在设计预应力框架时应注意的若干问题

一、前言采用预应力混凝土是改善结构使用性能、节约钢材和能源、满足建筑空间要求、提高综合经济效益的重要措施。然而笔者在这几年的工作实践中发现在预应力框架的设计中存在着以下几方面的问题需要引起重视：1、许多设计人员只知道通过预应力技术可以加大梁的跨度、降低梁的挠度、减小梁的裂缝，但对预应力混凝土的基本概念、对不同阶段荷载作用下预应力筋及非预应力筋的应力变化情况和裂缝的开展等情况并不清楚。2、设计人员在设计预应力框架时，设计步骤如何？计算模型应如何建立？预应力等效荷载应如何应用等问题上有许多模糊的认识需加以澄清。3、由于上述1、2条的原因，因此设计人员实际设计过程中往往采取以下两种方案：（1）在结构方案阶段尽量加柱子避免出现大跨度框架。（2）实在避免不了，就将预应力的设计委托给预应力施工单位来完成。笔者认为这两种方案都不可取，第一种方案不能满足建筑的要求，而且不利于结构在设计上的创新。第二种方案亦不可取，因为它存在着如下隐患：（1）

预应力筋虽然是施工单位帮助算了出来，但是预应力筋的配置是否合理，是偏大还是偏小，设计人员往往心中无数，而且有关预应力筋部分的施工图纸最后要由设计人员签字和盖章，因此设计人员要为此承担相应的设计风险。（2）

由于预应力筋的设计与施工全部交给施工单位，设计人员往往按普通混凝土梁、柱的设计方法来设计预应力框架的梁和柱。而实际上预应力框架的梁、柱配筋由于有预应力筋的存在使其配筋构造和普通混凝土框架的梁、柱有所区别。而且会给施工带来许多麻烦，使预应力框架的质量难以保证。（3）

预应力筋的设计和施工全部由预应力施工单位来完成，在施工现场，由于设计图纸上对预应力的相关技术参数要求不详细，给监理的现场监督带来困难。二、

预应力框架设计中应注意的若干问题1、设计人员应注意在使用荷载作用下预应力混凝土梁截面各阶段的应力变化和梁裂缝开展的情况，下面以预应力简支梁的跨中截面为例加以简要说明：第一阶段：加载至混凝土上边由拉变压，下边压应力减小到零，钢筋拉应力略有增加，构件反拱减小，略有挠第二阶段：加载至裂缝即将出现，混凝土上边压应力增加，下边拉应力达到ftk,钢筋拉应力增加了2αEftk，构件挠度增加。第三阶段：加载至破坏，截面下部裂缝开展，构件挠度剧增，预应力钢筋拉应力增加到fpy,，非预应力钢筋拉应力增加到fy,混凝土上面压应力增加到fcm。第四阶段：在破坏前，卸去荷载，裂缝将闭合，混凝土重新受压。由上述可知，预应力混凝土梁在各个阶段的内力变化情况与普通混凝土梁有所不同，我们在设计预应力框架时应考虑到这个因素。2、预应力框架的计算：伴预应力框冤架梁在正饺常使用条旗件下一般难不开裂，楼使得整个亦结构在使能用阶段处混于弹性工罚作状态，鼓因此采用模结构力学布杆系模型惊的计算理椒论来计算此预应力框负架是切实菠可行的，搂换句话说恼，采用现静有辣的唱TBS弃A贿、位TA姻T喇、辰SATW磁E橡等计算程涝序可以进傅行预应力崭框架的内围力分析，胃其内力分僚析结果是踏安全可靠泰的。缘4冰、敏“穷荷载平衡柄法丽”丙在实际应付用中应注浇意的问阀题录平：今“啦荷载平衡搭法倒”狭是林同炎蔽先生对预巧应力理论彩的重大贡音献，为超玻静定预应堤力结构的默计算提供象了一种简网化工具。铸但是在实跌际应用中界应注意其澡使用范围疾是有局限浆性的桑。防“辜荷载平衡启法祝”世只是为结央构的内力伤分析提供吩了一种简纠化手段，滑将预应力恳所起的作什用折算成越等效荷载恳参与结构样计算，这萌种计算方倾法的理论络基础是当多预应力混残凝土遇梁在正常滥使用条件脊下处于弹科性工作时菠，预应力惑筋的应力森变化幅度鉴很小，可打近似地认盛为是一个械定值，即讨：唯б筋pe档=墓б奏con剩–б泳l毕其莲中洋曾：动

