某厂房多跨预应力混凝土框架梁设计

Indust rial Const ruct ion V ol 40,Supplement,2010

工业建筑 2010年第40卷增刊

某厂房多跨预应力混凝土框架梁设计

闫 军 邹 宏 王爱民

(中国航空规划建设发展有限公司,北京 100120)

摘 要:介绍了某厂房多跨预应力混凝土框架梁的预应力筋布置方案及裂缝控制目标,给出了基于裂缝控制方程的预应力筋用量计算、基于预应力度的普通钢筋用量计算过程,并进行了变形验算。由于工程预应力筋较长,对管道摩擦损失进行了修正。梁端换算配筋率超过了规范限值,故在梁端加腋确保结构具有足够的延性。

关键词:预应力混凝土结构;等效荷载;裂缝控制;变形验算

DESIGN OF A MULTI SPAN PRESTRESSED CONCRETE

FRAME BEAM OF A MILL BUILDING

Yan Jun Zo u H ong Wang A imin

(China A ero nautical Pr oject &Design Institute,Beijing 100120,China)

Abstract:A r rangement for pr estressing tendon in multi span pr estr essed r einf orced concrete fr ame beam for a mill building is int roduced and cr ack co ntr ol crit eria a re chosen Some calculat ion pro cesses are g iv en such as amount of prestr essing tendon on the base of equations o f crack contro l ,amount of ordinar y steel bar o n t he base o f pr estressing ratio,deformat ion check and so o n Pr estr essing tendon is t oo long in this pr oject and prestressing lo st of pipeline fr ictio n is co rr ect ed End sect ion o f beam is increased because rat io of reinfo rcement infr acts limit in t he code

Keywords:prestressed concrete str ucture ;equivalent load;cr ack contro l;defo rmation check

第一作者:闫军,男,1972年出生,高级工程师,一级注册结构工程师。

E -m ail:yjun123@s ohu com 收稿日期:2009 11 23

0 引 言

现代预应力混凝土结构具有跨越能力大、耐久性高、造价相对低廉的优点,被广泛应用于大跨度工业与民用建筑中。对于预应力混凝土框架梁,裂缝控制目标选取得是否恰当将直接影响到工程造价及结构的抗震性能;对于一类环境中的预应力混凝土屋面梁,建议按三级裂缝控制等级进行设计。规范[1]中钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度计算公式较为繁琐,用名义拉应力法进行裂缝控制设计则使设计过程得到简化。对于预应力筋较长且曲线形式多样的结构,应对管道摩擦损失进行修正,否则预应力筋配置可能过少,达不到预期的裂缝控制目标。1 工程概况

某单层钢筋混凝土厂房位于合肥市包河工业区内,平面尺寸为166 6m 84m,主要柱网尺寸为21m 9m,层高10 9m ,沿厂房纵向设置两道伸缩缝。横向为四等跨框架梁(21m 4),采用有粘结

预应力混凝土技术,预应力混凝土框架梁截面尺寸

为500mm 1400mm ,高跨比为1/15,因屋面开天窗,在每跨梁中1/3区段内无楼板,故计算分析时梁取矩形截面;框架柱截面尺寸为700mm 700m m 。抗震设防烈度为7度,结构的抗震等级为三级。屋面恒载7 0kN/m 2

,活载0 7kN/m 2

。

工程梁板柱采用C40混凝土,预应力筋采用抗拉强度标准值f ptk =1860N/m m 2的 s 15低松弛钢绞线,非预应力筋采用H RB400级钢筋,箍筋采用H PB235级钢筋。预应力梁采用后张有粘结预应力工艺,孔道通过内径为60(65)m m 的波纹管成型,预应力筋采用两端张拉,锚具采用QM 15-5(QM 15-6)锚具。

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2 裂缝控制目标

裂缝控制是设计此类大跨度混凝土结构的一项重要工作,合理选取裂缝控制目标,才能保证工程既安全适用,又经济美观。根据规范[1]第3 3 4条规定,预应力混凝土屋面梁应按二级裂缝控制等级进行验算。考虑到这一规定偏严,预应力筋用量偏高,技术经济指标差,不利于部分预应力混凝土结构的推广应用,且从改善预应力混凝土结构的抗震性能来看,预应力筋不宜配置过多,规程[2]第4 2 3条条文说明建议:在预应力强度比 限值下,设计裂缝控制等级宜尽量采用允许出现裂缝的三级,而不是采用较严的裂缝控制等级!。我国耐久专题组也建议高效预应力混凝土结构构件应允许开裂,且在一般大气条件下室内工作时裂缝开展宽度限值可取为0 2mm,在一般大气条件下室外环境工作时裂缝开展宽度限值可取为0 1mm。工程按表1[3]的建议确定裂缝控制目标:工程环境为轻度侵蚀环境,在荷载标准组合下应满足cr∀0 20mm,在荷载准永久组合下应满足cr∀0 05mm。

表1 高效预应力混凝土结构裂缝控制建议

荷载作用组合

外部环境条件

轻度侵蚀环境中等侵蚀环境严重侵蚀环境

标准组合cr∀0 20mm cr∀0 10m m减压状态

准永久组合cr∀0 05mm减压状态减压状态

3 计算分析

根据荷载平衡法的设计理念,结构上预应力的作用可用等效荷载代替,等效荷载的分布形式可设计为与外荷载的分布形式相同、方向相反、数值相当。例如,当外荷载为均布荷载时,则预应力筋可取为抛物线形,这时预应力筋产生的等效荷载将与外荷载的作用方向相反,可抵消掉梁上一部分以致全部的外荷载。显然,应用荷载平衡法设计的关键在于平衡荷载的选择,即预应力应该平衡掉多大的外荷载。目前,平衡荷载是凭经验来选取的,一般取全部恒载或恒载加部分活荷载,所以荷载平衡法仍是一种试算法,需经几次试算才能确定预应力筋合理用量。工程采用文献[3]的方法,用混凝土受拉边缘的名义拉应力来控制裂缝宽度,一次计算即可确定预应力筋用量,并采用规范[1]第8 1 2条方法对裂缝宽度进行校核,证明用名义拉应力来控制裂缝宽度是简洁、有效的。

3 1 内力计算

框架在永久荷载(可变荷载)标准值作用下的弯矩图见图1。由图可见,最大支座负弯矩位于边跨内支座( 轴)处,最大跨中正弯矩大致位于边跨0 4倍跨度处。根据框架的受力特点,工程采用图2所示的预应力筋线型,上、下排预应力筋用量为1# 1。图3为张拉单位面积(1m m2)预应力筋引起的端部预加力及节间等效荷载。在图3所示荷载作用下的框架弯矩图见图4

。

图1 框架在永久(可变)荷载作用下的弯矩图 kN∃

m

图2

预应力筋线型

图3 张拉单位面积预应力筋引起的端部预

加力及节间等效荷载 N,N∃mm,N/

mm

图4 在图3所示荷载作用下框架弯矩图 103N∃mm

将以上内力分析结果代入式(1)可确定预应力筋用量。

A p=

M s/W-![∀ct1]

(1- )f py h p+ f y h s

f y h s A100∀i+

N p

A

+

M p

W

(1)

式中符号含义见文[4];对于准永久组合,式中M s应替换为荷载准永久组合下控制截面的弯矩M l。本工程∀i取4 0N/mm2,!取0 8, 取0 75。将M s=3 93 109N∃m m,M l=3 76 109N∃m m,N p=1100N,M p=601 4 103N∃mm, [∀ct1]=5 1(准永久组合为3 6)代入式(1)即可求

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