吳國(guó)保

[摘要]本工程為合肥某商業(yè)綜合體中的地下游泳館結(jié)構(gòu)，該游泳館區(qū)域長(zhǎng)67米，寬24米，位于地下負(fù)一層，頂板由于景觀要求需覆土1.2米，計(jì)算恒載為30.3KN/m2，活載為5.0KN/m2；頂蓋采用鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；本文重點(diǎn)闡述地下大跨度且為重載下預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路和注意事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；地下大跨度；重載 。

一、工程簡(jiǎn)介：

本工程為合肥銅陵北路某商業(yè)綜合體中的地下游泳館結(jié)構(gòu)，游泳館長(zhǎng)67米，寬24米，層高5.4米，位于地下負(fù)一層，頂板由于景觀設(shè)計(jì)要求需覆土1.2米。計(jì)算恒荷載重為30.25KN/m2，施工活荷載為5.0KN/m2；主體結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，頂蓋采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂蓋結(jié)構(gòu)平面和剖面布置如下（圖1、圖2）所示。

二、游泳館頂蓋結(jié)構(gòu)方案：

游泳館平面由于功能要求橫向柱跨24米，縱向柱跨67米，又由于頂部覆土厚，屬重載，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)頂蓋進(jìn)行了一般混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。若采用普通混凝土結(jié)構(gòu)，大跨梁高應(yīng)達(dá)到2.1米；若采用預(yù)應(yīng)力梁，梁高為1.5米，可有效擴(kuò)展使用空間，且經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。故最終確定采用24米跨單向有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁樓蓋方案，該方案中沿游泳館縱向邊跨布置柱距8.4米框架柱（柱截面900x1000）作為頂蓋的豎向承重柱，柱間沿縱向布置800X1600的框架梁，該梁作為24米跨單向密肋次梁的支撐梁。橫向框架柱間布置截面60OX1500預(yù)應(yīng)力框架大梁；橫向跨間平行于主框架梁布置兩道預(yù)應(yīng)力次梁，次梁截面500X1500，間距2800mm，主次梁跨高比均為16.0。預(yù)應(yīng)力主、次梁向兩端均延伸一跨（4.8米）布置形成連續(xù)梁（如圖1）；通過連續(xù)梁布置有效減小了預(yù)應(yīng)力梁的跨中彎矩，降低了梁截面，提升了建筑空間；同時(shí)布置連續(xù)梁也使縱向邊跨主梁的扭矩大幅度降低，邊柱的大偏壓?jiǎn)栴}也得到一定緩解。

本工程游泳館結(jié)構(gòu)梁、板、柱砼強(qiáng)度等級(jí)均為C40；頂板考慮防水要求厚度取250，結(jié)構(gòu)砼抗?jié)B等級(jí)為P8；梁、板、柱普通鋼筋采用HRB400級(jí)鋼，大梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋采用采用φs15.24高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860N/mm2， 每根鋼絞線面積為140mm2；主體結(jié)構(gòu)的框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

三、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)：

本工程結(jié)構(gòu)整體分析計(jì)算和預(yù)應(yīng)力分析分別采用PKPM系列軟件“SATWE”和“PREC”程序進(jìn)行計(jì)算。

1.預(yù)應(yīng)力梁設(shè)計(jì)的參數(shù)控制

1）裂縫控制要求：由于本工程為泳館頂蓋，屬室內(nèi)潮濕環(huán)境，為確保結(jié)構(gòu)的耐久性，要求預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下不出現(xiàn)裂縫，故本設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力梁抗裂控制等級(jí)為二級(jí)，要求構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

2）預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比控制：本工程采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，為保證梁端截面具有足夠的延性，應(yīng)配置一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，即采用混合配筋方式，這就需要控制梁端截面的預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ（λ=fpyAp/（ fpyAp+fyAs））。λ的選擇主要取決于抗裂驗(yàn)算和抗震構(gòu)造措施。從抗裂來看，λ越大，抗裂越有利；但從抗震延性要求來看，λ不宜過大?？紤]本工程跨度大，抗震等級(jí)提高到二級(jí)，根據(jù)現(xiàn)行《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》應(yīng)滿足λ≤0.75；同時(shí)考慮在大跨度預(yù)應(yīng)力梁中，預(yù)應(yīng)力鋼筋面積是由抗裂驗(yàn)算決定的，如果預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ過低，非預(yù)應(yīng)力筋增加過大，會(huì)造成梁端負(fù)彎矩承載力超強(qiáng)過多，則截面最大配筋率（2.5%）不宜控制。綜合考慮上述因素，本工程預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比λ控制在0.6左右。

