关于大面积有粘结预应力混凝土框架结构设计与施工中若干问题

关于大面积有粘结预应力混凝土框架结构设计与施工中的若干问题摘要大面积有粘结预应力混凝土框架结构应根据柱网尺寸采用不同的结构方案。

按规范要求的ii级抗裂标准，普通钢筋仅需构造配筋，有时预应力度较高的结构反而开裂严重，故建议适当放宽抗裂控制等级。

根据经济效果分析，框架梁中预应力筋连续跨数宜为3～4跨。

关键词有粘结预应力框架结构跨度最近几年，在高层、超高层建筑不断增长的同时，平面尺寸超长、超大的建筑也迅速涌现。

这些建筑一般采用有粘结预应力混凝土框架结构，其长度方向或两个方向的尺寸已超过规范规定的不设伸缩缝的最大长度。

由于设计、施工的方法和经验不足，尚有许多问题急需研究探讨。

大面积预应力混凝土结构方案选择根据柱网尺寸的不同，大面积现代预应力混凝土结构，可采用不同的结构方案。

跨度较小(12m以下)的框架结构，一般连续跨数较多，宜采用梁高较小的宽梁结构。

梁中预应力筋的留孔可采用扁波纹管，以保证梁的有效高度，并使连续张拉跨数较多时摩擦损失不致过大。

宽梁结构基处于地震度较高的地区，应加设抗震墙。

特别是梁宽大于柱宽的扁梁结构，增加抗侧刚度很重要。

跨度在12～18m的多跨框架结构一般采用通长的预应力筋。

长的有粘结预应力筋的摩擦损失较大，连续跨数宜控制在3～5跨。

若连续跨中有短跨，可在短跨处断开，设置后浇带；短跨可采用低预应力度的大梁。

跨度有18m以上的结构由于内柱处大梁弯矩较大，大梁的负弯矩钢筋多，为保证抗弯、抗剪和抗裂要求，避免内支座配置过多的预应力筋，宜在内支座处腋并使大梁中的预应力筋曲度平缓，以减少预应力损失。

在柱距方向，应视柱距的大小而采用不同的楼盖体系。

若柱距在8m以内，可采用单向平板、肋梁板、无粘结预应力平板、预制预应力大板等。

若柱距为8～12m，可采用无粘结次梁、后张有粘结资梁、先张预应力次梁。

在柱距方向，因承受地震作用及风作用，轴线上的梁高度应比次梁大，并需按纵向框架设计。

若双向跨度相差不大，框架大梁与资梁应设计成双向预应力结构，次梁宜按井式梁进行设计。

如双向跨度不大于12m，也可取消次梁，采用预应力平板。

另外，对活载较大或柱距较大的结构，有时为避免主梁过大、配筋过多，常在主梁间设置两根与主梁平行的次梁，将主要受力方向转到短跨方向以减小结构高度。

短跨方向的梁多采用钢筋混凝土大梁，其梁高可与预应力梁高相同。

若短跨跨度较大，应做成预应力大梁。

预应力度与抗裂控制gbj10-89规范的几次修改，均未明确高度预应力混凝土结构抗裂要求的程度。

连续多跨预应力混凝土框架结构，预应力度若表示为ppr＝mo/msk，应取为0.55～0.75(mo为荷载作用下受拉边缘的退压弯矩，msk是竖向荷载标准值下的弯矩短期组合值)。

若按规范要求的抗裂标准(ii级抗裂)，则承载力验算时仅配预应力筋就已有富余，普通钢筋仅需构造配筋。

我国规范对构造钢筋的配筋率未作规定，设计者往往采用最小配筋率控制。

普通钢筋量偏少时，由于预应力混凝土结构从浇筑到张拉有很长的过程，在此期间因混凝土的收缩、支撑的沉降、钢筋混凝土次梁或板支撑的拆除等因素影响，受力情况远比设计人员预见的复杂，加上应用商品混凝土，张拉前工可达0.3mm。

普通钢筋的应力较高，张拉后裂缝不能闭合。

原预应力度较高的结构，反而开裂严重，造成梁刚度降低，耐久性较差。

故确定普通钢筋用量时应考虑以下方面(1)抵抗温度、收缩、支撑沉降引起的混凝土裂缝；(2)抗震设计要求；(3)抗剪设计要求。

在低侵蚀环境，放宽抗裂控制等级(如iii级)不会影响结构耐久性。

此时普通钢筋按设计配筋，梁中普通钢筋的数量比高预应力度的梁要多。

这显然有利于施工阶段的抗裂控制，结构的耐久性及经济性较好，也与欧美国家规范的抗裂要求相适应。

同时，在高地震区也易保证强柱弱梁抗震机制的形成。

大量工程实距践证明，在使用荷载及预应力共同作用下，若受拉最外纤维的名义拉应力控制在6～7n/mm2，裂缝宽度将小于0.15mm，普通钢筋将按计算配筋，在长期荷载下裂缝闭合，这种部分预应力结构有较好的结构性能及经济效益。

