摘要：本文结合工程实例和笔者多年设计实践工作经验，详细探讨了大跨度后张法有粘结预应力楼盖框架梁结构设计过程中的主要设计参数计算和强度验算，对张拉施工时预应力的损失进行了科学计算，确保了工程结构设计的经济性和合理性，并对张拉端节点处理措施进行了论述。 

　　关键词：结构方案； 框架主梁； 有粘结预应力； 节点构造 

　　1工程概况 

　　衡阳市某机关单位综合办公楼工程,共四层，为会议和办公设施，总建筑面积为13000m2，其中会议室兼作小礼堂用，位于大楼四层左侧;建筑面积475m2，平面长25m，宽19m，能容纳250～300余人；综合楼与相邻建筑单体之间设置伸缩缝，采用大跨度混凝土框架结构；其它跨度为19m，沿会议室方向与柱网正交。 

　　2建筑结构方案的选择 

　　上述尺度的天面楼盖结构，可以采用多种楼盖结构方案，如型钢混凝土组合结构、钢筋混凝土桁架结构、预应力钢筋混凝土结构、排架结构（采用钢筋混凝土柱和钢屋架），普通钢筋混凝土密肋梁板结构等等。

　　在进行天面楼盖结构方案比选时，首先考虑的是要满足业主对使用功能的要求。该综合楼与周边办公楼单体用伸缩缝分开，天面与周边楼层的走廊相连，业主要求综合楼的天面可作为职工休息时间的活动场所。因此，不能采用较大的坡度的屋面形式，而且对受力主梁的挠度变形要求比较高。在这种情况下，就不能选用钢筋混凝土桁架结构。 

　　若采用普通钢筋混凝土密肋梁板结构，密肋次梁要沿会议室的方向密布，跨度为19m，为满足挠度及裂缝宽度限值的要求，估算梁截面的高度达到1300mm，截面这么大的梁如此密布，不能满足会议室内部上空的美观要求。同时，密肋次梁支承在两端框架边梁上，产生较大的扭矩和剪力，框架边梁的抗剪扭能力很难满足规范的要求。 

　　如果采用型钢混凝土组合结构，屋面楼盖采用压型钢板混凝土组合楼板，那么在结构原理上，是比较合理的。但与采用预应力钢筋混凝土结构相比，钢材的使用量比较大，建筑成本较高。 

　　综合以上的分析，框架主梁采用后张法有粘结预应力结构，框架主梁的截面为400mm×1200mm，具体的结构布置见图1，采用钢筋混凝土肋形梁板结构，楼板厚度为100mm，梁、板的混凝土强度等级采用C40，柱子采用普通钢筋混凝土结构，截面650mm×700mm，柱的混凝土强度等级采用C30，在梁、柱节点处，混凝土强度等级按框架主梁采用C40。 

　　3有粘结预应力框架主梁的设计 

　　3.1荷载 

　　作用于梁上的恒荷载包括梁板自重、面层及吊顶自重，活荷载按人群有可能密集的情况采用3.5kN/m2。梁上线荷载标准值共计69.4 kN/m线荷载设计值共计94.8 kN/m。由于该会议室周边的均布置多层的办公楼，对风起了遮挡的作用，在结构计算中可不考虑风荷载。 

　　3.2设计基本参数 

　　本建筑的设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计地震分组为第一组，抗震等级为三级，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅲ类。 

　　3.3结构受力计算 

　　取一榀钢架作为计算单元。在柱边支座处，梁截面按矩形考虑，计算截面见图2a；在跨中，考虑楼板作为翼缘参与受力，梁截面按T形考虑，计算截面见图2b。 

　　3.4材料的选用 

　　框架主梁预应力筋按双束设置，按照抛物线线型设置，分为三段，反弯点设在离支座0.16Lo(Lo为梁计算跨度)处。预应力筋采用低松弛高强度钢绞线，每束采用6φj15.24，强度标准值fptk=1860N/mm2，设计值fpy=1320N/mm2，张拉控制应力为0.75，fptk=1395N/mm2。每束预应力筋的张拉力P=6×139×1395=1163kN。锚具采用OVM锚具系列，一端张拉，张拉端分别设在梁的两端。支座及跨中非预应力筋均采HRB335级，直径为25mm，通长设置。 

　　3.5预应力梁的验算 

　　按照上述的配置进行验算，得梁端的配筋强度比λ=0.681，小于规范要求的0.75；考虑受压钢筋的梁端相对受压区高度为0.26，满足规范不大于0.35的要求；底面和顶面纵向非预应力钢筋截面面积的比值为1.0，纵向受压非预应力钢筋的配筋率为0.72%>0.2%，纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值折算的配筋率为2.4%<2.5%，以上几项均满足规范的要求。 

