裕达地下广场32 m 跨预应力混凝土梁设计

孔令利（中国核电工程有限公司郑州分公司，河南　郑州　450052）



·结构·抗震·

裕达地下广场32 m 跨预应力混凝土梁设计

孔令利
（中国核电工程有限公司郑州分公司，河南郑州450052）

摘要：根据裕达地下广场框架剪力墙结构跨度大，荷载重等特点，提出采用大跨度预应力次梁结构体系来满足建筑功能要求，并对其中一榀32 m跨预应力混凝土梁的设计过程、要点和相关构造措施进行了详细分析，对类似工程有一定的借鉴意义。

关键词：预应力混凝土梁，预应力，梁截面，荷载

1　工程概况

裕达地下广场为全封闭地下框架剪力墙结构，建筑周圈为3层，柱网间距8 m，中间为1层，并抽掉两排柱子，形成一32 m× 48 m的大空间多功能厅，结构顶板为覆土和设置管道层。由于多功能厅梁最大跨度达到32 m，荷载重，为满足结构正常使用极限状态要求，经过比较，最终采用大跨度预应力次梁结构方案，即除了柱位置设置预应力框架梁外，在两柱之间增加预应力次梁来分担荷载，将梁截面控制到正常范围之内。

本工程抗震设防烈度为7度（0.10g），框架抗震等级为三级。建筑顶板折算恒荷载为18.75 kN/m2，活荷载为10.0 kN/m2。

32m跨两端各有8 m小跨，设计将预应力梁向外延伸一跨，变为三跨（8 +32 +8）m预应力连续梁，使得中支座和跨中内力得到调整，结构设计更为合理。

本工程顶板结构平面布置见图1。

2　预应力混凝土梁设计

本工程共有17根预应力混凝土梁，本文仅介绍⑤轴预应力框架梁的设计，其余梁的设计类同。

2.1材料

混凝土：C50，ftk=2.75 N/mm2，Ec=3.45×104N/mm2。预应力筋：1860级低松弛钢绞线φj15.2，Ap= 139 mm2，fptk= 1 860 N/mm2。

2.2梁截面

根据预应力钢绞线的摆放要求及端头锚固要求，梁宽取600 mm，梁高取2 200，跨高比约为1/15。

图1　顶板（标高-1.50 m）结构平面布置图

2.3裂缝控制等级

根据规范要求，预应力梁裂缝控制等级为一级，即严格要求不出现裂缝的构件，则σsc-σpc≤0。

2.4荷载效应组合值

由于预应力梁基本对称，Ⓑ，Ⓕ支座和Ⓑ～Ⓕ跨中为控制截面。根据PKPM程序计算结果，控制截面弯矩见表1。

表1　控制截面弯矩　kN·m

2.5预应力筋面积估算

2.5.1有效预应力估算

张拉控制应力σcon= 0.6fptk，采用两端张拉，根据工程经验［3］：预应力损失支座取25%σcon，跨中取35%σcon，则支座和跨中的有效预应力分别为：支座σ1e= 0.75σcon= 837 MPa；跨中σ2e=0.65σcon=726 MPa。

2.5.2估算预应力筋数量

1）Ⓑ，Ⓕ支座。根据构造要求，支座预应力筋偏心率ep= 632 mm，由σsc-σpc≤0，得预应力筋面积Ap1≥7 488 mm2。

2）Ⓑ～Ⓕ跨中。根据构造要求，跨中预应力筋偏心率ep= 1 188 mm，由σsc-σpc≤0，得预应力筋面积Ap1≥7 507 mm2。

1根钢绞线的面积为139 mm2，则需钢绞线根数n =54。

2.6预应力梁设计与验算

2.6.1预应力筋布置

根据外荷载弯矩图形状及端部锚具摆放要求，确定预应力筋在梁内的摆放。实配钢绞线54根，分成6管钢绞线束，每束9根，预应力钢筋布置见图2。

预应力梁采用XM15-10成套锚具，端头考虑锚具布置和局部承压要求，将预应力筋分散布置，如图2中1—1剖面所示。

图2　预应力钢筋布置

2.6.2预应力梁计算

采用合肥工业大学编制的PRCS预应力计算软件，对预应力梁施工阶段、正常使用极限状态和承载能力极限状态进行计算分析和优化，主要计算结果如下：

1）施工阶段（只有自重作用）。

混凝土应力：

支座上边缘σc上= -6.2 MPa，支座下边缘σc下= -0.4 MPa；跨中上边缘σc上= -0.1 MPa，跨中下边缘σc下= -9.2 MPa。

均为受压，且压应力小于1.2fc，满足规范要求。

张拉伸长值：①②③④束分别为255.5 mm，257.5 mm，261.4 mm和265.2 mm。

张拉时反拱值为15 mm（已包括自重引起的挠度）。

2）有效预应力。

支座σe1=893 MPa，预应力损失为20%σcon。

跨中σe2=770 MPa，预应力损失为31%σcon。

与估算值较为接近。

3）正常使用极限状态。

混凝土应力：支座上边缘σ= - 1.17 MPa，预应力度λ支= 1.15。跨中下边缘σ= -0.61 MPa，预应力度λ中=1.06。

均为受压，满足规范要求。

计算挠度：32 m梁跨中为38 mm（L/842），满足规范要求。

4）承载能力极限状态。

支座：设计承载力MR1= 16 043 kN·m，荷载效应基本组合Mu1=10 050 kN·m，MR1＞Mu1，满足要求。

跨中：设计承载力MR2= 17 213 kN·m，荷载效应基本组合Mu2=8 750 kN·m，MR2＞Mu2，满足要求。

3　施工要求

本工程跨度大，预应力筋多，必须由有资质的施工单位进行施工，主要施工要求如下：

1）预应力筋应严格按设计图纸定位，特别控制预应力筋最高点、反弯点及最低点的位置。

2）编制预应力专项施工方案，确定张拉顺序。本工程共有17根预应力梁，施工时从两边向中间对称张拉，且每根梁先张拉设计值的一半预应力，最后至设计张拉控制应力，减小张拉顺序的影响。

3）张拉时必须拆除板底模板及梁侧模板，并采用张拉控制力和张拉伸长值双项控制。

4　结语

本工程根据结构特点，采用大跨度预应力次梁结构方案，控制梁截面在正常范围之内，实现了32 m大跨度建筑空间功能。设计中将预应力梁向两端各延伸一跨，使得支座和跨中内力得到调整，减少柱弯矩，改善结构设计，提高了预应力梁施工可行性和经济性。本工程可为类似工程提供一定参考。

参考文献：

［1］陶学康.后张预应力混凝土设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1996.

［2］陶学康.无粘结预应力混凝土设计与施工［M］.北京：地震出版社，1993.

［3］王伟君.21 m跨部分预应力混凝土框架梁设计［J］.建筑结构，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

中图分类号：TU378.2

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0032-02

收稿日期：2015-12-14

作者简介：孔令利（1972-），男，高级工程师，国家一级注册结构师