預(yù)應(yīng)力混凝土桁架結(jié)構(gòu)主通道的合理跨度

預(yù)應(yīng)力混凝土桁架結(jié)構(gòu)主通道的合理跨度

1轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)與施工中的一些技術(shù)問題為了滿足上層和下層框架的不同長(zhǎng)度要求，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)。作為轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)本身除了要承受層內(nèi)的荷載外,往往承托著上部框架傳來的巨大豎向荷載。同時(shí),由于力的傳遞途徑發(fā)生了很大的改變,因而靠近底部的結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)與邊界條件更為復(fù)雜。然而,有關(guān)預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工方法,現(xiàn)行規(guī)范尚未涉及。因此,對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工中的一系列技術(shù)問題必須十分謹(jǐn)慎。本文以浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院辦公大樓為工程實(shí)例,結(jié)合該工程的設(shè)計(jì)與施工實(shí)際,介紹了結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析、預(yù)應(yīng)力混凝土桁架設(shè)計(jì)、錨具配套組裝試驗(yàn)、預(yù)應(yīng)力張拉控制、兩端錨后有效預(yù)應(yīng)力實(shí)測(cè)及轉(zhuǎn)換桁架變形等情況,提出了一些處理方法。2戰(zhàn)結(jié)合分級(jí)防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)體系該工程位于杭州市環(huán)城西路與天目山路交叉口,建筑面積20500m2,地下室1層,按平戰(zhàn)結(jié)合六級(jí)人防工程設(shè)計(jì)。地上14層,局部15層,基本高度50m(圖1)。本工程采用全現(xiàn)澆混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,按6度抗震設(shè)防?；A(chǔ)采用靜壓φ600高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。工程于1999年11月結(jié)頂,2000年底裝修完畢,2001年3月投入使用。3次立面柱網(wǎng)—結(jié)構(gòu)布置框架柱網(wǎng)8m×8m,結(jié)合電梯核心筒與角部樓梯間、排氣井布置剪力墻,雖建筑平面不太規(guī)正,但結(jié)構(gòu)整體性仍然完好(圖2、圖3)?？蚣苤鶖嗝?.8m×0.8m,主梁0.4m×0.5n1(高),次梁0.25m×0.45m(高),邊梁0.4m×0.8mm(高)。板跨一般4.0m×4.0m,廚房、資料庫、裝訂間等荷載較大,板跨2.0m×2.0m。由于柱網(wǎng)軸線與環(huán)城西路沿街面成45°夾角,這一建筑次立面的柱距即為(約11.3m)。而作為該建筑主入口(?軸,位于環(huán)城西路轉(zhuǎn)角處)若仍按8m柱網(wǎng)落地,整個(gè)建筑就會(huì)顯得主次不夠明確。因此,在該工程建筑方案修改階段,結(jié)構(gòu)專業(yè)主動(dòng)與建筑師配合,擴(kuò)大主入口跨度,表現(xiàn)交通設(shè)計(jì)行業(yè)大步跨越的個(gè)性特征。在主入口上方的2～4層布置了一榀跨度19.2mm的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架作為上下框架的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(圖4)。底層與4層以上的柱子斷面統(tǒng)一,從而保持結(jié)構(gòu)豎向剛度均勻一致。4桁架結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)限于條件,本工程采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列的TAT軟件進(jìn)行三維分析與輔助設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形用SAP84(5.0版)計(jì)算。為了合理確定桁架的結(jié)構(gòu)尺寸,結(jié)構(gòu)分析與斷面設(shè)計(jì)交替進(jìn)行,具體步驟簡(jiǎn)述如下:(1)假定?軸結(jié)構(gòu)為規(guī)劃框架,即⑤、⑥軸柱子落地,用TAT作空間分析;(2)作一簡(jiǎn)化的桁架(圖5),用上述分析所得4層柱下端內(nèi)力作為該桁架的外荷載,用力法并利用對(duì)稱性很容易算出各桿件軸力,然后初選桁架弦桿與腹桿斷面;(3)按已選桁架桿件重新用TAT作空間分析,為了能求出軸力,將弦桿作柱單元處理即可得到各桿件在長(zhǎng)、短期荷載作用下的ML、ML、VL,與MS、NS、VS,以及桿件在荷載組合后的最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值;(4)對(duì)桁架的下弦桿進(jìn)行預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。