辆搞б妇pe团敏：有效预戚应力气б庭con棒：张拉控腿制应力养б顿l废滚：预应力未损失伍通过实验总证明，在透正常使用宋状态下，螺其计算结威果与试验测结果吻合渔很好。但侍是在极限前承载力状锹态下，梁盟已接近破虹坏，预应鲜力筋的应欣力比在弹杨性条件下贼增加了许惩多。这时荷候捕，羡“及荷载平衡故法令”壁的理论基新础已不存老在。因此买在极限状腔态下希用网“平荷载平衡逆法魄”绑进行配筋爷计算是不甩妥的。障“宴荷载平衡谈法且”粮的使用范般围只能是岁用于计算涂预应力梁巷的挠度和翁裂缝，而悲计算梁的蒸极限承载遭力时，不期能考虑预堡应力等效直荷载的作束用，只能太按照普通未混凝土框控架的计算静方法求出呀梁柱的内栋力，再套直用预应力巾的相关公摄式分别计垦算出预应棋力钢筋和剧非预应力扮钢筋。龟5跌、在计算塑梁的极限乘承载力时摸中是否需舞考虑次弯蚂矩的不利菜影响匹由于框架渗结构属于触超静定结绣构，在预斧应力等效灵荷载作用遇下，会产转生次弯矩舟。一般情嗓况，次弯裙矩对梁支抵座是有利宇的，对梁彩跨中是不坦利的。在械梁的极限女承载力状临态下是否捕需考虑次孩弯矩的影仰响，这个誓问题在工基程界一直抢有争议，竹至今也没淡有一个定恋论，但从血同济大学待和东南大习学的大量春试验研究徐证明，在多极限承载划力状态下麦仍然存在折着次弯矩丧，但其大量小只有正宰常使用状魄态下踏的蝇30%-狼60女%趋。因此从炮工程实用章的角度来密说，可以例得出如下扰结论：当旅次弯矩对好结构有利狭时，可以厕不考虑；砖当次弯矩辰对结构不膝利时，在杜极限承载显力计算时父应当考虑花。窑既6凭、用正常糠使用状态动和极限承进载力状态略两种方法舱所计算出斑得预应力签筋差别较兆大的原因抵浅析：尼设计人员霜在进行预饰应力框架眯的设计时堆会发现这采样一种现割象：用正锦常使用状赛态下的计拦算公式计贵算的预应败力筋数量杯比用极限垂承载力状乔态下的计肆算公式所贺计算的结辜果要大得魂多，这里横面的原因哗是什么？煤通过笔者羞这几年查葛阅国内外访资料发现固，主要是炉由以下两绩方面的原偶因造成的抬。晴（谢1诚）摄

刘火我国的规亭范所规定劫的裂缝宽堪度的限值覆要求过严册，通过分瞎析《荣混凝土结追构诊设计规范虫》中有关拐最大裂缝甚的控制规胁定可以发感现，规范缴中对预应物力结构的戏最大裂缝值宽度的限怜值比普通俯混凝土要弱严。规范幻的出发点速是对采用饺预应力钢聋丝、钢绞身线及热处佳理钢筋的袍预应力混牺凝土构件华，考虑到古钢丝直径匀较小和热捐处理钢筋舒对锈蚀比肝较敏感，驻一旦出现俱裂缝，会贷严重影响耻结构耐久打性，故规轻定在室内茅正常环境们下采用二帅级裂缝控恐制，在露壮天环境下夜采用一级器裂缝控制捞。但是在炉实际工程小中用的最钟多的是后滩张法有粘惯结或无粘照结预应力厨体系，一悦般情况下肤预应力筋卸是摆在普能通钢筋里井面，其保弊护层较厚溉，混凝土股即使开裂块对于无粘慈结预应力舱筋来说它棍的外面有富油脂和塑除料套管的搁保护，对形于有粘结汉预应力筋抹来说，它使的外面有诵砂浆和波骗纹管的保男护。而且滤预应力筋兴在卸去荷漏载后其裂饰缝会自动索闭合。因挖此，在实昼际工作中良可根据具增体情况作防出适当调贼整。润（兵2薄）私

低号我国的荷损载规范中昂恒载的分妇项系数络是赴1.倘2祖，活载的岸分项系数情是距1.行4宝，而美国找规范中恒训载的分项酬系数蜘是猫1.扫4终，活载的炉分项系数甚是吧1.补7黎，通过以涝上对比可疏以发现，宴与美国规犬范相比，看用我国规幻范进行极胃限状态下压的配筋计啊算结果偏滚低。玩由上述分博析可得出膛以下结论兴：当采用职后张法无接粘结或有膨粘结预应秋力体系的托预应力梁为，它的裂倍缝宽度可奴按同级的散普通混凝饺土梁的要梯求来控制达，在有经阿验的前提钱下还可进窝一步放松岔。代7沫、框架柱币在设计中哗应注意的朽问题辽（贿1返）毙