　　3.6预应力损失的计算 

　　张拉端锚具变形和锚具内缩引起的预应力损失σ11=254.5N/mm2，预应力钢筋磨擦引起的预应力损失σ12=382.1N/mm2，预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失σ14=48.8N/mm2，混凝土的收缩和徐变引起支座的预应力损失σ15（支）=104.6N/mm2、跨在的预应力损失σ15（中）=89.5N/mm2，两束预应力钢筋采用一端张拉，并在两端同时张拉，得： 

　　支座第一批预应力损失：σLI(支)=1/2（σ11+σ12）=318.3N/mm2； 

　　跨中第一批预应力损失: σLI(中)=1/2σLI(支)=191.1N/mm2； 

　　支座第二批预应力损失：σLII(支)=σ14+σ15（支）=153.4N/mm2； 

　　跨中第二批预应力损失: σLII(中)=σ14+σ15（中）=138.4N/mm2； 

　　支座总预应力损失：σL(支)=σLI（支）+σLII（支）=471.7N/mm2； 

　　跨中总预应力损失：σL(中)= σLI（中）+σLII（中）=329.4N/mm2； 

　　支座有效预应力：Pe(支)=6×139×（1395-471.7）=779kN。 

　　3.7内力组合 

　　后张法预应力混凝土超静定结构，在进行正截面受弯承载力计算及抗裂验算时，在弯矩设计值中次弯矩应参与组合；在进行斜截面受剪承载力计算及抗裂验算时，在剪力设计值中次剪力应参与组合。在对截面进行受弯及受剪的抗裂验算时，当参与组合的次弯矩、次剪力对结构不利时，预应力分项系数取1.2，有利时取1.0。次弯矩按下列公式计算： 

　　M2=Mr-M1 

　　M1=NP·epn 

　　次剪力则根据构件各截面次弯矩的分布按结构力学方法计算，次弯矩的计算结果见图3a，和次剪力的计算结果见图3b。 

　　3.8预应力框架主梁极限强度验算 

　　跨中截面抗弯承载力设计值除以承载力抗震。调整系数后为4617.7kN/m，大于跨中截面弯矩设计值2757.8kN/m；支座截面抗弯承载力设计值除以承载力抗震调整系数后为4321.2kN/m，大于支座截面弯矩设计值1419.4kN/m；支座截面抗剪承载力设计值除以承载力抗震调整系数后为1798.2kN，大于支座截面剪力设计值836kN。

      　　3.9预应力框架主梁在使用阶段的抗裂验算及挠度控制 

　　当进行正截面抗裂验算时，支座截面的裂缝控制等级按二级（即一般要求不出现裂缝的构件）考虑。在荷载效应的标准组合下满足：σck-σpc=2.1N/mm2　　 

　　对中跨中截面，取楼板与腹板相交进行验算，计算公式相同，得： 

　　在荷载效应的标准组合下，框架主梁的短期刚度βs=9.721×1014N/mm2，刚度β=Mk(中)βs/[ Mq(中)(θ-1)+ Mk(中)]=5.22×1014 N/mm2，采用结构力学的方法计算跨中的挠度f=42mm，f/LO=1/445，满足要求。 

　　3.10施工阶段的验算 

　　在施工阶段，框架主梁除承受结构自身重量以外，还承受施工活荷载，施工活荷载按2.0Kn/m2考虑，在结构计算中，仅考虑第一批预应力损失。经验算，满足规范对施工阶段不允许出现裂缝的预应力构件的应力控制要求。在对张拉端进行局部受压承载力的验算中，端部承压垫板厚度为20mm，采用200mm×200mm的正方形，并设置φ10的螺旋筋，内径180mm，以验算，局部受压满足要求。 

　　4张拉端节点构造处理 

　　预应力筋的孔道采用预埋φ70波纹管实现，预应力筋在梁内按束布置，张拉端采用OVM型夹片锚具系列，非张拉埋入端采用挤压锚具。张拉并灌浆完毕后，用C30混凝土进行封闭保护，为避免对原结构造成影响，采用外露式柱墩，见图4，混凝土接口应清理干净，并冲水润湿。为保证预应力筋的孔道可以顺利通过梁柱节点并准确定位，柱纵筋布置成双排，在满足规范要求的前提下，增大纵筋的间距。 

　　5结语 

　　综上所述，该综合楼通过以上多种结构的比较、分析与验算，最终采用大跨度后张法无粘结预应力框架主梁结构，既满足了业主的要求，为会议室兼小礼堂提供了无梁大空间，同时又符合结构设计经济实用的原则，因此其结构设计是科学和合理的。 

　　参考文献： 

　　[1] 陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社. 

　　[2] 徐焱，苏文元.超长结构中预应力的应用.新世纪预应力技术创新学术交流会论文集. 

　　[3] CECS180：2005建筑工程预应力施工规程.