多跨结构柱的约束问题(1)柱约束对预应力筋的径向等效荷载的大小没有影响。

(2)柱约束对梁中混凝土的轴向预压应力的建立有影响。

柱刚度越大，一排柱子的数量越多，轴向预压应力被“吃掉”的比例越大。

另外，现浇板对轴向预应力扩散作用引起梁中轴向预压力的减小也不能低估。

在设计“矮胖”框架时应予考虑。

(3)刚性柱的内跨大梁有明显的拱作用，可减小由于梁轴向预压应力降低的影响。

(4)梁中施加预应力时，由于大梁压缩一般在柱中产生与竖向荷载相反的附加弯矩(特别是边柱)，故框架设计中不考虑预应力张拉对柱内力产生的影响。

(5)对于预制板结构，由于梁中的轴向预压应力较大，故大梁的总压缩值较大，对短柱结构易引起张拉阶段的剪切破坏。

4、伸缩缝的设置问题现代公共建筑与工业厂房的平面尺寸不断增大，建筑师常要求结构工程师不设或少设伸缩缝，采用现代预应力技术，可以增大伸缩缝的间距。

从现有工程实践看，采用有粘结后张技术不设缝的平面尺寸已达138m×90m；采用无粘结后张技术，在基础结构中不设缝的长度已达746m。

从理论上讲，只要预应力筋是连续的，都可不设缝。

但针对所建工程的具体情况，要综合考虑功能、技术与经济等因素，确定是否需要设缝，不能盲目追求不设缝的长度，尤其要注意大吨位有粘结预应力筋的施工难度和避免预应力损失过大。

应用预应力技术不设伸缩缝时，可采用通长的预应力筋、对接的预应力筋及搭接的预应力筋等，其具体作法详见本文下节(多跨预应力筋的布置与连接问题)。

对抵抗混凝土收缩与温度变形的预应力筋，按美国规范要求，其平均预压应力不小于0.7mpa。

设置伸缩缝作法是(1)双柱紧靠式：如两侧区段同时施工，伸缩缝处只能作为固定端；如错开施工，则有一侧可作为张拉端；(2)双柱分离式：间距一般为2m，两侧区段都可作为张拉端；(3)悬挑式：悬挑长度一般为3m，柱为6m，该部分混凝土后浇。

选用何种方式，应综合考虑建筑、结构与预应力施工等特点确定。

根据当前的技术水平，有粘结预应力混凝土结构不设伸缩缝的长度宜控制在150m左右。

多跨预应力筋的布置与连接问题布置方式有(1)在各跨截面相等的情况下，预应力筋矢高不变。

若各跨外荷载弯矩值不一致，预应力筋引起的等效荷载与之不呼应。

(2)各跨预应力筋的矢高随着外荷载弯矩值变化，这样布置可使预应力筋的性能值得到充分发挥。

多跨预应力筋曲线的形状，在计算时可按单一抛物线布置(支座处有尖角)，在实际施工时支座处要以反向抛物线衔接，两者弯矩值相差在7.5%内可不作调整。

多跨梁预应力筋不宜布置成折线形式，以免预应力摩擦损失过大。

多跨预应力筋的跨数与长度，应控制在l/2长度处，有效预应力值不小于0.45fptk。

根据这一要求，两端张拉的预应力筋跨数宜为3～5跨，长度达50～75m。

如有效预应力值小于0.45fptk，则可在中间几跨增设无粘结预应力筋，以满足抗裂要求，若有效预应力值过小，fpy－烱攀瀀值过大，则极限承载力计算时采用fpy是不合适的，其强度必须折减，这样带来的结果是结构不经济。

多跨预应力筋的连接方法有(1)对接法：预应力筋张拉端设置在施工缝处，采用锚头连接器，在张拉后接长，逐段浇筑混凝土，向前推进，此法在桥梁工程中采用较多，在房屋工程中由于梁的截面尺寸小，使用受限制，且费用也较高；(2)搭接法：预应力筋在支座处搭接，从柱两侧梁顶面斜凹槽内伸出，此法在房屋工程中采用较多，但在支卒处配筋稠密的情况下施工难度也较大；(3)分离法：预应力筋在梁端张拉，两施工段之间留一小跨(段)预埋无粘结预应力筋，待该小跨(段)补浇混凝土后再张拉，连成贯通的预应力筋。

分段流水施工问题大面积预应力混凝土楼、屋面结构施工段的工作内容应包括预应力筋张拉在内。

施工段划分时主要考虑：(1)结构平面布置特点，如有无伸缩缝、柱约束程度、结构缺口情况等；(2)预应力筋张拉问题，如预应力筋从支座处梁顶斜向张拉或从梁端张拉、一端张拉或两端张拉、对预应力损失的影响等；(3)混凝土浇筑问题，如混凝土浇筑量能否跟上，对减少混凝土收缩变形是否有利等；(4)工期、模板投入量等综合因素，施工段长度一般为30～50m，为张拉需要，施工段长度也可增大。

为减少混凝土收缩，也可再划分为施工小段，采用留施工缝的办法解决。

根据现有工程实践经验，大面积预应力混凝土楼、屋面施工段可划分为以下几种。

7.1、两段施工分为二种情况。

(1)第一施工段的长度为2l/3(l为楼面总长度)，第二施工段的长度为l/3。

前者两端张拉，后者一端张拉，使预应力筋建立的应力基本相等。

在第一段混凝土浇筑后便可进行第二段施工，但第二段的混凝土浇筑应在第一段预应力筋张拉后进行。

(2)两段长度基本相等，中间留有一条宽约2m的区间作为张拉预应力用，然后再补浇；如两段之间不设缝，则中间可设一小跨，待两段张拉后补浇该跨混凝土，并留预应力短筋再补拉成整体。

7.2、三段施工分为三种情况。

(1)三段长度基本相等，其分段施工法同8.1 (2)。

(2)第一施工段(即中间施工段)的长度宜为l/2，第二、三施工段的长度各为l/4。

前者采用两端张拉，后者采用一端张拉。

在第一段混凝土浇筑后第二与第三段同时施工，此时所用模板与人工都比较均衡，从下层楼面依次转至上层楼面连续施工。

(3)中间段的长度约为l/4，两侧段约为3l/8，预应力筋通长铺设，中间段增配预应力筋，待该段预应力筋张拉后，方可进行两侧段的混凝土浇筑。