谷盼框架柱在肉极限承载色力计算时尖，是否考制虑梁中预桑应力等效熔荷载的有绪利影响。突框架在预目应力等效隆荷载作用精下，其所北产生的综电合弯矩对询于框架柱爸来说是有却利的，那烛么在计算滚框架柱的垫极限承载额力时是否泻考虑这一愤有利因素婚呢？笔者佩专门就这扯一问题向戏东南大学跌吕志涛院厦士进行了首请教，得骡出的结论欢是，由于宏预应力在布柱子上所变产生的综催合弯矩比彼起柱子本野身在竖向项荷载作用股下所受的嚷弯矩要小驻的多，可格以偏安全杨的不考虑及这种有利友影响。裂(2怠)斗框架柱的递轴压比限卫值介月：给框架柱在滔抗震时是玻否有足够公的延性对妈于整个结拖构来说是统至关重要灯的。决定密框架延性率的一个重擦要因素就楼是框架柱挑的轴压比昆，轴压比躁越低则柱纺子的延性皆越好，因躁此，在设品计中除加雄强框架柱贱的配筋构除造外，另厚一个重要争的手段就剂是控制框吼架柱的轴涂压比。一煤般情况下炉，预应力皆结构的底锋层框架柱粘的轴压比总宜控制鞋在辞0.世6融以内。格（垂3排）在进行逃框架柱的弃极限承载刘力计算时桑，柱截面飘计算高都度贱h吉0醋的取值：测由于预应臂力框架的绝跨度一般旋都比较大到，因此框风架柱所受直的弯矩较林大，计算抛所需配筋甜较多，同甘时在梁柱祸节点处还朗要给预应律力锚具留总出位置。左这时，框宵架柱往往者选用较粗绘的钢筋甚都至要配双蓄排钢筋洁。适嚷在利皇用天TBS胸A直或柄PKP聪M谢的柱配筋相计算结果否时一定要叙慎重，因猫为程序内柄定的柱截挥面高度隐切含阔值联h彩0唐=h-3淡5常（涂或佣4先0值），计算妄出来的柱漂配筋会偏布小，一定傍要将柱内浆力取出后将用手工方隶法进行配颤筋验算复冤核。南三、预应财力框架的五结构布置销及配筋构夹造莲军：狸1班、预应力茶框架的结暮构布成置响蚕：累框架梁的分截面高帖度扰h腾可采惑用辱1/12套~1/1嘴8锣L挨，梁截面捡宽惧度磁b=(1鬼/3~1全/5)狱h浸，当截面绩配置一束协预应力筋穗时登，哗b=25扫0~30器0m庄m状；当在同榜一截面高皂度配置二扰束预应力叼筋时蝴，痒b=30箱0~40息0m注m核。技框架柱多晨为矩形截嫌面，按轴话压比小扛于碧0.菜6棵来确定截岁面尺寸。恋此外，柱兄宽尚应满苦足梁的预床应力筋和嫂柱纵筋的总布置要求坊。在平面青布置中，雕柱子较长誓的一边宜穿垂直于梁沉的轴线方祥向，否这样布置买框架柱的径目的在于伍：贯（绳1绵）便于排汪放预应力怎锚具和柱幸子的纵向剧钢筋。诊（滚2忽）使得柱这子所分配肆的弯矩较洞小，计算淹所需的钢折筋较少，遍便于柱纵拐筋的排放邪。令2锁、框架梁赵的配筋构或造喇困：盏框架梁中根有关预应似力筋和锚映具的构造蜜在许多资普料中已有重详细的介烟绍，本文捞不再重复将。下面将绝重点介绍牛梁中普通韵钢筋的构旁造，这往粗往是设计累人员容易仿忽略的问协题。典型标的预应力万梁的截面划配筋，在熊设计中应他注意以下激几点：傍（谊1陆）梁中受府拉区配置疤的纵向普芦通钢筋的煌最小截面河面厌积蒙A纲s驴应符合下拿列规定：须A傅s倡fy/(概A租s屡f同y捧+A棒s丧σ尚P肤)>0.戒25辉中或火

崭A概s百=0.3补%bh详取以上两苏式计算结膝果的较大咏值。纵向具非预应力惭钢筋应均屡匀分布在何梁的受拉凉区，并靠凭近受拉边怕缘，其直遍径不应小忌于巨14m肝m曲，长度应萍符合钢筋贸锚固长度货的要求。蔬（减2元）梁箍筋挠不仅起着袋抗剪的作城用，而且森在施工时挡还起着固向定波纹管钞的作用，联因此，箍润筋的直径借不宜过细六，一般伸取荒10~1旦6m劈m嘱。箍筋间旱距固100~暑200m协m.克（耗3谣）由于温盲度应力和郊不均沉降殖的影响，邮即使在预需应力张拉捏完成后，忍沿梁长方堵向也会出援现若干条赖较细的垂偿直裂缝，遇这种裂缝雁一般是沿币梁长均匀耻分布。为讲防止这种色裂缝的出廊现，梁两免侧宜放置也直径崖为掠10~1奸6m恋m益的普通钢哪筋，间距紫控制鲜在歉100~叶150m铜m凡。长度应暑符帝

尖合钢筋锚遥固长度的吨要求。喝3恐、框架柱井的配筋构额造捕鸦：勒典型的框挑架拄配筋吹，在设计宪中应注意野以下几独点孟胡：属（育1统）坟

息在排列柱秃纵向钢筋鸡时，必须隙首先考虑宏预应力锚嚷具的布置伤。堆（蛇2醋）恢

眯柱的纵向址钢筋应尽允量选用较锣粗的直径却，以减少燕钢筋的根沟数便于施副工。当选蛮用直径投在哲28m户m公以上的钢弟筋时，应钢在设计中仆特别注明荡要采用机碑械连接，汽以保证施喘工质量