某學(xué)校網(wǎng)球中心單跨有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳志剛,李駿嶸,焦　儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

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某學(xué)校網(wǎng)球中心單跨有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳志剛,李駿嶸,焦儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

介紹了某學(xué)校網(wǎng)球中心單跨40.8 m有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)要求、加強(qiáng)的構(gòu)造措施,以及在設(shè)計(jì)中容易忽視的問題。本設(shè)計(jì)可供有同類設(shè)計(jì)項(xiàng)目的同行參考。

單跨大跨度；有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1　工程概況

該項(xiàng)目為新建工程,位于杭州市余杭區(qū)臨平鎮(zhèn)紅豐立交南側(cè),東臨毓秀家園住宅小區(qū),南臨臨平桂花城,西、北兩側(cè)緊臨新建余杭區(qū)社區(qū)學(xué)院,位于社區(qū)學(xué)院東南角,占地面積11 832 m2,總建筑面積26 429 m2,由教學(xué)樓、網(wǎng)球中心、地下室組成。教學(xué)樓總建筑面積13 673 m2,包含普通教室、實(shí)驗(yàn)室、階梯教室、辦公室及報(bào)告廳等,主樓15層,裙房4層,其中1層和3層層高5.1 m,2層和4層高4.2 m,其余各層層高均為3.6 m。網(wǎng)球中心位于地塊東側(cè),地上建筑面積5 556 m2,建筑主體層數(shù)1層,局部3層, 總高度21.7 m,為多層建筑。主要包含網(wǎng)球場(chǎng)、接待室、休息室等功能,室內(nèi)網(wǎng)球場(chǎng)部分設(shè)四片網(wǎng)球場(chǎng),層高15.7 m,輔助用房部分層高3.9 m；屋頂為四片露天網(wǎng)球場(chǎng),女兒墻高6 m。地下室面積為7 200 m2,主要功能為設(shè)備用房,汽車庫及非機(jī)動(dòng)車庫。本工程在主樓及純地下室設(shè)甲類人防工程,戰(zhàn)時(shí)人員掩蔽等級(jí)為核六、常六級(jí)；防化等級(jí)為丙級(jí)。見圖1。

圖1　某學(xué)校鳥瞰圖

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1有關(guān)技術(shù)資料及設(shè)計(jì)參數(shù)

1)基本風(fēng)壓:50年一遇的風(fēng)壓值為0.45 kN/m2。地面粗糙度為B類[1]。

2)基本雪壓:50年一遇的雪壓值為0.45 kN/m2[1]。

3)抗震設(shè)防:本工程抗震設(shè)防烈度6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組[2]。本工程抗震設(shè)防類別為丙類[3],場(chǎng)地土類別為Ⅲ類。

4)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)[4]。

2.2單體設(shè)計(jì)

教學(xué)樓及純地下室單體設(shè)計(jì)略。

網(wǎng)球館結(jié)構(gòu)高度21.7 m,±0.00 m標(biāo)高相當(dāng)于黃海高程7.3 m,下設(shè)1層地下室(與大地下室連通),底板面標(biāo)高-2.9 m,1層柱網(wǎng)間距為7.2(6.6) m×9.2 m,屋面柱網(wǎng)間距為40.8 m×9.6 m。采用框架結(jié)構(gòu)體系,框架抗震等級(jí)三級(jí)(大跨度框架結(jié)構(gòu)),地下室抗震等級(jí)三級(jí)[2]。屋面大梁采用后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力,支撐大梁的框架柱子采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力,四周邊梁采用后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力,基礎(chǔ)采用直徑600 mm的鉆孔灌注樁。

2.3網(wǎng)球中心屋頂大跨度預(yù)應(yīng)力框架設(shè)計(jì)

網(wǎng)球中心除了1層為四片網(wǎng)球場(chǎng)以外,屋面上還有四片網(wǎng)球場(chǎng),柱網(wǎng)間距為40.8 m×9.2 m。基于建筑對(duì)屋面網(wǎng)球場(chǎng)基層及使用功能的要求,除結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的重量外,還需考慮4.0 kN/m2的恒載和3.5 kN/m2的活荷載。經(jīng)多個(gè)方案的比較,由于預(yù)應(yīng)力混凝土抗裂性好,剛度大,大大減少了裂縫的出現(xiàn),加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耐久性,對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)有著明顯的優(yōu)越性；另外，大跨度梁采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),減少后期維護(hù)費(fèi)用,使用功能更加方便靈活，因此決定采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面。由于屋面為單跨建筑,層高又是15.700 m,屋面預(yù)應(yīng)力大梁兩端無法伸入相鄰跨內(nèi),致使梁端的框架柱配筋超大,抗裂也無法滿足規(guī)范要求,故設(shè)計(jì)考慮在框架柱內(nèi)設(shè)置豎向的預(yù)應(yīng)力筋。

