裕達(dá)地下廣場32 m 跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁設(shè)計

孔令利（中國核電工程有限公司鄭州分公司，河南　鄭州　450052）

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·結(jié)構(gòu)·抗震·

裕達(dá)地下廣場32 m 跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁設(shè)計

孔令利
（中國核電工程有限公司鄭州分公司，河南鄭州450052）

摘要：根據(jù)裕達(dá)地下廣場框架剪力墻結(jié)構(gòu)跨度大，荷載重等特點，提出采用大跨度預(yù)應(yīng)力次梁結(jié)構(gòu)體系來滿足建筑功能要求，并對其中一榀32 m跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計過程、要點和相關(guān)構(gòu)造措施進(jìn)行了詳細(xì)分析，對類似工程有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土梁，預(yù)應(yīng)力，梁截面，荷載

1　工程概況

裕達(dá)地下廣場為全封閉地下框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑周圈為3層，柱網(wǎng)間距8 m，中間為1層，并抽掉兩排柱子，形成一32 m× 48 m的大空間多功能廳，結(jié)構(gòu)頂板為覆土和設(shè)置管道層。由于多功能廳梁最大跨度達(dá)到32 m，荷載重，為滿足結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)要求，經(jīng)過比較，最終采用大跨度預(yù)應(yīng)力次梁結(jié)構(gòu)方案，即除了柱位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力框架梁外，在兩柱之間增加預(yù)應(yīng)力次梁來分擔(dān)荷載，將梁截面控制到正常范圍之內(nèi)。

本工程抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），框架抗震等級為三級。建筑頂板折算恒荷載為18.75 kN/m2，活荷載為10.0 kN/m2。

32m跨兩端各有8 m小跨，設(shè)計將預(yù)應(yīng)力梁向外延伸一跨，變?yōu)槿纾? +32 +8）m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，使得中支座和跨中內(nèi)力得到調(diào)整，結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理。

本工程頂板結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

2　預(yù)應(yīng)力混凝土梁設(shè)計

本工程共有17根預(yù)應(yīng)力混凝土梁，本文僅介紹⑤軸預(yù)應(yīng)力框架梁的設(shè)計，其余梁的設(shè)計類同。

2.1材料

混凝土：C50，ftk=2.75 N/mm2，Ec=3.45×104N/mm2。預(yù)應(yīng)力筋：1860級低松弛鋼絞線φj15.2，Ap= 139 mm2，fptk= 1 860 N/mm2。

2.2梁截面

根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的擺放要求及端頭錨固要求，梁寬取600 mm，梁高取2 200，跨高比約為1/15。

圖1　頂板（標(biāo)高-1.50 m）結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.3裂縫控制等級

根據(jù)規(guī)范要求，預(yù)應(yīng)力梁裂縫控制等級為一級，即嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，則σsc-σpc≤0。

2.4荷載效應(yīng)組合值

由于預(yù)應(yīng)力梁基本對稱，?，?支座和?～?跨中為控制截面。根據(jù)PKPM程序計算結(jié)果，控制截面彎矩見表1。

表1　控制截面彎矩　kN·m

2.5預(yù)應(yīng)力筋面積估算

2.5.1有效預(yù)應(yīng)力估算

張拉控制應(yīng)力σcon= 0.6fptk，采用兩端張拉，根據(jù)工程經(jīng)驗［3］：預(yù)應(yīng)力損失支座取25%σcon，跨中取35%σcon，則支座和跨中的有效預(yù)應(yīng)力分別為：支座σ1e= 0.75σcon= 837 MPa；跨中σ2e=0.65σcon=726 MPa。

2.5.2估算預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量

1）?，?支座。根據(jù)構(gòu)造要求，支座預(yù)應(yīng)力筋偏心率ep= 632 mm，由σsc-σpc≤0，得預(yù)應(yīng)力筋面積Ap1≥7 488 mm2。

2）?～?跨中。根據(jù)構(gòu)造要求，跨中預(yù)應(yīng)力筋偏心率ep= 1 188 mm，由σsc-σpc≤0，得預(yù)應(yīng)力筋面積Ap1≥7 507 mm2。

1根鋼絞線的面積為139 mm2，則需鋼絞線根數(shù)n =54。

2.6預(yù)應(yīng)力梁設(shè)計與驗算

2.6.1預(yù)應(yīng)力筋布置

根據(jù)外荷載彎矩圖形狀及端部錨具擺放要求，確定預(yù)應(yīng)力筋在梁內(nèi)的擺放。實配鋼絞線54根，分成6管鋼絞線束，每束9根，預(yù)應(yīng)力鋼筋布置見圖2。

