某大跨度预应力结构设计心得.doc

某大跨度预应力结构设计心得 摘要：本文结合实际工程设计，总结设计者在预应力结构设计过程中的体会及心得。 关键词：预应力 预应力梁的构造措施 预应力损失 一、工程概况： 本工程为某体校内的室内训练场，鉴于建筑师对整体规划的考虑及使用上的便捷性，要求其与体校内的主教学楼及宿舍楼能通过走廊联系以形成整体效果，故层高定为7.5米，共两层。根据使用要求，室内不允许设置竖向构件，净高要求≥6.0米。平面布置如（图一）。在此情况下，采用普通梁扳体系已难以满足要求，经与建设方及建筑师协商，并结合当地施工经验，决定该两层建筑的楼（屋）面Y向框架梁采用预应力梁（后张法）,其余构件均采用普通梁扳。
二、预应力砼结构的特点： 改善结构的使用性能，提高结构的耐久性； 减小构件截面高度，减轻自重； 充分利用高强钢材； 具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能； 提高抗剪承载力； 提高抗疲劳强度； 具有良好的经济效益。 三、预应力砼结构设计时遇到的问题及解决办法： 预应力结构与普通钢筋砼结构在使用PKPM、SATWE软件计算时的主要区别在于“阻尼比”的选用：预应力结构为0.03,普通钢筋砼结构为0.05。现采用分别计算并取大值的方法解决； 由于框架柱施加预应力难度较大，在使用及建筑允许的前提下，设计采用矩形大截面框架柱(0.8米X1米)以抵抗大跨度梁传来的较大弯矩； 设计时，结构设计人员所在单位没法提供预应力结构软件及相应的解密锁，设计时使用PKPM、SATWE软件计算得出各所需参数及数据，然后用手工计算的方法解决。 四、预应力梁设计过程： 选用材料：砼为C40，非预应力钢筋为Ⅲ级钢，预应力筋为1xNфS15.2低松弛钢绞线。 内力组合(由PKPM、SATWE程序计算得来)，见表一： 荷载组合弯矩表(单位：KN-M) 表一 构件所处楼层 截面位置 设计值组合 标准值组合 准永久值组合 屋面梁 支座截面 2560 2290 2090 跨中截面 4650 3040 3020 楼层梁 支座截面 4033 3600 3100 跨中截面 4270 2836 2392 预应力梁的截面几何特征，见表二： 预应力梁的截面几何特征 表二 屋面梁 楼层梁
b(mm) 600 600 h(mm) 1300 1200 bf(mm) 2400 2400 hf(mm) 150 150 A(mm2) 1050000 990000 I(mm4) 1.76x1011 1.41x1011 y1(mm) 789 743 y2(mm) 502 457 W1(mm3) 2.214x108 1.898x108 W2(mm3) 3.520x108 3.086x108 预应力筋束形及预应力筋面积估算： 1)、屋面梁预应力筋估算： 因为作用在屋面梁上的活荷载较小，故裂缝将由荷载的准永久值组合控制。按屋面梁准永久值组合满足拉应力0.9ftk控制，估算屋面梁预应力筋面积，即： σlc-σpc≤0.9ftk 预应力筋截面面积为AP≥(βML/W-0.9ftk)/[(1/A+ep/W) σpe] 屋面活荷载准永久值系数为0.0，考虑次弯矩影响，将弯矩设计值作适当调整，即：支座取β=0.9，跨中取β=1.2。 预应力筋有效预应力值：σpe=1860x0.75x0.75=1046Mpa 计算后确定屋面梁配筋3-9ΦS15.2 AP=3753mm2 2)、楼层梁预应力筋面积估算： 楼层梁为支座控制，将荷载标准值组合下控制截面砼拉应力放宽至2.5ftk，并考虑次弯矩的影响，将弯矩设计值作适当调整。计算后确定楼层梁配筋3-6ΦS15.2 AP=2502mm2 预应力损失及预应力筋的有效预应力计算： 取张拉控制应力为0.75fFtk 计算结果详表三~表 屋面梁预应力筋预应力总损失σL及有效预加力值(NPe) 表三 截面位置 σL1xAP(KN) σL2xAP(KN) σL4xAP(KN) σL5xAP(KN) σLxAP(KN) NPe(KN) 支座 823.8 0 183.3 197.8 1205 4030 跨中 0 533.4 183.3 230.8 978 4287 楼层梁预应力筋预应力总损失σL及有效预加力值(NPe) 表四 截面位置 σL1xAP(KN) σL2xAP(KN) σL4xAP(KN) σL5xAP(KN) σLxAP(KN) NPe(KN) 支座 550 0 122.2 33.0 705 2785 跨中 0 356 122.2 54.5 533 2957 设计者通过其他预应力梁的设计案例及本工程设计时对数据综合比较后，发现预应力筋的总预应力损失一般控制在20%~30%间较为合理。若小于下限，则有可能是实际工程中梁跨较小或荷载偏小等因素造成，设计时没有必要采用预应力措施而可以考虑采用普通砼结构及相应的手段进行处理；若超过上限，则有可能是实际工程中梁跨较大或荷载偏大等因素造成，而此时采用预应力措施则很难达到预期的经济、功能使用等要求，设计时则应相应考虑采用其他更为合理的结构形式及相应的处理方法。 梁预应力等效荷载计算： 屋面梁预加力值：NP=(4030+4287)/2=4159KN 楼层梁预加力值：NP=(2785+2957)/2=2871KN 1)、端力偶Me 屋面梁：Me=Npxe=4159x(502-300)x10-3≈840KN-M 楼层梁：Me=Npxe=2871x(457-200)x10-3≈738KN-M 2)、梁间等效均布力qi 屋面梁：q1=8Npxf/l2=8x4159x0.318/6.942≈220KN-M q2=8Npxf/l2=8x4159x0.482/10.562≈144KN-M 楼层梁：q1=8Npxf/l2=8x2871x0.318/6.942≈152KN-M q2=8Npxf/l2=8x2871x0.482/10.562≈99KN-M 求得框架梁综合弯矩及次弯矩详表五 框架梁综合弯矩及次弯矩计算列表 (单位：KN-M)