某大学预应力框架梁设计

某大学食堂大跨度预应力混凝土框架梁设计摘要：本文通过工程实例，介绍后张法预应力混凝土梁的计算过程，并结合电算结果进行分析，确保了工程结构设计的可靠性和经济性。关键词：预应力；后张法；钢绞线；大跨度1工程概况某大学食堂为地下一层、地面四层的钢筋混凝土框架结构房屋。建筑面积20900m2，由于建筑使用功能的要求,食堂二层以上需设48x24m的大开间，其结构平面布置见图1： B-C轴24m跨及与A-B、C-D轴8m跨采用部分预应力混凝土框架梁,其余框架梁及次梁采用普通钢筋混凝土结构，该结构兼有全预应力混凝土和普通钢筋混凝土两种结构的优点，构件的挠度小，可合理地控制裂缝，节约预应力钢材，同时具有较高的延性，有利于抗震。预应力筋采用s15.2低松弛钢绞线束，非预应力钢筋采用HRB335级螺纹钢筋。锚具采用QX型群锚体系。采用后张法有粘结施工工艺。梁、柱混凝土采用C40，次梁、板混凝土采用C30。本工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，框架结构抗震等级为三级，场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为类。224m跨预应力楼面梁设计2.1 设计构思部分预应力混凝土梁的经济高度为钢筋砼梁的50%70%，故梁高为h=0.6xl/12=l/20=24000/20=1200mm，梁宽则根据预应力筋和锚具的排列要求取b=500mm。本工程楼面梁为室内正常环境，预应力混凝土结构裂缝控制等级：三级，裂缝宽度限值为lim=0.20mm。部分预应力混凝土结构采用预应力筋和非预应力筋混合配筋，当预应力度=M0/MS=0.6时，AS+AP为最少。预应力筋的布置，取决于最大弯矩截面和端部截面的受力情况。预应力曲线是由三段曲率相反的抛物线组成，见图2。 它们在反弯点的典型位置大致在0.10.2 l的范围内变动。本工程的反弯点位置大约在0.15 l处，即3600mm位置。由于预应力框架梁的跨度较大。为使框架梁中预应力引起的次梁弯矩对柱产生有利影响，同时减少梁的端部弯矩，宜将一部分预应力筋下移，锚固在梁的中心线处。2.2 预应力筋和非预应力筋的确定由于楼面为现浇梁板，故按T型梁毛截面计算,见图3。 T型截面参数：A=mm2 ，I=106mm4 ，W=180.5106mm3 ，y0=638.7mm跨中截面处电算得：基本组合弯矩设计值M=4251kNm，短期效应组合弯矩设计值MS=3400.8 kNm，按预应力度=0.6，混凝土的法向应力计算：pc= MS/W=11.3N/mm2按抗裂要求计算，取=2.0，混凝土的法向应力计算：pc=scr=10.21N/mm2取二者中较大值pc=11.3N/mm2，预应力筋的有效预应力计算：Npc=2756kN有效预应力一般在0.50.55ptk范围内。本工程 取pe=0.55ptk=0.551860=1023 N/mm2，预应力筋的面积计算：Ap=2694mm2有效预应力的另一种计算方法是pe=con-e ，e一般为2030%的初始应力，本工程取e=0.25con ，则pe用有效预应力pe=0.50.55ptk计算更为直观，省去估算预应力的总损失。选用3束7根d=15.2钢绞线，从而有预应力钢绞线面积Ap=37139=2919mm2,非预应力筋面积计算公式：AS= 内力臂Zp=0.8h,Zs=0.85h，取MU=1.2M，非预应力筋面积计算：AS= 4582mm2按计算配非预应力钢筋：825+225，AS=4909 mm2。2.3 预应力损失值预应力筋孔道采用预埋金属波纹管，两端同步张拉的施工工艺。本工程要求超张拉，降低锚固损失、摩擦损失和松弛损失。预应力的总损失值见下表:曲线支座处截面跨中处截面A447.8(32.1%)326.4(23.4%)B385(27.6%)325(23.3%) 注：括号内为损失百分率。2.4 混凝土的应力预应力筋的张拉控制应力con=0.75ptk=0.751860=1395 N/mm2,梁跨中截面处的有效预应力为pe=1395-326.4=1068.6Mpa，使得预应力筋的计算强度与有效预应力的差值（1860/1.2-1068.6=481.4）在480Mpa左右，与非预应力筋的计算强度相近。这样在破坏时，两者都能达到屈服强度。跨中有效预应力合力NP=peAP-sAS=2822.7kN ，epn=584.3mmpc=10.7 N/mm2相应的消压弯矩M0=pcW0=2074.5kNm预应力度= M0/M=2074.5/3400.8=0.612.5 由预加应力产生的次弯矩支座处截面为454.9kNm，跨中处截面为446.4 kNm，两者都不很大，支座处截面的次弯矩为有利影响。跨中处截面的次弯矩为不利影响。2.6 强度验算M=M主+M次=4251+446.4=4697.4 kNm p0=con-e+aEpc=1105.3N/mm2根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001） b0.35，h0=1100mm，bh0=385mm由cm=得x=216.7mm2=70mm4697.4 kNm，满足要求。开裂弯矩Mcr =(pc+ rftk)W0=2909.7kNm，Mu/Mcr=5417/2909.7=1.861.2，满足要求。2.7 裂缝验算NP0=AP-AS=1766.8kN，ep0=615.83mm，epn=614.5mm，ep= ep0-epn=1.33mm，1419.7mm ， =0.=1018.1mm=125.8N/mm2=0.02639 =0.62=2.10.62=0.1030.15mm2.8 使用阶段的挠度验算计算得由荷载引起的向下的挠度mm；由预加应力引起的向上的挠度mm；梁施工时考虑支撑可能引起的沉降、起拱=30mm。梁向下的总挠度： =97.4-39.2-30=28.2mm=80mm3结语通过该工程预应力混凝土框架梁设计和施工实践，当建筑功能需要时，通过精心设计，采用预应力混凝土框架结构可获得较好的使用效果。但设计过程必须十分慎重，应对使用荷载作可靠的调查，掌握开裂弯矩与使用弯矩的比值，应慎重考虑预应力度、预应力束的形状、位置，并进行必要的强度、变形、抗裂的计算。参考文献： 1 GB 50011-2001建筑抗震设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，20