預(yù)應(yīng)力梁采用XM15-10成套錨具，端頭考慮錨具布置和局部承壓要求，將預(yù)應(yīng)力筋分散布置，如圖2中1—1剖面所示。

圖2　預(yù)應(yīng)力鋼筋布置

2.6.2預(yù)應(yīng)力梁計算

采用合肥工業(yè)大學(xué)編制的PRCS預(yù)應(yīng)力計算軟件，對預(yù)應(yīng)力梁施工階段、正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計算分析和優(yōu)化，主要計算結(jié)果如下：

1）施工階段（只有自重作用）。

混凝土應(yīng)力：

支座上邊緣σc上= -6.2 MPa，支座下邊緣σc下= -0.4 MPa；跨中上邊緣σc上= -0.1 MPa，跨中下邊緣σc下= -9.2 MPa。

均為受壓，且壓應(yīng)力小于1.2fc，滿足規(guī)范要求。

張拉伸長值：①②③④束分別為255.5 mm，257.5 mm，261.4 mm和265.2 mm。

張拉時反拱值為15 mm（已包括自重引起的撓度）。

2）有效預(yù)應(yīng)力。

支座σe1=893 MPa，預(yù)應(yīng)力損失為20%σcon。

跨中σe2=770 MPa，預(yù)應(yīng)力損失為31%σcon。

與估算值較為接近。

3）正常使用極限狀態(tài)。

混凝土應(yīng)力：支座上邊緣σ= - 1.17 MPa，預(yù)應(yīng)力度λ支= 1.15?？缰邢逻吘墻? -0.61 MPa，預(yù)應(yīng)力度λ中=1.06。

均為受壓，滿足規(guī)范要求。

計算撓度：32 m梁跨中為38 mm（L/842），滿足規(guī)范要求。

4）承載能力極限狀態(tài)。

支座：設(shè)計承載力MR1= 16 043 kN·m，荷載效應(yīng)基本組合Mu1=10 050 kN·m，MR1＞Mu1，滿足要求。

跨中：設(shè)計承載力MR2= 17 213 kN·m，荷載效應(yīng)基本組合Mu2=8 750 kN·m，MR2＞Mu2，滿足要求。

3　施工要求

本工程跨度大，預(yù)應(yīng)力筋多，必須由有資質(zhì)的施工單位進(jìn)行施工，主要施工要求如下：

1）預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙定位，特別控制預(yù)應(yīng)力筋最高點、反彎點及最低點的位置。

2）編制預(yù)應(yīng)力專項施工方案，確定張拉順序。本工程共有17根預(yù)應(yīng)力梁，施工時從兩邊向中間對稱張拉，且每根梁先張拉設(shè)計值的一半預(yù)應(yīng)力，最后至設(shè)計張拉控制應(yīng)力，減小張拉順序的影響。

3）張拉時必須拆除板底模板及梁側(cè)模板，并采用張拉控制力和張拉伸長值雙項控制。

4　結(jié)語

本工程根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，采用大跨度預(yù)應(yīng)力次梁結(jié)構(gòu)方案，控制梁截面在正常范圍之內(nèi)，實現(xiàn)了32 m大跨度建筑空間功能。設(shè)計中將預(yù)應(yīng)力梁向兩端各延伸一跨，使得支座和跨中內(nèi)力得到調(diào)整，減少柱彎矩，改善結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了預(yù)應(yīng)力梁施工可行性和經(jīng)濟性。本工程可為類似工程提供一定參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］陶學(xué)康.后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

［2］陶學(xué)康.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計與施工［M］.北京：地震出版社，1993.

［3］王偉君.21 m跨部分預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁設(shè)計［J］.建筑結(jié)構(gòu)，1994（12）：35-36.

The design of prestressed concrete beam of Yuda underground plaza 32 m span

Kong Lingli
（China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd，Zhengzhou Branch，Zhengzhou 450052，China）

Abstract：According to the Yuda underground plaza frame shear wall structure large span，heave load and other characteristics，put forward using large span prestressed secondry beam system to meet the construction functional requirements，and introduced in detail the design process，key points and related structural measures of a 32 m span prestressed concrete beam，had certain reference for similar engineering.

Key words：prestressed concrete beam，prestress，beam section，load

中圖分類號：TU378.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0032-02

收稿日期：2015-12-14

作者簡介：孔令利（1972-），男，高級工程師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)師