杭州城站广场改建工程预应力框架的设计与研究

杭州城站广场改建工程预应力框架的设计与研究 杭州城站广场改建工程预应力框架的设计 与研究 杭州城站广场改建工程预应力框架的设计与研究 f张延楼文娟孙炳楠唐锦春浙江大学土木系杭州310027 郭万丁L.j. 市建.一, 摘要:根据对一巨型预应力框架的设计进行了分析研究.讨论平面设计和孛间设计的不同,井时现秆 规范的抗裂控制进行了初步分析虢聿{弹.毫五匡孪 美键词:预应力结拘双向预应力部分顶应力量塑址裂自制 DESIGNANDR】EsEA】RCHFORP】IREiEDFRAMEOFHANGZHOU RAILWAYSTATIONSQUARE ~laangYanLouWtIallSunB[ngaanT帅gJinehun (ZhejiaagUnivemit2,"'}31002-7) GuoWng H姐g伽AIhI『eDlnsfilule}h几吼l310(100 Abstr口d:Itisdiscussedthatthedesignmethodsdifferencebelw~nptaneandethl~Shpmstlw'.,r,ed龃ofHa口g ~1waystati~square.Crackconta~lofcriterionisadiscussedinthispp Keywerds:p~essed?【prestressintMpaaialprestresseds?uduIedes瑚kcontrol 1工程概述 杭州城站广场改建工程为预应力混凝土框 架结构,地下1层,地上3层由于地上2层荷 载大,跨度大,日大梁中间支承有#,受集中荷载, 其恒载和活载的组台设计弯矩最大达到14?0, 1500okN-zn,普通钢筋混凝土结构无法承受, 采用预应力技术,2层结构平面如图1示. #瑚… Il11l'I睁 一 . II . IlII fI沣/ / lll lI I=i_T-r1工 {Il9 03080008?0800dso3olaooolsoools~8O0d800C IndustriComlruction1999.,T(.1.29.N0.5 圈I2层结构平面 第一作者:张延男l967年6月出牛博上 收穑日期:1999一O1—05 工业建筑I999年第29卷第5期29 呵吁 2预应力框架粱的设计 2.1材料 混凝土为C40,轴心抗压,弯曲抗压,抗拉 设计值分别为=19.5N/trine,f,ll=21.5N/mm2v~,= 1.8N/h~n2o混凝土模量F32.5kN/mm2o预应力 钢筋选用5mm钢丝束,=J770N/nu~ 22预应力筋的布置 由于城站广场建筑使用功能上的要求,同 一 楼面梁和板所受的荷载差别较大,造成多跨 连续梁各跨弯矩也有很大差别,在截面设计时 采用了变截面粱相应地,在配置预应力筋时, 考虑到仅为了提高某一跨的刚度而在粱通长范 围内配筋不但不经济,还有可能使得截面较小 的梁成为超筋梁.实际设计时首先配置一定数 量的通长预应力筋,其次对截面较大的梁{设计 弯矩大1增配计算所需的预应力筋.这样配筋 的另外一个好处是增配预应力筋的长度短,预 应力损失小.对梁截面刚度和抗裂度提高较 多预应力筋布置为二次抛物线形,目2给出部 分预应力框架粱的配筋图. 