3）預(yù)應(yīng)力梁的撓跨比控制在1/500。

2.預(yù)應(yīng)力計(jì)算分析與構(gòu)造

1）本工程對(duì)預(yù)應(yīng)力梁分別進(jìn)行承載力計(jì)算和抗裂、裂縫寬度、撓度、施工階段的驗(yàn)算。根據(jù)計(jì)算框架主梁預(yù)應(yīng)力筋為28φs15.24，次梁預(yù)應(yīng)力筋24φs15.24， 為滿足布筋要求均采用兩孔兩排布置；經(jīng)驗(yàn)算梁截面在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下受拉纖維的拉應(yīng)力最大為2.3MPa，小于砼抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)値2.39MPa；考慮預(yù)應(yīng)力損失梁截面平均預(yù)壓應(yīng)力在5.0MPa左右；主梁的預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比0.611，支座處換算配筋率2.48%，各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果均滿足現(xiàn)行規(guī)范和預(yù)期設(shè)定的要求。

2）游泳館頂覆土荷載大，但本工程在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)覆土并未進(jìn)行，而在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)覆土荷載是按恒載進(jìn)行計(jì)算的；計(jì)算結(jié)果顯示預(yù)應(yīng)力主梁在兩端完成張拉時(shí)，梁跨中截面綜合負(fù)彎矩-2764.0kN*M，而結(jié)構(gòu)自重在跨中產(chǎn)生的彎矩僅為1105.2 kN*M，不足以平衡綜合彎矩，梁向上起拱達(dá)35mm，為確保預(yù)應(yīng)力梁在張拉時(shí)不開裂，將梁支座負(fù)筋沿全跨通長(zhǎng)布置，提高梁跨中負(fù)彎矩承載力。

3）由于覆土后填預(yù)應(yīng)力張拉完成后邊跨次梁反拱擾度最大達(dá)到35mm，相鄰的板因此產(chǎn)生了很大附加應(yīng)力，如不采取措施也將會(huì)使板開裂，為解決這一問題，在兩側(cè)的邊跨預(yù)應(yīng)力梁和非預(yù)應(yīng)力框架之間的板上留后澆帶，以使得預(yù)應(yīng)力梁在張拉時(shí)能自由變形，這也降低了由于變形差導(dǎo)致邊梁產(chǎn)生的扭矩；同時(shí)增配邊跨的板的配筋量。

3.錨具選用與張拉施工

1）預(yù)應(yīng)力筋錨具選用了中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所研制的可同時(shí)錨固7根φs15.2鋼絞線的QM15-7型夾片張拉端錨具，設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制錨具的回縮値，降低張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失。

2）預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力為0.70fptk=1302MPa，并在施工中采取了超張拉3%；同時(shí)要求預(yù)應(yīng)力大梁砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)才開始張拉，張拉結(jié)束前不得拆除下部支撐，確保施工安全。

3）本工程預(yù)應(yīng)力梁跨度大，預(yù)應(yīng)力筋總長(zhǎng)超35米，為有效減小預(yù)應(yīng)力損失，要求預(yù)應(yīng)力施工時(shí)采取兩端同時(shí)張拉，并沿縱向張拉槽布置兩條后澆帶，后澆帶在預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后采用高一等級(jí)微膨脹混凝土封閉。

4）梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋孔道采用預(yù)埋鍍鋅金屬波紋管，預(yù)應(yīng)力張拉完畢采用M45微膨脹水泥漿進(jìn)行壓力灌漿，保證預(yù)應(yīng)力筋和砼之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

四、總結(jié)

本工程通過合理的結(jié)構(gòu)布置和預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用使地下工程大跨度結(jié)構(gòu)得以實(shí)施，滿足了建筑功能上使用要求。本工程于2011年5月開工， 2013年7月主體結(jié)構(gòu)完工；目前已正式投入使用一年多，項(xiàng)目從施工到使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）

[2]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ140-2004）