2.3.1結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用中國建筑科學(xué)研究院提供的PKPM程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,采用PREC程序布置預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)并進(jìn)行計(jì)算。

2.3.2預(yù)應(yīng)力大梁的設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力大梁的跨度軸線距離為40.800 m,截面尺寸為600 mm×2 500 mm,梁高與梁寬的比值為4.17,跨高比為1/16.32,滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(DB 33/1067—2010)》表5.6.1-2的要求。經(jīng)過反復(fù)試算,確定一個(gè)合理的梁斷面。本工程的預(yù)應(yīng)力大梁共有7根,見圖2。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(fptk=1 860 N/mm2),共布置4×7ΦS15.2,曲線方式布置,兩端張拉,深化設(shè)計(jì)見圖3。

2.3.3預(yù)應(yīng)力柱子的設(shè)計(jì)

框架柱截面尺寸為1 200 mm×2 000 mm,預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)度低松弛鋼線(fptk=1 860 N/mm2),共布置3×9ΦS15.2,曲線方式布置,一端錨在基礎(chǔ)的承臺(tái)底部,在柱頂一端張拉,深化設(shè)計(jì)見圖4。由于框架柱的柱頂尚有600 mm×600 mm的柱子,故柱頂原本可以在一條直線上的中間一根預(yù)應(yīng)力鋼筋需避開上面的柱子斷面。

2.3.4施工技術(shù)要求

1)施加預(yù)應(yīng)力時(shí),不宜低于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的75%[5]。待張拉后,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方可拆除底模和底模支撐。

2) 預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)時(shí)應(yīng)設(shè)置鐵馬凳,并用鐵絲與預(yù)應(yīng)力筋扎緊,保持預(yù)應(yīng)力筋控制點(diǎn)的高度,以及保持曲線的平滑與垂直度。

3) 在澆筑混凝土?xí)r,嚴(yán)禁踏壓預(yù)應(yīng)力筋及觸按錨具,應(yīng)保證預(yù)應(yīng)力筋的束型和錨具的位置準(zhǔn)確。

4) 后張預(yù)應(yīng)力筋的成孔采用預(yù)埋鍍鋅金屬螺旋管,鍍鋅金屬螺旋管應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬螺旋管(JG/T 3013—94)》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5) 本工程錨具及夾具均采用Ⅰ類錨具。張拉端錨具采用QM型群錨體系的QM型張拉端錨具(或OVM型群錨體系的OVM型張拉端錨具)及相同品質(zhì)的張拉端錨具；固定端錨具采用QM型群錨體系的QMJ型擠壓式錨具(或OVM型群錨體系的OVMP型擠壓式錨具)及相同品質(zhì)的擠壓式錨具。所用的錨具及夾具均應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(JGJ 85—2010)》的規(guī)定。

6)屋面梁和框架柱的預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉順序：先張拉框架柱的預(yù)應(yīng)力筋,后張拉屋面大梁的預(yù)應(yīng)力筋。屋面梁張拉時(shí)按照左右、上下對(duì)稱的原則進(jìn)行。每榀預(yù)應(yīng)力梁均采用超張拉方法,張拉時(shí)控制應(yīng)力σcon=0.75fptk,張拉程序 0—15%σcon—103%σcon—卸荷,張拉過程以應(yīng)力控制為主,伸長(zhǎng)值為輔,實(shí)行雙控,且應(yīng)控制張拉速度,使鋼絞線在錨固前盡可能地克服摩擦力以減少預(yù)應(yīng)力損失值。

7) 后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉后孔道灌漿材料采用42.5 MPa普通硅酸鹽水泥,內(nèi)摻15%UEA-H高效混凝土微膨脹劑,水灰比0.4～0.5。灌漿方法為一端灌漿,一端排氣,孔道密實(shí)后封閉灌漿孔。在錨具及其他適當(dāng)位置留灌漿孔或排氣孔。

2.3.5設(shè)計(jì)構(gòu)造措施

1)由于預(yù)應(yīng)力框架梁軸向剛度較大, 施加的預(yù)應(yīng)力也較大,而與梁相連的樓板剛度相對(duì)較小,故為增加預(yù)應(yīng)力混凝土梁平面外的剛度,在垂直預(yù)應(yīng)力梁方向布置300×700 mm的次梁,次梁間距按3.3、3.6 m(圖2),板厚采用130 mm,梁跨中截面特征計(jì)算考慮翼緣的作用,按照T型截面計(jì)算,梁支座截面按照矩形截面計(jì)算。