3问题探讨 3.1平面与空问设计结果的分析 我们分别利用PK和TAT 在计算设汁时, 对平面和空问的计算方法作l『比较,发现在本 B—B j_豇喧配筋 内力表 T卒问组合 平面纰台 矩形空间组台 平面组合 工程中两者有较大的不同,尤其是在梁边支座 处,以YKL一2一cb(5)为例(计算结果见表1j, 按空问和平面计算左边支座梁的弯矩分别为一 49】7kN?m和一1938kN?m,而YKL厂2,则分别 达到一7467kN-m和一l955kN?m,但在粱跨 中和中间支座处则比较接近.原因可能是平面 框架方法设计时,没有考虑预应力作用的共同 分担,夸大了预应力在边支座的作用.平面框架 方法计算的次弯矩过犬造成粱在边支座处的计算 应力小于实际应力,计算的安全系数偏大,不符合 实际情况,有可能形成事故隐患. I23456 r———r—] 圈3YKL一2一Cb示意 3.2截面取T形和矩形计算的分析 从表1中不难看出,截面取T形和矩形的 计算结果也大相径庭,其规律是在支座处矩形 截面弯矩大,在跨中则按T形计算的弯矩要 大,相差最大达20%,3o%,这也值得我们注 意尤其是在现浇预应力框架中T形截面翼缘 I业建筑1999年第29卷第5期 : 囝表 A — A 一一一 O000 OOO0 叫惦堋 0004 一一一 O000 90O0 一一一一 宽度如何取值对计算结果影响较大,而现行规 范对预应力梁无明确规定.也值得有关部门注 意. 33抗裂控制 我国规范的裂缝控制方法-般要求抗裂标 准为II级抗裂,对预应力混凝土构件一般不允 许出现裂缝,但允许出现拉应力,控制拉应力不 超过,,系数,大体上在0.25,060之 间. 美国采用的预应力筋都是高强的,高强钢 筋和钢绞线等,不采用我国低强的冷拉钢筋和 冷拔低碳钢等,因而裂缝控制方法比较简单,即 控制混凝土受拉边缘纤维的拉应力 美国有两档控制:J/和 粗略地讲, 0{/2 ,=4ON/Illlll为侧,其强度相当于我国 的C50,f=2.75 换算成我国的拉应力限制系数%分别为: 40=a×1.75×2.75a=1.3flj ?40/2=ax1.75x275.d...=0.65(2J 从上分析可知,我国比美国控制要严 格.文献【2]按《混凝上结构发计规范》(GBJ10— 89)和原规范进行比较,得出的结仑是现行规范 的抗裂安全系数大约是原规范的1.25—130 倍.预应力构件在预应力筋配置时预应力筋 的用量一般总是由抗裂要求设置的,本次殴 计为例,YKL一4跨中弯矩在考虑次弯矩的不利 影响后,其在恒载和活载的组合下,弯矩值达到 了14764kN?m,根据抗裂要求所需的预应力 筋面积接近90001/1131,如预应力度控制在0.7, O.75,则配筋率将达到3%上,明显超出规 范,如果配筋率控制在25%以内,预直力度也 控制在0.7,0.75,计算的...又超出规范要求, 很难三者兼顾.如能在裂缝控制中适当降低要 求,则有非常好的经济效益.考虑到国际上推 广部分预应力的趋势,特别是国际上近十年在 耐久性方面的进展,在我国.裂缝确有放松的必 要另一方面.再分析美国两档控制相互之间 之所以差?倍的原因,其实质是取决于是否设 杭婀城站广场改建工程预庄力框架的设计与研究——张延等 置足够的有粘结钢筋控制裂缝,这种有粘结 钢筋可是预应力钢筋也可以是非预应力钢 筋,当有足够的有粘结钢筋时,即使混凝土的名 义拉应力较高,裂缝宽度仍能得到有效控制. 我国未能重视有粘结钢筋数量对裂缝控制的影 响也是造成规范对裂缝控制过严的?个因素. 3.4主次粱相交在主粱中引起的扭矩 主次粱相交时,次梁和主梁互相约束.