裕達地下廣場32 m 跨預應力混凝土梁設計

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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·結構·抗震·

裕達地下廣場32 m 跨預應力混凝土梁設計

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：根據裕達地下廣場框架剪力墻結構跨度大，荷載重等特點，提出采用大跨度預應力次梁結構體系來滿足建筑功能要求，并對其中一榀32 m跨預應力混凝土梁的設計過程、要點和相關構造措施進行了詳細分析，對類似工程有一定的借鑒意義。

關鍵詞：預應力混凝土梁，預應力，梁截面，荷載

1　工程概況

裕達地下廣場為全封閉地下框架剪力墻結構，建筑周圈為3層，柱網間距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，結構頂板為覆土和設置管道層。由于多功能廳梁最大跨度達到32 m，荷載重，為滿足結構正常使用極限狀態要求，經過比較，最終采用大跨度預應力次梁結構方案，即除了柱位置設置預應力框架梁外，在兩柱之間增加預應力次梁來分擔荷載，將梁截面控制到正常范圍之內。

本工程抗震設防烈度為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，設計將預應力梁向外延伸一跨，變為三跨（8 +32 +8）m預應力連續梁，使得中支座和跨中內力得到調整，結構設計更為合理。

本工程頂板結構平面布置見圖1。

2　預應力混凝土梁設計

本工程共有17根預應力混凝土梁，本文僅介紹⑤軸預應力框架梁的設計，其余梁的設計類同。

2.1材料

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

2.2梁截面

根據預應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（標高-1.50 m）結構平面布置圖

2.3裂縫控制等級

根據規范要求，預應力梁裂縫控制等級為一級，即嚴格要求不出現裂縫的構件，則σsc-σpc≤0。

2.4荷載效應組合值

由于預應力梁基本對稱，?，?支座和?～?跨中為控制截面。根據PKPM程序計算結果，控制截面彎矩見表1。

表1　控制截面彎矩　kN·m

2.5預應力筋面積估算

2.5.1有效預應力估算

張拉控制應力σcon= 0.6fptk，采用兩端張拉，根據工程經驗［3］：預應力損失支座取25%σcon，跨中取35%σcon，則支座和跨中的有效預應力分別為：支座σ1e= 0.75σcon= 837 MPa；跨中σ2e=0.65σcon=726 MPa。

2.5.2估算預應力筋數量

1）?，?支座。根據構造要求，支座預應力筋偏心率ep= 632 mm，由σsc-σpc≤0，得預應力筋面積Ap1≥7 488 mm2。

2）?～?跨中。根據構造要求，跨中預應力筋偏心率ep= 1 188 mm，由σsc-σpc≤0，得預應力筋面積Ap1≥7 507 mm2。

1根鋼絞線的面積為139 mm2，則需鋼絞線根數n =54。

2.6預應力梁設計與驗算

2.6.1預應力筋布置

根據外荷載彎矩圖形狀及端部錨具擺放要求，確定預應力筋在梁內的擺放。實配鋼絞線54根，分成6管鋼絞線束，每束9根，預應力鋼筋布置見圖2。

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

圖2　預應力鋼筋布置

2.6.2預應力梁計算

采用合肥工業大學編制的PRCS預應力計算軟件，對預應力梁施工階段、正常使用極限狀態和承載能力極限狀態進行計算分析和優化，主要計算結果如下：

1）施工階段（只有自重作用）。

混凝土應力：

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，且壓應力小于1.2fc，滿足規范要求。

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）有效預應力。

支座σe1=893 MPa，預應力損失為20%σcon。

跨中σe2=770 MPa，預應力損失為31%σcon。

與估算值較為接近。

3）正常使用極限狀態。

混凝土應力：支座上邊緣σ= - 1.17 MPa，預應力度λ支= 1.15。跨中下邊緣σ= -0.61 MPa，預應力度λ中=1.06。

均為受壓，滿足規范要求。

計算撓度：32 m梁跨中為38 mm（L/842），滿足規范要求。

4）承載能力極限狀態。

支座：設計承載力MR1= 16 043 kN·m，荷載效應基本組合Mu1=10 050 kN·m，MR1＞Mu1，滿足要求。

跨中：設計承載力MR2= 17 213 kN·m，荷載效應基本組合Mu2=8 750 kN·m，MR2＞Mu2，滿足要求。

3　施工要求

本工程跨度大，預應力筋多，必須由有資質的施工單位進行施工，主要施工要求如下：

1）預應力筋應嚴格按設計圖紙定位，特別控制預應力筋最高點、反彎點及最低點的位置。

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

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

4　結語

本工程根據結構特點，采用大跨度預應力次梁結構方案，控制梁截面在正常范圍之內，實現了32 m大跨度建筑空間功能。設計中將預應力梁向兩端各延伸一跨，使得支座和跨中內力得到調整，減少柱彎矩，改善結構設計，提高了預應力梁施工可行性和經濟性。本工程可為類似工程提供一定參考。

參考文獻：

［1］陶學康.后張預應力混凝土設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1996.

［2］陶學康.無粘結預應力混凝土設計與施工［M］.北京：地震出版社，1993.

［3］王偉君.21 m跨部分預應力混凝土框架梁設計［J］.建筑結構，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

文獻標識碼：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，國家一級注冊結構師