大跨預應力梁結構項目優化方案比較

劉揚

摘 要：本文通過比較大跨預應力梁原設計方案與咨詢公司優化方案，結合施工經驗，闡述了單向預應力梁體系是大跨預應力梁工程的最優選擇。

關鍵詞：大跨度；預應力；結構優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.102

0 工程概況

本工程位于江蘇省某市，地下1層，地上4層，層高分別為5.2、5.2、5.2、5.2、5.5m，建筑高度為26.3m，總建筑面積34430.9平方米。

建筑抗震設防分類為乙類，建設場地抗震設防烈度為6度，設計地震加速度值0.05g，設計地震分組為第二組，場地類別為III類，場地特征周期為0.55秒。本工程結構安全等級為二級，設計使用年限50年，抗震設計采用的地震烈度和地震加速度分別為7度和0.10g。

綜合樓采用框架-剪力墻結構體系，其中框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為二級，其中建筑標高10.300m層為大跨度預應力結構，梁跨度到達33.6m。

工程完成全部施工圖紙后，業主引入第三方咨詢公司對結構施工圖進行優化。

1 施工圖設計中有粘結預應力框架梁的布置

設計中，采用受力非常協調均勻的單向預應力梁體系（如圖1所示），有效減小了單根預應力梁的負荷面積，有效降低了主框架預應力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構件，保證在大震情況下框架柱不會出現屈服，真正實現“強柱弱梁”的設計理念。

2 施工圖設計中有粘結預應力框架梁的布置

設計中，采用受力非常協調均勻的單向預應力梁體系，有效減小了單根預應力梁的負荷面積，有效降低了主框架預應力梁端傳給框架柱的彎矩。盡量避免框架柱成為大偏心受彎構件，保證在大震情況下框架柱不會出現屈服，真正實現“強柱弱梁”的設計理念。

預應力次梁通過支撐點，將彎矩傳給支座邊梁，減小了框架柱同一方向的配筋，使框架柱的受力在兩個方向處于均衡的狀態，不至于單方向配筋過大，實際施工中無法保證核心區混凝土澆筑質量，使結構更加安全可靠、經濟合理。

咨詢公司模型中，梁截面為400x2000mm，高寬比達到5，高寬比過大，根據混凝土結構設計規范第6.3.1條，高寬比越大，其斜截面承載能力就越低。實際施工過程中，鋼筋及鋼絞線在梁中也難以布置，造成梁的有效高度極大降低，鋼筋無法最大發揮受力作用。且模型中預應力梁截面不合理，即使梁截面為加大至600x2000，在滿足正截面及斜截面承載力和裂縫的條件下，截面的梁頂配筋率會高達3.45%，出現超配筋，這是規范絕對不允許的。

咨詢公司模型中，僅僅考慮預應力梁滿足承載力要求，并未考慮其延性，穩定性要求。本工程為大跨空間結構，標高10.300m層預應力梁跨度到達33.6m，一旦預應力梁破壞，將造成整個結構的失穩破壞，后果將是整個建筑物出現垮塌。

3 次梁改為與主梁垂直的連系梁體系

咨詢公司建議將多道單向預應力梁體系改為普通主次梁體系（如圖2所示），主梁為大跨度預應力梁，次梁改為與主梁垂直的連系梁，經重新計算，結果如下：

（1）為了較好支撐上層鋼結構斜看臺，次梁截面改為400X1000，與框架柱相連次梁支座負筋仍然嚴重超筋，此為次梁與主梁變形協調引起，梁截面過小次梁支座負筋將超筋，次梁截面增加過大，則將導致次梁受力，對短向邊柱產生過大的附加彎矩，影響結構安全。

（2）原單向預應力梁體系每根梁負荷面為33.6x2.8m，現方案增大到33.6x8.4m，典型位置主預應力梁為例，梁支座彎矩由原方案的11961 KN增大到20536 KN，梁截面須由750x2200增大到750x2800，預應力鋼絞線由雙排3-8 S15.2共48根增加到雙排3-9 S15.2共54根。由于負荷面增加過大，導致上部荷載集中傳給幾根主梁，整體結構偏不安全。此外，負荷面增加導致梁截面過大，有違 “強柱弱梁”的抗震結構設計要求。

（3）柱截面考慮到預應力鋼絞線鋼筋排布及承壓板對柱混凝土局壓問題，典型軸網邊柱截面尺寸不能小于1200X1500，咨詢公司建議邊柱截面尺寸1000X1500未考慮局壓問題，不合理。經計算，典型邊柱柱配筋增大50%（見圖2）。且柱配筋需避開預應力鋼絞線，由于柱配筋增加過多造成柱配筋排布困難，柱配筋過密，混凝土骨料澆筑堵塞，施工質量難以保證。

4 結 論

（1）取消預應力次梁，改為與大跨度預應力框架垂直的次梁方案，實現起來很困難，結構安全性不好，同時也不經濟，是不合理的。尤其是在地震作用下，豎向地震力的增加及柱核心區的先天延性不足，可以造成結構災難性的脆性破壞。

（2）原施工圖設計方案受力均勻，更加安全可靠，尤其是框架柱兩向受力更加均衡，真正做到了“強柱弱梁”。

參考文獻：

[1]陶學康.后張預應力混凝土設計手冊[S].1996，01（01）.