高层结构预应力的设计与应用

周丹

摘要：设计部份预应力框架结构中遇到一些值得深思的问题，如设计方案的选择，如何保证框架的延性，如何选择预应力曲线形状，使其能充分发挥预应力的效能，以及如何考虑大跨度、大菏载下梁的最佳连接形式。通过计算与分析，将以上问题逐一解决。

关键词：部份

Abstract: some question thought-provoking appear in the design for partially prestressed frame structure, such as the choice of design plan, how to assure the ductility of frame, which shape of prestressed curve can bring fully efficiency of prestressed and how to choose the best connection form of beam under long span, large working load. These question mentioned above will be solved through the following calculation and analysis.

Key words: partially prestressed; bearing stress; bending moment.

中图分类号： TU355 文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

长沙劳动广场某接待中心工程为四星级宾馆，地上18层框架剪力墙结构，地下2层，其中墙裙为3层预应力框架结构，平面为31.2mx7.8m，柱距7.8m，层高4.5m，大跨度、大空间，不仅可以满足餐饮、健身、娱乐等多功能要求，而且布置灵活，更显高档宾馆的豪华气派。起平面布置见图1。

2. 结构设计

1 方案选择

(1)非预应力混凝土单向框架承重方案，当满足强度要求挠度控制l0/300，裂缝小于0.3mm时，梁高需1.2m，占较大的空间，不够美观。

(2)非预应力混凝土井字梁方案，长宽比为2.5，结构单向受力（实际为单向密肋梁），梁高也要到1.0m，这一方案结构自重大，施工亦很麻烦。

(3)采用小柱网结构，要影响大开间的使用功能。

(4)鉴于以上几点，决定采用部分预用力框架。由于预应力与非预应力筋混合配筋，兼有预应力与钢筋混凝土两者的优点，可以跨越较大空间，较好地控制使用载作用下裂缝和饶度，又有较好地延性和能量吸收，有效地抵抗地震的影响

预应力大梁截面尺寸为350x700，与非预应力方案相比节约了500mm高的空间，因而深受建设单位的欢迎。大梁采用4束预应力钢绞线（即2-6Фj15+2-5Фj15），钢绞线强度为1570N/mm2 。屋顶设有游泳池，菏载较大，梁截面为500x900，配6束刚绞线（即6-6Фj15），其余没有游泳池的地方大梁截面为350x900，配4束刚绞线。

2.2 预计计算

2.2.1 预应力曲线的确定

如果预应力曲线与外荷的弯矩图想一致，就能充分地发挥预应力筋的作用，根据PKPM电算结果，弯矩包络图中正、负弯矩的交接点（即反弯点）均在2—2.5m之间，因此，将反弯点设在2.4m处，这样会更符合受力情况，而整个曲线是由4个半抛物线组成，图2。

2.2.2 关于次弯矩的问题

预应力作用与超静定结构引起的变形受到约束而产生次弯矩。根据本工程计算结果，在梁的跨中截面上，外荷载产生的弯矩图与次弯矩图，符号相同，组合后弯矩增大，次弯矩起了不利于梁的作用，而支座处外荷载与次弯矩的符号相反，组合后弯矩减小，次弯矩起了有利于梁的作用。计算中还可以看出跨中所产生的次弯矩越占外和荷弯矩的12%~20%,而支座产生的有利影响约占10%左右，这个比率还是比较大的，因此，在承载能力极限状态计算时必须加以考虑。

2.2.3 跨中翼缘取值问题

为了使大梁有足够的延性，能有效的抵抗地震力的影，除了控制预应力度外，还控制了受压区高度和梁有效高度之比不大于0.35（即x《0.35h0）对于跨中的有利条件，但因次弯矩减小了弯矩故而也顺利通过了。这里值得提出的是跨中是跨中翼缘取值问题，在现行规范中现浇楼盖非预应力混凝土梁的有效翼缘宽度是取b0=b+12h1 ，本工程也采用此值，但根据已建工程的实测，有的工程取b0=b+20h1 或 b=b+s0 /2(s0为梁间净距)。希望修订规范时，尽快反映预应力梁的翼缘宽度取值，这样能更符合预应力的情况，又可达到节约的目的。

2.2.4 框架刚接与铰接的问题

大跨度、大荷载的框架，如顶层有游泳的大梁，是采用刚接好，还是采用铰接好，意见不一致。有人认为铰接既可避免柱弯矩过大，配筋过多，又可发挥跨中抵抗弯矩的能力，但经过实际计算，表明屋面梁的刚量过大，比刚接多用50%左右的钢材，故而节点乃用刚接，虽然刚接柱要多用钢材，但2倍的柱长仍然比梁跨小得多，也就是说，柱内多用钢材比梁内多用钢材要经济的多；当然，如若配筋量过大，还可以考虑采用预应力柱的方法，这样可以大大减少柱内配筋量，提高柱的刚度。

通过工程设计，接触了很多问题，获得了较好的效益，该工程已顺利建成，使用效果良好。

参考文献：

[1] 吕西林，高层建筑结构，武汉工业大学出版社

[2]一级结构注册工程师必备规范汇编（2003年修订缩印本）中国建筑工业出版社

[3] 藤智明，钢精混凝土基本构件（第二版），清华大学出版社

[4] 卢盛澄，承 宇，鲁兆红 预应力框架应用中几个问题的探讨 建筑科学研究论文集。

作者简介：周 丹（1976-），男，国家二级注册建造师，硕士研究生。湖南馨雅林工程设计有限公司总工程师，主要从事土木工程研究工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。