。一是游泳池的設(shè)計(jì)。游泳池設(shè)在裙房范圍內(nèi)首層，為托設(shè)游泳池及放置設(shè)備管道設(shè)置了夾層。二是裙房弧形結(jié)構(gòu)和建筑弧形外墻的配合。根據(jù)外圈柱的布置設(shè)置一定數(shù)量的弧梁，當(dāng)設(shè)置弧梁不能較好地錨進(jìn)柱時(shí)采用直梁外挑弧形板，使結(jié)構(gòu)和建筑外立面較好地融合。三是頂層大會議室井字梁的設(shè)計(jì)。根據(jù)建筑功能的要求全樓需設(shè)置一個多功能廳，因多功能廳為大空間需要較高的層高且需要拔柱，最后協(xié)議設(shè)置在頂層。多功能廳范圍拔掉兩棵柱，采用井字梁的樓面布置，嚴(yán)格按井字梁的協(xié)同作用，雙向梁高截面一致。

為解決沉降及伸縮問題，裙房和主體設(shè)置沉降縫，東西向帶裙房層結(jié)構(gòu)長度超過50m，與主樓設(shè)置的沉降縫兼做伸縮縫。

3 包頭恒大帝景小區(qū)

3.1 項(xiàng)目概況

包頭恒大帝景小區(qū)的部分住宅，設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年。下面僅以4#樓為例進(jìn)行總結(jié)歸納。住宅單體為地上28層，地下2層。建筑面積約3×104m2。結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為鋼筋砼平板式筏基。建筑分三個單元，結(jié)構(gòu)分三個塔，以一個塔為計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算。計(jì)劃施工圖含鋼量控制在50KN/m2。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)過程

首先，將建筑提供的平面及立面所限制的梁高輸入模型，墻體大致分三段：地下～4層，5～20層，21～28層，初次輸入較長墻肢長度，粗算查看各結(jié)果參數(shù)的情況。初算下來Y向剛度冗余較大，X向剛度比規(guī)范要求1000小。隨后縮短了Y向墻肢的長度，使Y向剛度接近1200，X向因建筑門窗寬度的需要墻肢不宜拉長，墻體寬度的調(diào)整對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)也有限，貌似難以找到調(diào)整的突破口。后經(jīng)仔細(xì)觀察結(jié)構(gòu)立面，發(fā)現(xiàn)有部分窗臺做了垂直的返臺，結(jié)構(gòu)可以利用這部分返臺做成梁，使剛度增加。算下來增高的連梁兩邊墻垛軸壓比和抗震計(jì)算都滿足要求。這樣調(diào)下來使兩個方向的剛度滿足了規(guī)范要求，周期以平動為主，周期比在0.59，抗扭剛度較好，位移滿足規(guī)范要求，整體剛度較合適，經(jīng)濟(jì)性也較好。

此次設(shè)計(jì)剛度的優(yōu)化及平面布置的均勻?qū)ΨQ對含鋼量控制起到了至關(guān)重要的作用。基礎(chǔ)采用有限元計(jì)算，合理地選擇參數(shù)對計(jì)算結(jié)果也有相當(dāng)?shù)挠绊懀舜畏ぐ逵?jì)算指定了配筋率0.15%，點(diǎn)取了上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)傳給基礎(chǔ)剛度，同時(shí)采用新方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，使基礎(chǔ)的配筋較為合理。筏板厚分別按1.2m和1.4m進(jìn)行了試算，比較了配筋結(jié)果，最終選定1.4m厚配筋更為經(jīng)濟(jì)。

地下車庫頂板采用現(xiàn)澆混凝土單向板肋梁樓蓋，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)加250mm厚防水板。車庫頂板的消防車荷載按相應(yīng)的覆土厚度做了折減，使設(shè)計(jì)合理經(jīng)濟(jì)[2]。

3.3 本工程主要設(shè)計(jì)點(diǎn)與難點(diǎn)處理

地下車庫外墻采用C30混凝土，齡期60天，有效地控制了外墻裂縫。同時(shí)車庫伸縮后澆帶距離適當(dāng)縮短，車庫頂板厚度用250mm，配筋適當(dāng)加密，有效控制了車庫頂板底板的裂縫。防水板下面設(shè)置100mm厚聚苯板，由此調(diào)節(jié)獨(dú)立基礎(chǔ)與防水板的沉降差。

對于防水板配筋的驗(yàn)算采用了倒樓蓋模型，柱帽加slab復(fù)雜樓板。在PKPM復(fù)雜樓板計(jì)算模塊下，按標(biāo)準(zhǔn)跨輸入柱，然后布置虛梁，特殊構(gòu)件里定義彈性板6，再執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算。查看結(jié)果輸出文件，配筋三級鋼10@200滿足要求。

4 北京北緯路中學(xué)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

項(xiàng)目位于北京市西城區(qū)北緯路46號。功能為教學(xué)樓，主體地上層數(shù)四層，主體高度17.100m。預(yù)應(yīng)力區(qū)域?qū)儆谀隙?，地下為風(fēng)雨操場（僅一層和半層觀眾平臺）。1/2交D～L，3交D～L軸采用預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換梁，5～7交D～L軸采用預(yù)應(yīng)力框架梁。此次采用后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁。主要參數(shù)設(shè)置： 預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）：1860;? 局部偏差對摩擦的影響系數(shù)：*0.0040;預(yù)應(yīng)力筋與壁之間的摩擦系數(shù)：*0.12;張拉方式：兩端張拉;張拉控制應(yīng)力系數(shù)：0.75 ;張拉時(shí)混凝土強(qiáng)度與設(shè)計(jì)強(qiáng)度的比值：0.90 ;預(yù)應(yīng)力筋混凝土保護(hù)層厚度（mm）：50;有無粘結(jié)：1;有效預(yù)應(yīng)力系數(shù)：0.58;最大裂縫寬度限值：0.20。

此次應(yīng)力束應(yīng)用了一種線型，選用了二次拋物線型，本文認(rèn)為應(yīng)該做幾種線型的組合來解決一根梁撓度和裂縫等各種問題，但是沒有相應(yīng)的參考實(shí)例和工程經(jīng)驗(yàn)，對于組合量和分配系數(shù)沒有查到依據(jù)，暫且沒有對多種線型做進(jìn)一步試算。張拉端節(jié)點(diǎn)如下圖所示。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)問，也是一個比較辛苦的工作。各個工程不盡相同，有自己的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，因此，需要對規(guī)范熟悉并不斷學(xué)習(xí)新的規(guī)范要求，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件參數(shù)的設(shè)置理解透徹，對軟件計(jì)算的原理和假定予以了解，才能做出正確合理的設(shè)計(jì)。此外還應(yīng)關(guān)注本行業(yè)的發(fā)展動態(tài)，適時(shí)地采用新技術(shù)新材料，關(guān)注新的結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，學(xué)習(xí)更多的結(jié)構(gòu)軟件加強(qiáng)對設(shè)計(jì)項(xiàng)目的多方核算，才能與時(shí)俱進(jìn)，提升技術(shù)競爭力，創(chuàng)造出更多的時(shí)代精品。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

【2】JGJ 3—2010 高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 [S].