根據(jù)使用要求,確定裂縫控制為二級(jí),即按荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合時(shí),下弦桿受拉較大的一邊(因同時(shí)有彎矩作用)邊緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力,而按荷載短期效應(yīng)組合時(shí),邊緣混凝土的拉應(yīng)力不超過αctγftk;(5)將有效的預(yù)應(yīng)力筋拉力作為外荷載施加在節(jié)點(diǎn)上,用TAT得出結(jié)構(gòu)分析及截面設(shè)計(jì)的最后結(jié)果。為了驗(yàn)算桁架部分的內(nèi)力和變形,將該桁架分離出來作為平面框架,采用SAP84進(jìn)行計(jì)算,并用手算校核。為便于立?，F(xiàn)澆,桁架厚度與柱子統(tǒng)一為0.8m,上下弦桿及承壓斜桿斷面均為0.8m×0.8m,其余斜桿0.8m×0.4m。三層樓面主梁0.4m×0.55m(高),以桁架腹桿為支承點(diǎn)(圖6)。桁架上下部分兩次澆筑,混凝土C45。預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)低松馳鋼絞線,fptk=1860N/mm2,9束預(yù)應(yīng)力筋(4×6φj15+5×7φj15)第一次張拉時(shí)穿入預(yù)埋波紋管孔道內(nèi)?，F(xiàn)澆桁架的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)充分注意不同桿件的受力特點(diǎn),參考屋架節(jié)點(diǎn)配筋。文獻(xiàn)已提出了較詳盡的建議措施,本文不再羅列。5靜載試驗(yàn)研究(1)支模要求:本工程在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),已考慮到上部結(jié)構(gòu)的施工方案。地下室內(nèi)⑤、⑥軸的立柱雖使用階段荷載較小,但施工階段卻要承擔(dān)桁架及以上框架柱傳來的荷載。柱下單根管樁同樣壓至風(fēng)化巖,極限承載力可達(dá)5000kN。因此要求⑤、⑥軸桁架下部及上下弦節(jié)點(diǎn)間均用型鋼焊成格構(gòu)式臨時(shí)支撐,滿足施工荷載的豎向傳遞。(2)錨具配套組裝試驗(yàn):由于作為轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架在本工程中的重要性,對(duì)設(shè)計(jì)采用的鋼絞線、QM15夾片式錨具通過組裝件靜載試驗(yàn),錨具效率系數(shù)ηa和達(dá)到實(shí)測(cè)極限拉力時(shí)的總應(yīng)變?chǔ)臿pu.tot應(yīng)符合文獻(xiàn)的有關(guān)要求。(3)分批張拉與測(cè)試:本工程的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連續(xù)施工,采用分批張拉的主要原因是:一次性張拉會(huì)有較大反拱,對(duì)結(jié)構(gòu)不利;利用結(jié)構(gòu)自重及施工活載抵消反拱又受臨時(shí)支撐下地下室立柱與基礎(chǔ)的承載能力限制。故確定分兩批張拉。確定第一批張拉的時(shí)間應(yīng)滿足以下條件:①桁架混凝土強(qiáng)度已達(dá)100%;②桁架在預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)反拱小于4mm;③桁架下臨時(shí)支撐受荷不超過2500kN。根據(jù)施工進(jìn)度,確定在7層樓面澆筑完成后進(jìn)行第一批張拉,此時(shí)桁架混凝土齡期已達(dá)50天。第二批張拉在14層施工時(shí)同步進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力桁架結(jié)構(gòu)測(cè)試由浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所承擔(dān),測(cè)試主要內(nèi)容有:①每束預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制力及延伸值,孔道摩擦損失值;②兩批張拉中各選一束頂應(yīng)力筋的錨后預(yù)應(yīng)力值;③上弦跨中的反拱及側(cè)向位移值;④逐層施工及結(jié)頂后一個(gè)月建立的有效預(yù)應(yīng)力。6框架變形控制若按桁架結(jié)構(gòu)本身的撓度或反拱允許值作為相鄰框架節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)迫位移,由此計(jì)算相鄰框架梁中產(chǎn)生的次內(nèi)力比例將近50%,因此嚴(yán)格控制桁架變形是十分重要的。在連續(xù)施工中桁架與相鄰梁板不做后澆帶,則對(duì)變形控制提出了更高要求。根據(jù)計(jì)算,框架豎向位移值限制在4mm以內(nèi)時(shí),框架次內(nèi)力不會(huì)超過10%。由于采用了前述支模方案、分批張拉等一些有效措施,收效很好。第一批張拉時(shí),計(jì)算反拱值0.9mm,實(shí)測(cè)值0.7mmm。第二批張拉時(shí),計(jì)算總反拱值1.15mm,實(shí)測(cè)值0.85mm。結(jié)頂后過一個(gè)月桁架臨時(shí)支撐拆除,測(cè)得撓度0.9mmm。施工過程及正常使用以來,未發(fā)現(xiàn)開裂等情況。7轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的施工支模方案(1)預(yù)應(yīng)力混凝土桁架作為轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有剛度大、抗裂性好、自重輕、材料節(jié)約等特點(diǎn)。(2)由于目前大多高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算分析程序均采用了樓板平面內(nèi)剛度無窮大的假定,因此無法計(jì)算樓板平面內(nèi)桿件的軸力和軸向變形。為求得轉(zhuǎn)換桁架的內(nèi)力和變形,宜采用三維桿系有限元分析軟件并作桿件剛度方面的處理。(