某大跨度预应力梁结构设计施工纸
刘扬
摘 要：本文通过比较大跨预应力梁原设计方案与咨询公司优化方案，结合施工经验，阐述了单向预应力梁体系是大跨预应力梁工程的最优选择。
关键词：大跨度；预应力；结构优化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.102
0 工程概况
本工程位于江苏省某市，地下1层，地上4层，层高分别为5.2、5.2、5.2、5.2、5.5m，建筑高度为26.3m，总建筑面积34430.9平方米。
建筑抗震设防分类为乙类，建设场地抗震设防烈度为6度，设计地震加速度值0.05g，设计地震分组为第二组，场地类别为III类，场地特征周期为0.55秒。本工程结构安全等级为二级，设计使用年限50年，抗震设计采用的地震烈度和地震加速度分别为7度和0.10g。
综合楼采用框架-剪力墙结构体系，其中框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级，其中建筑标高10.300m层为大跨度預应力结构，梁跨度到达33.6m。
工程完成全部施工图纸后，业主引入第三方咨询公司对结构施工图进行优化。
1 施工图设计中有粘结预应力框架梁的布置
设计中，采用受力非常协调均匀的单向预应力梁体系（如图1所示），有效减小了单根预应力梁的负荷面积，有效降低了主框架预应力梁端传给框架柱的弯矩。尽量避免框架柱成为大偏心受弯构件，保证在大震情况下框架柱不会出现屈服，真正实现“强柱弱梁”的设计理念。
2 施工图设计中有粘结预应力框架梁的布置
设计中，采用受力非常协调均匀的单向预应力梁体系，有效减小了单根预应力梁的负荷面积，有效降低了主框架预应力梁端传给框架柱的弯矩。尽量避免框架柱成为大偏心受弯构件，保证在大震情况下框架柱不会出现屈服，真正实现“强柱弱梁”的设计理念。
预应力次梁通过支撑点，将弯矩传给支座边梁，减小了框架柱同一方向的配筋，使框架柱的受力在两个方向处于均衡的状态，不至于单方向配筋过大，实际施工中无法保证核心区混凝土浇筑质量，使结构更加安全可靠、经济合理。
咨询公司模型中，梁截面为400x2000mm，高宽比达到5，高宽比过大，根据混凝土结构设计规范第6.3.1条，高宽比越大，其斜截面承载能力就越低。实际施工过程中，钢筋及钢绞线在梁中也难以布置，造成梁的有效高度极大降低，钢筋无法最大发挥受力作用。且模型中预应力梁截面不合理，即使梁截面为加大至600x2000，在满足正截面及斜截面承载力和裂缝的条件下，截面的梁顶配筋率会高达3.45%，出现超配筋，这是规范绝对不允许的。
咨询公司模型中，仅仅考虑预应力梁满足承载力要求，并未考虑其延性，稳定性要求。本工程为大跨空间结构，标高10.300m层预应力梁跨度到达33.6m，一旦预应力梁破坏，将造成整个结构的失稳破坏，后果将是整个建筑物出现垮塌。
3 次梁改为与主梁垂直的连系梁体系
咨询公司建议将多道单向预应力梁体系改为普通主次梁体系（如图2所示），主梁为大跨度预应力梁，次梁改为与主梁垂直的连系梁，经重新计算，结果如下：
（1）为了较好支撑上层钢结构斜看台，次梁截面改为400x1000，与框架柱相连次梁支座负筋仍然严重超筋，此为次梁与主梁变形协调引起，梁截面过小次梁支座负筋将超筋，次梁截面增加过大，则将导致次梁受力，对短向边柱产生过大的附加弯矩，影响结构安全。
（2）原单向预应力梁体系每根梁负荷面为33.6x2.8m，现方案增大到33.6x8.4m，典型位置主预应力梁为例，梁支座弯矩由原方案的11961 KN增大到20536 KN，梁截面须由750x2200增大到750x2800，预应力钢绞线由双排3-8 S15.2共48根增加到双排3-9 S15.2共54根。由于负荷面增加过大，导致上部荷载集中传给几根主梁，整体结构偏不安全。此外，负荷面增加导致梁截面过大，有违 “强柱弱梁”的抗震结构设计要求。
（3）柱截面考虑到预应力钢绞线钢筋排布及承压板对柱混凝土局压问题，典型轴网边柱截面尺寸不能小于1200x1500，咨询公司建议边柱截面尺寸1000x1500未考虑局压问题，不合理。经计算，典型边柱柱配筋增大50%（见图2）。且柱配筋需避开预应力钢绞线，由于柱配筋增加过多造成柱配筋排布困难，柱配筋过密，混凝土骨料浇筑堵塞，施工质量难以保证。
4 结 论
（1）取消预应力次梁，改为与大跨度预应力框架垂直的次梁方案，实现起来很困难，结构安全性不好，同时也不经济，是不合理的。尤其是在地震作用下，竖向地震力的增加及柱核心区的先天延性不足，可以造成结构灾难性的脆性破坏。
（2）原施工图设计方案受力均匀，更加安全可靠，尤其是框架柱两向受力更加均衡，真正做到了“强柱弱梁”。
参考文献：
[1]陶学康.后张预应力混凝土设计手册[S].1996，01（01）.
