本站原创摘 要：大面积有粘结预应力混凝土框架结构应根据柱网尺寸采用不同的结构方案；按规范要求的Ⅱ级抗裂标准,普通钢筋仅需构造配筋,有时预应力度较高的结构反而开裂严重,故建议适当放宽抗裂控制等级.根据经济效果分析,框架梁中预应力筋连续跨数宜为3-4跨.
关 键 词：有粘结预应力 框架结构 设计
最近几年,在高层、超高层建筑不断增长的同时,平面尺寸超长、超大的建筑也迅速涌现.这些建筑一般采用有粘结预应力混凝土框架结构,其长度方向或两个方向的尺寸已超过规范规定的不设伸缩缝的最大长度.由于设计、施工的方法和经验不足,尚有许多问题急需研究探讨.
一、大面积预应力混凝土结构方案选择
根据柱网尺寸的不同,大面积现代预应力混凝土结构,可采用不同的结构方案.跨度较小的框架结构,一般连续跨数较多,宜采用梁高较小的宽梁结构.梁中预应力筋的留孔可采用扁波纹管,以保证梁的有效高度,并使连续张拉跨数较多时摩擦损失不致过大.宽梁结构若处于地震烈度较高的地区,应加设抗震墙.特别是梁宽大于柱宽的扁梁结构,增加抗侧刚度很重要.跨度在12-18m的多跨框架结构一般采用通长的预应力筋.长的有粘结预应力筋的摩擦损失较大,连续跨数宜控制在3-5跨.若连续跨中有短跨,可在短跨处断开,设置后浇带；短跨可采用低预应力度的大梁.跨度在18m以上的结构由于内柱处大梁弯矩较大,大梁的负弯矩钢筋多,为保证抗弯、抗剪和抗裂要求,避免内支座配置过多的预应力筋,宜在内支座处加腋并使大梁中的预应力筋曲度平缓,以减少预应力损失.
在柱距方向,应视柱距的大小而采用不同的楼盖体系.若柱距在8m以内,可采用单向平板、肋梁板、无粘结预应力平板、预制预应力大板等.若柱距为8-12m,可采用无粘结次梁、后张有粘结次梁、先张预应力次梁.在柱距方向,因承受地震作用及风作用,轴线上的梁高度应比次梁大,并需按纵向框架设计.
若双向跨度相差不大,框架大梁与次梁应设计成双向预应力结构,次梁宜按井式梁进行设计.如双向跨度不大于12m,也可取消次梁,采用预应力平板.
二、预应力度与抗裂控制
GBJ10-89规范的几次修改,均未明确高强预应力混凝土结构抗裂要求的放宽程度.连续多跨预应力混凝土框架结构,预应力度若表示为PPR-MO／MSK,应取为0.550.75(M0为荷载作用下受拉边缘的退压弯矩,MSK是竖向荷载标准值下的弯矩短期组合值).若按规范要求的抗裂标准(Ⅱ级抗裂),则承载力验算时仅配预应力筋就已有富余,普通钢筋仅需构造配筋.我国规范对构造钢筋的配筋率未作规定,设计者往往采用最小配筋率控制.普通钢筋量偏少时,由于预应力混凝土结构从浇筑到张拉有很长的过程,在此期间因混凝土的收缩、支撑的沉降、钢筋混凝土次梁或板支撑的拆除等因素影响,受力情况远比设计人员预见的复杂,加上应用商品混凝土,张拉前裂缝宽度可达0.3mm.普通钢筋的应力较高,张拉后裂缝不能闭合.原预应力度较高的结构,反而开裂严重,造成梁刚度降低,耐久性较差.故确定普通钢筋用量时应考虑以下方面：
(1)抵抗温度、收缩、支撑沉降引起的混凝土裂缝；
(2)抗震设计要求；
(3)抗剪设计要求.在低侵蚀环境,适当放宽抗裂控制等级(如Ⅲ级) 不会影响结构耐久性.
三、多跨结构柱的约束问题
(1)柱约束对预应力筋的径向等效荷载的大小没有影响.
(2)柱约束对梁中混凝土的轴向预压应力的建立有影响.柱刚度越大,一排柱子的数量越多,轴向预压应力被“吃掉”的比例越大.另外,现浇板对轴向预应力扩散作用引起梁中轴向预压力的减小也不能低估.在设计“矮胖”框架时应予考虑.
(3)刚性柱的内跨大梁有明显的拱作用,可减小由于梁轴向预压应力降低的影响.
(4)梁中施加预应力时,由于大梁压缩一般在柱中产生与竖向荷载相反的附加弯矩(特别是边柱),故框架设计中不考虑预应力张拉对柱内力产生的影响.
