預應力轉換層結構工程設計與施工

預應力轉換層結構工程設計與施工南京狀元樓酒店擴建工程總建筑面積31000m2。主樓地上12層，局部退層，總高45m，標準層面積2300m2，裙樓地上3~7層，主樓和裙樓設1層地下室。第一章結構選型與布置該工程選用框架結構體系?；A采用樁基，主裙樓之間不設縫，僅留后澆帶。4層以下大柱網(wǎng)樓板采用雙向密肋板，板厚為70mm，肋高300~350mm。5層以上現(xiàn)澆板厚為90mm?；炷翉姸鹊燃墸?~4層為C40，5~8層為C35，9層以上為C30。按照建筑功能要求，地下室為停車庫，主樓4層以下設有商場、大堂、餐廳、文化娛巧公共設施，5層以上均為客房。裙樓2層中部需設置1個多功能廳兼大宴會廳，要求形成跨度為19.6m、局部2層高的大空間，并且在其上方再設4層公寓。為此結構柱網(wǎng)布置要適應上述建筑要求，開間取8m，在4層以下，主樓采用兩跨框架，裙樓采用單跨框架，在5層以上采用三跨框架，利用設備層作為結構轉換層來實現(xiàn)上下柱網(wǎng)的改變，即主樓通過兩跨(8.6m+8.6m)轉換層結構支承8層三跨(6.55m+4.7m+5.95m)框架。裙樓通過單跨（19.6m）轉換層結構支承4層三跨(5.95m+7.3m+5.95m)框架。這樣的結構布置可使5層以上客房及公寓中每層框架梁高度減小15cm，既滿足了規(guī)劃部門對總高度的限制，又保證了12層總層數(shù)，使業(yè)主獲得了較大綜合效益。第二章預應力轉換層結構方案轉換層結構設計是該工程設計的重點。目前國內轉換層結構大部分采用梁式，此外還有斜腹桿桁架、箱形梁和實體厚板等。這些轉換層結構配筋多數(shù)僅配非預應力筋。經(jīng)試算發(fā)現(xiàn)，該工程在同等截面條件下，若采用非預應力轉換層結構，配筋較多，不便施工，支座處抗裂不能滿足規(guī)范要求；若在轉換層結構上施加部分預應力，可改善結構受力性能，減少撓度和梁截面高度，并節(jié)約鋼材，提高梁的抗裂性。由于該工程設備層兼做結構轉換層，為了節(jié)約空間，降低造價，在主樓轉換層結構上要設置300mm×1200mm設備孔洞。為此主樓轉換層結構擬定2個方案，其中方案一為預應力混凝土開洞大梁，方案二為預應力混凝土桁架結構；裙樓轉換層結構院采用單點腹梁。隨著預應力技術的發(fā)展和推廣，在多(高)層建筑中采用預應力轉換結構是重要的發(fā)展方向之一。然而，預應力轉換層結構設計面臨一些新的問題值得研究，例如：(1)預應力轉換層結構抗震性能如何?怎樣進行抗震設計?(2)預應力轉換層結構設計的薄弱環(huán)節(jié)在何處及采取何種構造措施?(3)預應力對轉換層結構影響如何?對于上述問題，現(xiàn)行規(guī)范尚未有明確條款。為此，只能通過選擇最佳方案，正確計算，模擬試驗驗證和合理的構造措施綜合解決。第三章預應力轉換結構模擬試驗與分析針對該工程預應力轉換層結構，圍繞開洞實腹梁、單跨實腹梁及斜腹桿桁架等3種預應力轉換層結構先后進行了模擬抗震性能試驗研究。根據(jù)實際工程截面、內力和配筋，并結合試驗室條件分別做了3榀1︰5模型結構在低周反復荷載下(保持豎向力不變)的試驗。完成低周反復荷載試驗后，又對開洞實腹梁和斜腹桿桁架兩個模型進行了改進，按1︰15模型結構進行擬動力振動臺抗震性能試驗。通過模擬試驗得出以下結論：1.只要進行合理的抗震設計，在地震作用下，開洞實腹梁和單跨實腹梁這兩種預應力轉換層整體結構安全可靠，具有良好的抗震性能。預應力和桁架轉換層結構在層高小于3m時易形成“超短柱"，故不宜采用；但只要選擇受力明確的形式，并且加強腹桿和節(jié)點區(qū)，使桁架各桿件受力均勻，桁架結構也可獲得較好的抗震性能(這點在振動臺試驗中已得證明)?？