圖2　標(biāo)高15.700 m結(jié)構(gòu)平面圖

2)基于預(yù)應(yīng)力梁彈性壓縮變形,梁柱節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一定的水平變形,縱向的框架梁存在著不可忽視的附加內(nèi)力,故在適當(dāng)增加縱向框架梁側(cè)水平筋的同時(shí),在縱向的框架梁上設(shè)置上下各兩束ΦS15.2后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋,并形成四周封閉,加強(qiáng)建筑物的整體性。見圖5。

3)梁端截面的底部和頂部非預(yù)應(yīng)力鋼筋的比值,除滿足計(jì)算要求以外,尚應(yīng)滿足規(guī)范的構(gòu)造要求,以保證地震作用下梁端塑性鉸的受壓區(qū)域混凝土具有足夠的延性,同時(shí)考慮到預(yù)應(yīng)力大梁在張拉的過程中有一個(gè)反拱作用,梁跨中截面上部受壓區(qū)在配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)需要適當(dāng)放大配筋。

4)裂縫控制，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》表3.4.5,本工程裂縫控制等級(jí)為三級(jí),環(huán)境類別為二a類,裂縫寬度的限值為0.20 mm;預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的效應(yīng)計(jì)算,其最大的裂縫寬度的限值為0.1 mm[6]。

2.3.6在設(shè)計(jì)過程中容易忽視的問題

1)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》6.1.2條文說明,大跨度框架是指框架跨度大于等于18 m時(shí),其抗震等級(jí)需要按照大跨度框架取值[2]。

2)在日常設(shè)計(jì)過程中,保護(hù)層的厚度都是在結(jié)構(gòu)總說明上根據(jù)不同的環(huán)境類別以表格的形式加以說明,在有預(yù)應(yīng)力的項(xiàng)目中,容易忽略預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護(hù)層與非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件保護(hù)層的區(qū)別。根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(DB 33/1067—2010)》表5.1.20-1～3混凝土保護(hù)層的最小厚度與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》表8.2.1中的要求要高,其中當(dāng)預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)有防火要求時(shí),混凝土保護(hù)層最小厚度應(yīng)根據(jù)耐火極限的要求確定[5]。

3)根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(DB33/1067—2010)》表5.5.6預(yù)應(yīng)力混凝土柱軸壓比限值與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 3—2010)》表6.4.2柱軸壓比限值,預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)柱的軸壓比限值要比非預(yù)應(yīng)力柱子的軸壓比限值低0.5[5],對(duì)于高層建筑低層轉(zhuǎn)換的柱子需要特別注意,對(duì)于多層建筑來說,一般情況下柱子的軸壓比基本上都能滿足要求。

4)大跨度大梁,在樓面荷載確定的情況下,梁自身的重量在計(jì)算過程中對(duì)預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的配置影響較大,故選擇一個(gè)合理的梁寬和梁高比較重要。

5)本工程層高15.7 m,在40.8 m×73.6 m范圍內(nèi)是一個(gè)大空間,故在一層構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中底層的樓板上需要考慮上層施工需要的密集腳手架的荷載,需要在底層結(jié)構(gòu)平面中明確樓板允許的活荷載,以免在支撐上層模板時(shí)給下層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶來不利的影響。

3　結(jié)　語

1)對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力大梁,確定合理的斷面,減少自重,對(duì)配置預(yù)應(yīng)力筋與非預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響不容忽視。

2)考慮到預(yù)應(yīng)力大梁在張拉的過程中的反拱作用,故適當(dāng)放大梁跨中截面上部受壓區(qū)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋。

3)明確預(yù)應(yīng)力梁與普通混凝土梁保護(hù)層厚度的區(qū)別。

4)大空間結(jié)構(gòu)需考慮上層的支模架對(duì)下層結(jié)構(gòu)的不利影響。

5)適當(dāng)增加縱向框架梁側(cè)水平抗扭筋,在條件許可的情況下,建議設(shè)置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)造筋,增加建筑物的整體性。

[1]中國建筑科學(xué)研究院. GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]中國建筑科學(xué)研究院. GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4]中國建筑科學(xué)研究院. GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[5]浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院, 浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院. DB 33/1067—2010 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].杭州：浙江工商大學(xué)出版社,2010.

[6]中國建筑科學(xué)研究院. GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010.

Structure Design of the Single Span Frame with Bonding Prestress for the Tennis Center in a School

CHENZhigang,LIJunrong,JIAOjian

2016-06-27

陳志剛 (1965—)，男，浙江樂清人,高級(jí)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU378.4

B

1008-3707(2016)09-0011-06