在 次梁受荷后,其弯曲变形产生的转动受到主粱 的约束,这个弯矩对次梁来说是其支座处的负 弯矩,对主粱来说则是扭矩尤其是对框架的 边跨主粱,这种扭矩往往是比较大的,如被忽 略,其后果将导致结构的可靠程度降低,必须引 起足够的重视 如图4,次梁L.,其上作用均布荷载,支 承于主梁I上,而形成主次粱相交. 4l卜檠不意 根据变形协调条件,可求得主粱L巾段 内的扭矩T: =面q~ : ,t + jG 2 L 丽(3)一24Ell以件i2GIl以4 式中-抗扭刚度. 从式(3)可看出,随次粱跨度l:,荷载q的 增加以及主粱跨度.,次粱到主粱支座的距离 z的减小(即主梁L对次梁L的嵌固作用增 变化幅度从 强),T迅速增加,反之迅速减小. 零到次梁L固端弯矩之间.有的可能在主梁I 中形成较大的扭矩对主梁产生较大影响. 在杭州城站广场改建工程预应力大梁设计 中就存在这种问题,设计计算发现框架边梁扭 矩过大,必须进行处理,实际采用如下方法:在 单跨次梁和连续多跨次梁边缘外端设置悬挑外 伸梁,利用悬挑外粱上的荷载弯矩减小主梁受 到的扭矩.经计算分析,此方法确实能大大减 小主粱的扭矩,还能增加建筑的使用面积同 c下转第39页) 31 以l:分析说明,板壳沿宽度方向内力分布 不均匀.建议P的配筋计算分条进行..对 一 般情况,尚可不分条计算,但应在现行方法计 算的内力按板宽均匀分布的基础.对内侧板 带降低1%的总内力进行配筋;对外侧扳带增 加%的总内力进行配筋:中间板带呵不进行 调整.值反映内,外板带内力调整的幅度,1 值/6增大而减小.通过大量数值计算分析,给 出1的参考值(见表2)1=o时,内,外板带内 力仍存在误差,但误差较小,考虑到截面的整体 性对内力的调整作用,对现行计算方法的结果 可以作修正.对重要的结构或板壳尺寸比例 特殊的结构建议分条计算内力,以各条内力占 叠加总内力的比例作为内力调整幅度的参考. 板壳的总内力仍应以现行方法计算的结果为依 据,因为在两端固定的条件下分条计算的参数 b/d与整体计算的参数b/d的取值不同,而6/ d的变化对内力会产生影响,板壳为一个整体, 表2H值 取用整个板壳的b/d计算,总内力更为台理 5结论 (1j现行螺旋形板壳设计计算方法的理论 较完善,计算简便,实用,所得板壳的整体内力 正确,但未能考虑沿板宽方向内力变化因素, 由此产牛的径向弯矩j"和切向轴力P,的误 差对板壳的设计有不应忽视的影响 (2)上述两内力误差的大小取决于板壳形 心线半径r与板宽b的比值随r/b增大,误差 减小,当r/b>3时,现行方法计算结果Hr不修 正,当r/b?3时,建议按本文分析结果刘内力 于以调整. l3)现行内力计算方法为弹性理论,大都为 弯,扭,剪,拉,压分别配筋,简单叠加,其抗力已 一 定的安全储备,只要注意到1",P随r/b变 化的规律,合理调整内力,进行配筋,可不必在 计算结果的基础上加大材料的用量 参考文献 1齐志成.辟形楼梯内力分析厦结构设r{北京:叶J国建筑 _r业出蚯社,19921,2.,131—136 2吴健生.何广民钢筋混凝土螺旋形楼梯结构计算手册 』七京:中匡建筑I.业出版杜,19871,9.2姥一243 (上接第31页) 时,增加边框架梁的腰筋和抗扭箍筋的配筋率 以提高边梁的抗扭能力 预应力巨型框架设置非预应力次梁可显着 降低主粱的弯矩,但对于边梁应注意不要忽略 扭矩的作用 4结语 预应力框架的设计不宜采用平面设计方参考文献 法,必须是空间计算,平面设计有可能在局部不孙宝俊一现代PRc结拘设计南京: 南京出版1995 安全,形成事故臆患.:第五届后张预应学术交流会中J:京99 钢筋混艇上螺旋形板壳计算方法的谩差分析——王毅红39