预应力混凝土框架顶层边柱设计.pdf

创造革新预应力混凝土框架顶层边柱设计殷惠光陆建堂(彭城大学徐州 221008)(扬州大学工程设计院 225009) 1 前言随着预应力技术的迅速推广应用,多层、大跨度预应力混凝土框架结构在我国工业与民用建筑中得到了广泛的应用。由于多层预应力混凝土框架的跨度大、荷载大,故顶层边柱的偏心弯矩很大。这类构件如设计成普通钢筋混凝土柱,往往需要配置很多的纵向钢筋,造成钢筋浪费且施工困难。为此,一些工程采用了铰接的连接方法,然而框架顶层梁柱铰接不仅难以实现,而且框架的抗震性能差。所以,设计人员对顶层边柱的设计常感到困难。鉴于上述情况,本文提出将预应力框架顶层边柱设计为无粘结曲线配筋的预应力混凝土柱,有效地解决了配筋过多的问题,且便于施工,还可提高其刚度和抗裂性。 2 预应力筋的布置为了便于施工和减少锚具损失,顶层边柱中的预应力筋通常可采用无粘结预应力钢丝。柱中预应力筋的布置形式应采取接近于荷载弯矩图的形状。一般来说,框架顶层边柱在外荷载作用下产生的弯矩总是使柱顶外侧受拉和柱底内侧受拉。因此,柱中无粘结预应力筋的线形不外乎三种方案:直线形、抛物线形、折线形,且它们在柱顶和柱底截面的偏心距应取最大值,如图1所示。理论分析表明[1],这三种预应力筋布置方案所产生的次弯矩与外荷载作用下产生的弯矩总是同号的。其中,直线形筋布置引起的次弯矩的不利影响最小,抛物线形筋次之,折线形筋最不利,但三者的差别并不大。因此从施工工艺和端部构造处理方便考虑,工程实践大都采用抛物线形筋的布置方式。 3 对次内力的考虑图1 顶层边柱中的预应力筋布置(a)-直线形;(b)-抛物线形;(c)-折线形 1-边柱;2-屋面梁,3-楼面梁预应力框架梁柱的次内力计算通常采用等效荷载分析法,即将框架梁、柱中预应力筋对结构的作用等效成相应的荷载,作用于结构上,再应用结构力学或有关计算程序计算出综合弯矩,用综合弯矩减去主弯矩来求得次弯矩。在进行使用阶段裂缝控制验算应考虑次弯矩的影响。同时,柱的设计弯矩也应包括次弯矩,设计轴力中计入次轴力,。 4预应力筋的估算根据结构所处的环境要求,并考虑到无粘结预应力结构的耐久性,确定其裂缝控制等级,根据使用阶段裂缝控制要求确定所用预应力筋的面积[2]。在荷载短期效应组合下: A P,s≥σ sc-α ct,sf tk (1/A+e p/w)σ pe (1) 在荷载长期效应组合下: 作者:殷惠光男 36岁讲师收稿日期:1998-08-04 43 IndustrialConstruction1998,, 工业建筑1998年第28卷第12期 A p,l≥σ 1c-α ct,1f tk (1/A+e p/W)σ pe (2) 式中σ sc、σ 1c———按荷载短期效应及长期效应组合下外荷载在混凝土中产生的拉应力,按下式计算: σ sc=N s/A+M s/W (3) σ 1c=N 1/A+M 1/W (4) α ct,sα ct,1———广义拉应力限制系数,按表1取值; e p———无粘结预应力筋的偏心距; σ pe———无粘结预应力筋的有效预应力值, con。表 1广义拉应力限制系数α ct,s和α ct,1 允许裂缝宽度/mm 0 α ct,sα ct,1 0