紤]到本工程具體情況，主樓轉換結構采用方案一，即預應力開洞實腹梁轉換層。在極限荷載作用下，預應力開洞轉換梁上能出現(xiàn)塑性餃。2.與轉換層相鄰的上層和下層框架柱是整體結構的薄弱環(huán)節(jié)，必須特別加強。通過構造措施達到強柱弱梁，從而提高整個結構的耗能能力和延性，避免轉換層結構上層框架因柱腳破壞而傾覆破壞。3.根據(jù)內力圖合理布置預應力鋼筋能大大延緩危險截面裂縫的出現(xiàn)和開展。轉換層結構跨中和支座內力較大，由于施加了部分預應力，使這些截面免遭破壞，甚至裂縫都很小。必須指出，部分預應力度取值以PPR=0.55~0.70為宜。預應力度取值過高會使結構耗能降低，延性變小。該工程按抗裂要求選擇預應力筋，按強度和延性要求配置非預應力筋，試驗表明設計合理。4.開洞實腹梁的孔洞位置只要設置合理，孔洞并不降低梁的抗彎強度，但會降低梁的抗剪承載能力。故洞口位置要合理，并應加強洞口周邊的結構，約束洞口處裂縫開展，提高整個結構的承載能力。第四章預應力轉換結構設計與構造措施該工程預應力轉換層結構內力計算分兩步進行。首先用TBSA程序進行結構整體分析，雖然轉換層梁高為一層高，但不屬于深梁，可按桿系結構考慮，故電算時將轉換梁軸線定在轉換層上層樓板處，梁的剛度取實際剛度。從TBSA電算結果中摘出作用在轉換梁上的所有外力，然后施加部分預應力，同時考慮預應力施工模擬工況進行轉換梁的單榀分析。根據(jù)整體分析和單榀分析得出的內力及配筋，制作小比例模型試驗進行驗證。試驗證明，這種計算方法的結果與模擬試驗基本吻合。主樓和裙樓預應力轉換梁截面分別為600mm×2400mm和700mm×2400mm。預應力鋼筋采用一端張拉，每束預應力鋼筋為1725級7Φj15鋼絞線，用金屬波紋管預留孔道，錨具為QM錨固系統(tǒng)。部分預應力PPR取0.55~0.70，預應力理論損失值：直線布置為20%，曲線布置為37.4%(實測損失為40%左右)，轉換層結構層框架施工3層后張拉預應力，滿足設計要求。根據(jù)模擬試驗出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)，在設計轉換層結構時采取以下構造加強措施：嚴格控制轉換層結構框架柱軸壓比，保證柱子有較大安全儲備。該工程柱軸壓比按抗震等級提高l級控制。加強轉換層相鄰上、下層柱配筋率及柱混凝土約束，柱內箍筋采用焊接接頭，以防箍筋崩開。對截面大的方柱，在其內增加內切螺旋箍?？刂崎_洞梁上洞口高度不超過轉換梁高的1/3，并且把洞口布置在上層框架柱45°擴角以外，洞口邊緣用型鋼加強，洞口上、下弦桿內箍筋加密，以增加其抗剪能力。單跨實腹預應力轉換梁框架邊柱用組合型鋼加強，并通過框架節(jié)點向上延伸一段。根據(jù)內力圖合理布置預應力鋼筋。預應力轉換梁部分預應力比取0.55~0.70。根據(jù)抗裂要求選擇預應力鋼筋，按照強度和延性要求配置非預應力筋，控制梁內受壓區(qū)相對高度x/H0≤0.35。梁內裂縫寬度不超過0.2mm，使梁截面有足夠延性。上述措施就是要達到強柱弱梁，強剪弱彎，加強轉換層耗能在其上層的抗震設計目標。第五章預應力施工1.鋪設預應力筋和金屬波紋管預應力混凝土轉換層大梁鋼筋密集，故施工中預應力筋和金屬波紋管應同時鋪設，波紋管和非預應力筋合理穿插進行，施工順序為：立模板的支撐和底板，安放底部主筋，套上箍筋，鋪放波紋管，把鋼絞線裝上引套逐根穿人，標出孔矢高并焊支架，就位波紋管，安裝端部螺旋筋及錨墊板。2.選用錨固體系該工程采用QM錨固體系，張拉端用QM15—7夾片式錨具，固定端采用自行設計的群錨配件及擠壓錨；配備機具有YCW-100~150型穿心式千斤頂及GYJ-l50擠壓機等。3.分階段施加預應力該工程按設計要求應分