價值分析在大跨度框架梁結(jié)構(gòu)選型中的應用

權(quán)集++王松等

摘 要：依據(jù)某框架結(jié)構(gòu)的大跨度框架梁工程，通過對工程頂層屋面大跨度梁的方案選擇，對比采用大跨度預應力梁與普通混凝土梁的受力特點，結(jié)果表明兩種選型均適用于此工程，但預應力梁改善了使用階段的性能；預應力混凝土梁能夠減小結(jié)構(gòu)撓度，延緩裂縫出現(xiàn)、降低裂縫開展寬度，同時又節(jié)省了鋼材用量，降低了截面尺寸和混凝土用量，減輕結(jié)構(gòu)的自重，從而降低了工程的造價。在大跨度、大空間結(jié)構(gòu)中采用預應力混凝土具有較好的工程實踐意義。

關(guān)鍵詞：預應力混凝土；撓度；裂縫；經(jīng)濟分析

中圖分類號： TU398.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）11-53-2

1 工程概況

該工程為學校使用的大禮堂建筑，位于邯鄲市某中學院內(nèi)，設(shè)有地下層，地上2層，建筑高度16.5m，屬于多層民用建筑，主要功能為學生演出、及學校召開會議等多功能廳堂。演藝中心結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，主要材料為鋼筋混凝土，總建筑面積為3836.04m2，其中首層1560.80m2，二層723.09m2，地下層1552.15m2。建筑設(shè)計使用年限為50年，設(shè)計等級分類為一級。

2 結(jié)構(gòu)方案選擇

該工程演藝中心頂層跨度最大為33m，如果采用現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范BS=知：矩形截面梁的高寬比h/b一般取2.0～3.5，而h=l～l，即此工程h取2400～3600mm，b取700～1800mm。初步確定混凝土梁截面為800mm×2800mm。若采用預應力技術(shù)，預應力框架梁高h=l～l，凈跨與截面高度之比不宜小于4，以及截面寬度不宜小于250mm，h取1385～2540mm，b取346～635mm，故初步確定預應力混凝土梁截面為500mm×1500mm。

3 計算分析

本工程基本風壓0.4kN/M2（地面粗糙度為B類），基本雪壓0.35kN/M2。混凝土柱采用強度等級為C40混凝土，前三層（地下一層、池座層、樓座層）頂梁、頂板采用強度等級為C30混凝土，頂層（柵頂層）采用強度等級為C40混凝土，鋼筋采用HRB400。共四個標準層，在第四標準層中選取框架梁WKL4進行分析。

3.1 結(jié)構(gòu)撓度分析

3.1.1 預應力混凝土梁撓度計算

WKL4撓度計算，矩形截面受彎構(gòu)件撓度f計算可按下列規(guī)定計算

B=（3-1）

f1=（3-2）

f2= （3-3）

f=f1-2f2（3-4）

kcr——預應力混凝土受彎構(gòu)件正截面的開裂彎矩Mcr與彎矩Mk的比值，當k>1.0時，取kcr=1.0。Bs——預應力混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度。θ——考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)，對預應力受彎構(gòu)件取2.0。B——考慮荷載長期作用下影響剛度。f1——荷載作用下的撓度。f2——預應力的反拱。

由此得出預應力撓度見表1。撓度最大為68.934mm，相對撓度==<，滿足要求。

3.1.2 普通混凝土梁撓度計算

WKL4撓度計算按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010規(guī)定計算，活荷載準永久值系數(shù)ψq=0.40，截面尺寸b*h = 800mm×2800mm?？蚣芰鹤畲髶隙萪=72.8mm。計算跨度L0=33000mm，L0/d=453>300，滿足限值要求。

3.2 結(jié)構(gòu)裂縫寬度分析

3.2.1 預應力混凝土梁裂縫寬度分析

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010—2010規(guī)定：在矩形、T形和I形截面的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件及預應力混凝土軸心受拉和受彎構(gòu)建中，按荷載標準組合或準永久組合合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度可按下列公式計算：

ωmax=αcrψ（1.9cs+0.08）（3-5）

ψ=1.1-0.65（3-6）

deq=（3-7）

ρte= （3-8）

式中，αcr——構(gòu)件受力特征系數(shù)，其中預應力混凝土構(gòu)件取1.5。

由此得出預應力梁最大裂縫寬度為0.336mm。

3.2.2 混凝土梁裂縫寬度分析

通過SATWE計算，在框架梁下表面處裂縫最大，彎矩準永久組合Mk=6838.9kN×m（不考慮軸力作用）。As=10799.2mm2，Es=200000N/mm2，deq=25.00mm。cs=40mm，h0=2747.5mm，b=800mm，Ate=1120000.0mm2。Pte=0.010，σsk= 264.9N/mm2，ftk=2.01N/mm2，ψ=0.608。

由公式得出：最大裂縫寬度ω=0.4mm。

3.3 預應力梁與混凝土梁結(jié)構(gòu)計算比較

兩種選型均適用于此工程，但預應力混凝土梁可以減小使用荷載下的結(jié)構(gòu)撓度，也可以延緩裂縫出現(xiàn)并降低外荷載較大時的裂縫開展寬度。在這種大跨度、大空間結(jié)構(gòu)中采用預應力混凝土。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

采用預應力混凝土方案時，梁截面尺寸為500mm×1500mm，預應力鋼筋采用fptk=1860MPa，低松弛鋼絞線，做二次拋物線步筋，張拉力為σ=1395MPa。梁中主要配筋如下：上部通長筋為12C32，架立筋為12C14，下部通長筋為14C32（如圖1）。采用普通鋼筋混凝土方案時，33m跨梁梁寬截面尺寸為800mm×2800mm，梁中主要配筋如下：中頂筋15C18/3C18，左、右頂筋均為27C18，底筋22C25（如圖2）。

預應力混凝土與普通混凝土相比，梁截面可減少1.3m，室內(nèi)凈高增加，結(jié)構(gòu)輕巧，改善了室內(nèi)觀感。普通的鋼筋用量可減少23%，混凝土量可減少65%?？蚣芰轰摻睢⒒炷敛糠衷靸r就可減少約40%。此外，梁自重減輕65%。需要說明的是，普通鋼筋混凝土梁無法避免開裂，而且鋼筋太多，很難施工。

5 結(jié)語

綜上所述，預應力方案比普通鋼筋混凝土方案在使用階段性能提高，同時又節(jié)省了鋼材用量，減小了截面尺寸和混凝土用量，減輕結(jié)構(gòu)的自重，從而降低了工程的造價。故工程采用預應力方案。

參 考 文 獻

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