价值分析在大跨度框架梁结构选型中的应用

权集++王松等

摘 要：依据某框架结构的大跨度框架梁工程，通过对工程顶层屋面大跨度梁的方案选择，对比采用大跨度预应力梁与普通混凝土梁的受力特点，结果表明两种选型均适用于此工程，但预应力梁改善了使用阶段的性能；预应力混凝土梁能够减小结构挠度，延缓裂缝出现、降低裂缝开展宽度，同时又节省了钢材用量，降低了截面尺寸和混凝土用量，减轻结构的自重，从而降低了工程的造价。在大跨度、大空间结构中采用预应力混凝土具有较好的工程实践意义。

关键词：预应力混凝土；挠度；裂缝；经济分析

中图分类号： TU398.9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-53-2

1 工程概况

该工程为学校使用的大礼堂建筑，位于邯郸市某中学院内，设有地下层，地上2层，建筑高度16.5m，属于多层民用建筑，主要功能为学生演出、及学校召开会议等多功能厅堂。演艺中心结构为框架结构，主要材料为钢筋混凝土，总建筑面积为3836.04m2，其中首层1560.80m2，二层723.09m2，地下层1552.15m2。建筑设计使用年限为50年，设计等级分类为一级。

2 结构方案选择

该工程演艺中心顶层跨度最大为33m，如果采用现浇普通钢筋混凝土，根据混凝土结构设计规范BS=知：矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5，而h=l～l，即此工程h取2400～3600mm，b取700～1800mm。初步确定混凝土梁截面为800mm×2800mm。若采用预应力技术，预应力框架梁高h=l～l，净跨与截面高度之比不宜小于4，以及截面宽度不宜小于250mm，h取1385～2540mm，b取346～635mm，故初步确定预应力混凝土梁截面为500mm×1500mm。

3 计算分析

本工程基本风压0.4kN/M2（地面粗糙度为B类），基本雪压0.35kN/M2。混凝土柱采用强度等级为C40混凝土，前三层（地下一层、池座层、楼座层）顶梁、顶板采用强度等级为C30混凝土，顶层（栅顶层）采用强度等级为C40混凝土，钢筋采用HRB400。共四个标准层，在第四标准层中选取框架梁WKL4进行分析。

3.1 结构挠度分析

3.1.1 预应力混凝土梁挠度计算

WKL4挠度计算，矩形截面受弯构件挠度f计算可按下列规定计算

B=（3-1）

f1=（3-2）

f2= （3-3）

f=f1-2f2（3-4）

kcr——预应力混凝土受弯构件正截面的开裂弯矩Mcr与弯矩Mk的比值，当k>1.0时，取kcr=1.0。Bs——预应力混凝土受弯构件的短期刚度。θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数，对预应力受弯构件取2.0。B——考虑荷载长期作用下影响刚度。f1——荷载作用下的挠度。f2——预应力的反拱。

由此得出预应力挠度见表1。挠度最大为68.934mm，相对挠度==<，满足要求。

3.1.2 普通混凝土梁挠度计算

WKL4挠度计算按混凝土结构设计规范GB50010-2010规定计算，活荷载准永久值系数ψq=0.40，截面尺寸b*h = 800mm×2800mm。框架梁最大挠度d=72.8mm。计算跨度L0=33000mm，L0/d=453>300，满足限值要求。

3.2 结构裂缝宽度分析

3.2.1 预应力混凝土梁裂缝宽度分析

《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010规定：在矩形、T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构建中，按荷载标准组合或准永久组合合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式计算：

ωmax=αcrψ（1.9cs+0.08）（3-5）

ψ=1.1-0.65（3-6）

deq=（3-7）

ρte= （3-8）

式中，αcr——构件受力特征系数，其中预应力混凝土构件取1.5。

由此得出预应力梁最大裂缝宽度为0.336mm。

3.2.2 混凝土梁裂缝宽度分析

通过SATWE计算，在框架梁下表面处裂缝最大，弯矩准永久组合Mk=6838.9kN×m（不考虑轴力作用）。As=10799.2mm2，Es=200000N/mm2，deq=25.00mm。cs=40mm，h0=2747.5mm，b=800mm，Ate=1120000.0mm2。Pte=0.010，σsk= 264.9N/mm2，ftk=2.01N/mm2，ψ=0.608。

由公式得出：最大裂缝宽度ω=0.4mm。

3.3 预应力梁与混凝土梁结构计算比较

两种选型均适用于此工程，但预应力混凝土梁可以减小使用荷载下的结构挠度，也可以延缓裂缝出现并降低外荷载较大时的裂缝开展宽度。在这种大跨度、大空间结构中采用预应力混凝土。

4 技术经济分析

采用预应力混凝土方案时，梁截面尺寸为500mm×1500mm，预应力钢筋采用fptk=1860MPa，低松弛钢绞线，做二次抛物线步筋，张拉力为σ=1395MPa。梁中主要配筋如下：上部通长筋为12C32，架立筋为12C14，下部通长筋为14C32（如图1）。采用普通钢筋混凝土方案时，33m跨梁梁宽截面尺寸为800mm×2800mm，梁中主要配筋如下：中顶筋15C18/3C18，左、右顶筋均为27C18，底筋22C25（如图2）。

预应力混凝土与普通混凝土相比，梁截面可减少1.3m，室内净高增加，结构轻巧，改善了室内观感。普通的钢筋用量可减少23%，混凝土量可减少65%。框架梁钢筋、混凝土部分造价就可减少约40%。此外，梁自重减轻65%。需要说明的是，普通钢筋混凝土梁无法避免开裂，而且钢筋太多，很难施工。

5 结语

综上所述，预应力方案比普通钢筋混凝土方案在使用阶段性能提高，同时又节省了钢材用量，减小了截面尺寸和混凝土用量，减轻结构的自重，从而降低了工程的造价。故工程采用预应力方案。

参 考 文 献

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