(5)对于预制板结构,由于梁中的轴向预压应力较大,故大梁的总压缩值较大,对短柱结构易引起张拉阶段的剪切破坏.
四、伸缩缝的设置问题
现代公共建筑与工业厂房的平面尺寸不断增大,建筑师常要求结构工程师不设或少设伸缩缝,采用现代预应力技术,可以增大伸缩缝的间距.从现有工程实践看,采用有粘结后张技术不设缝的平面尺寸已达138mx90m；采用无粘结后张技术,在基础结构中不设缝的长度已达746m.从理论上讲,只要预应力筋是连续的,都可不设缝.但针对所建工程的具体情况,要综合考虑功能、技术与经济等因素,确定是否需要设缝,不能盲目追求不设缝的长度,尤其要注意大吨位有粘结预应力筋的施工难度和避免预应力损失过大.
设置伸缩缝作法是(1)双柱紧靠式：如两侧区段同时施工,伸缩缝处只能作为固定端；如错开施工,则有一侧可作为张拉端；(2)双柱分离式：间距一般为2m,两侧区段都可作为张拉端；(3)悬挑式：悬挑长度一般为3m,柱距为6m,该部分混凝土后浇.选用何种方式,应综合考虑建筑、结构与预应力施工等特点确定.根据当前的技术水平,有粘结预应力混凝土结构不设伸缩缝的长度宜控制在150m左右.
五、多跨预应力筋的布置与连接问题
布置方式有(1)在各跨截面相等的情况下,预应力筋矢高不变.若各跨外荷载弯矩值不一致,预应力筋引起的等效荷载与之不呼应.(2)各跨预应力筋的矢高随着外荷载弯矩值变化,这样布置可使预应力筋的性能得到充分发挥.
多跨预应力筋曲线的形状,在计算时可按单一抛物线布置(支座处有尖角),在实际施工时支座处要以反向抛物线衔接,两者弯矩值相差在7.5％内可不作调整.多跨梁预应力筋不宜布置成折线形式,以免预应力摩擦损失过大.
多跨预应力筋的跨数与长度,应控制在L／2长度处,有效预应力值不小于
0.45ptk.根据这一要求,两端张拉的预应力筋跨数宜为35跨,长度达50－75m.如有效预应力值小于0.45ptk,则可在中间几跨增设无粘结预应力筋,以满足抗裂要求.若有效预应力值过小,py－ope数值过大,则极限承载力计算时采用PY是不合适的,其强度必须折减,这样带来的结果是结构不经济.
多跨预应力筋的连接方法有(1)对接法：预应力筋张拉端设置在施工缝处,采用锚头连接器,在张拉后接长,逐段浇筑混凝土,向前推进,此法在桥梁工程中采用较多,在房屋工程中由于梁的截面尺寸小,使用受限制,且费用也较高；(2)搭接法：预应力筋在支座处搭接,从柱两侧梁顶面斜凹槽内伸出,此法在房屋工程中采用较多,但在支座处配筋稠密的情况下施工难度也较大；(3)分离法：预应力筋在梁端张拉,两施工段之间留一小跨(段)预埋无粘结预应力筋,待该小跨(段)补浇混凝土后再张拉,连成贯通的预应力筋.
六、多跨孔道摩擦损失问题
对照GBJ10-89规范的孔道摩擦损失与工程实测数据,我们认为：(1)规范所列的K等于0.0015是刚性抽芯管成型用的,而波纹管是柔性的,此值偏小,建议改为0.003；(2)从实测情况看,采用正常留孔直径,一般施工水平μ等于0.26-10.34,建议对超长束采用大一号的波纹管,并加强质量控制,以满足规范μ等于0.25的要求；(3)为进一步减少“值,可采用水溶性润滑剂,但在灌浆前要用高压水冲洗.
七、大面积预应力混凝土结构的经济问题
(1)钢绞线束的长度从20m增至40m与60m,预应力费用可分别降低10％与15％.
(2)每束纲绞线的根数从4根增至7根与12根,预应力施工费用可分别降低3％与5％.
(3)多跨有粘结预应力混凝土梁与同跨度钢筋混凝土梁比较,12m为界,两者费用基本持平,但层高可降低.随跨度增大,预应力混凝土梁的经济效果逐步明显；当跨度t>20m时费用有明显增加的趋势,因此大面积多跨预应力混凝土框架梁中预应力筋连续跨数宜为3－4跨.
(4)在跨度为8-11m的混凝土梁中,一般可采用钢筋混凝土梁,但在重载或梁高受限制或不设伸缩缝时,经技术论证,如有必要也可配置预应力筋.