预应力混凝土桁架转换结构的设计应用.pdf
第2 期 2 o o 6 年2 月 广东土 木与建 筑 GUANGD0NG AR CHI T EC T URE CI VI L ENGI N EE RI NG N 0 . 2 n1 B 2 O 0 6 预应力混凝土桁架转换结构的设计应用 邬晓 t 1 、 汕头市建筑设计院 广 东汕头 5 1 5 0 3 1 ; 陆 秋 旋 2 、 广东省建筑科学研究院 广州 5 1 0 5 0 0 摘 要 结合东莞市某影剧院结构设计 实例 , 探讨预应 力混凝 土桁架转换结构的受力特点 、 计算分析 与设计、 构 造与施_ Y - 等问题 , 供 同行参考。 关键 词 桁 架 转 换 ;斜 腹 杆 ; 下 弦拉 杆 ;预 应 力 混凝 土 l工程概 况 东莞 市 某影 剧 院 工程 . 地 上 9层 , 地 下 l层 , 首 层为商业用房 2层为电影厅 3层为电影厅上空 . 局 部 为放 映室 ; 4 ~ 9层 为办公 用房 。 由于 2层 电影厅 需 要较大空间 , 使得大厅 中的 3根柱无法上下连续 , 因 此在 4层须设置结构转换层 。该层结构平面布置和 建 筑剖 面如 图 l ~ 2所 示 。 2转换层 结构 方 案的选 择 2 . 1 转换层常用结构形式 有梁式 、 桁架式 、 板式 、 箱 型等 , 它们都可以形成大空间 , 实现结构类型或轴线 的转变。其中梁式转换层受力明确且设计施工均相 对简单 . 故其应用最为广泛 , 但适用跨度相对较小 , ①②③④ ⑤ ⑥ ⑦⑧ 7 如 I l I . 一 l F - K L I 4 6 0 0 x 2 0 0 0 l l ; l 馐 彝 f ’ F_KI2 I ~ 一 r ’ E 6 0 0 x 2 10 0 } ⋯一 I f j I B 盖 U ⋯ J r ’ 、 一 6 0 c 2 ∞O ’ 图 1 4层 结 构 平 面 因此本丁程在④轴上选用梁式转换 跨度 1 3 . 5 m , 考虑梁式转换在各类工程中应用较广泛 , 工程经验 相对成熟 . 故在此不再赘述。 2 . 2与梁式转换结构相比, 桁架式转换 具有如下特 点 ①通过斜腹杆把上层竖 向荷载传递给下层竖 向 承重构件 , 传力途径更直接明确 ; ② 以斜腹杆受压 、 下弦梁受拉替代梁受弯剪来承受重力荷载 , 受力方 式更合理 ; ③适用跨度更大且更经济。 本工程◎轴、 ⑩轴上跨度分别为 l 9 .5 , 2 2 .0 m, 根 据本工程建筑墙体分割特点 . 采用桁架替代转换 梁 来 承托上部结构传来 的巨大竖 向荷载 , 不仅能充分 利用该转换层的建筑空间, 也使结构设计更为合理。 但 当转换桁架 的跨度较大或承担 的竖 向荷载较大 时 . 下弦梁的轴向拉力也会较大. 采用普通钢筋混凝 土结构很难满足转换结构抗裂性要求 , 因此在桁架 下弦杆施加预应力 .形成预应力混凝土转换桁架 。 以下将 以⑩轴上桁架为例 , 重点介绍桁架转换 形式 的设计特点及其过程。 盾 楼 电 影厅 商场 地下室 l l 0 ∞ l l 0 呻 ① ⑤ ⑧ 图 2剖 面 图 3 桁架转换层计算与分析 本工程结构分析计算采用 S A T WE、 P MS A P 、 E T A B S软件进行 , 其 中 S A T WE 刚性楼盖 主要用于非转换结构部分的 计算分 析与配筋 , 而 P MS A P, E T A B S 弹 性楼盖 则主要用于桁架转换层部分的 计算分析与设计 , 均按整体模型进行 。 本 工程结 构 型式 为框 架一 剪力 墙 . 水平 力 主 要由剪力墙承担.框架柱主要承担竖向 荷 载 D L . 因 此 以下 分 析 主 要 以 竖 向 荷载 作用为主进行。 3 . 1 桁架中各构件按为杆系构件输入 , 9 维普资讯 2 0 0 6 年2 月 第2 期 邬晓等 预 应力混凝 土桁架 转换结 构的设 计应用 F E B 2 O 0 6 N 0 . 2 ~ 4 5 0 0 k 预 应 力 等 效 荷 载 q 7 O k N / m 图 3桁架计算简图 ⑧ N -- 4 5 0 0 k N ‘ ‘ 再 其计算模型如图 3所示 。 3 . 2计算预应力施加前的桁架主要构件轴力 D 也 如图 4 a 以及下 弦拉梁 4层楼 板应力 D 也 。 3 . 3 预 估下 弦 拉梁 预应 力 筋数 量 , 从 图 3 ~ 4中可 以 得 出 桁 架 下弦拉 杆 总拉力 应 包括 下 弦梁拉力 、 楼 面 板拉力 、 弧形梁拉力 、 侧向剪力 、 柱剪力之和 , 即桁架 斜腹杆斜压力之水平分力 , 再根据总拉力来预估下 弦拉梁预应力筋数量。 3 . 4 用等效荷载来模拟预应力 的施加 , 然后计算桁 架构件 轴 力 D L Y 如 图 4 b 。 4 桁 架转 换层 的设 计 、 构 造 与施 工 桁架转换层结构应按“ 强斜腹杆 、 强下弦拉杆 、 强节点” 的原则进行设计与构造 。 4 . 1 桁架下弦梁设计 桁架下弦梁既是桁架的一部分 , 承受轴向拉力 , 也作为楼层梁承担楼面板传来 的荷载和 自重 , 故下 弦梁按拉 、 弯 、 剪构件进行截面设计 , 且需满足正常 使用条件下抗裂性要求 , 其设计结果如图 5所示 。 4 . 2 桁架斜腹杆设计 桁架斜腹杆作为桁架 的一部分 , 主要承受轴 向 压力 , 其抗震等级 、 轴压比限值 、 配筋要求等均应与 转换结构上下层柱一致, 截面设计结果如图 6所示 。 4 . 3 桁架 构造 与施 工 1 在不影响建筑情况下 , 宜将转换上层托柱与 下弦梁连接, 可有效提高下弦梁的抗弯性和抗裂性。 2 当桁架斜腹杆跨越两层时 , 宜在斜腹杆与楼 层梁相交处设置一支柱 , 可提高斜腹杆平面 内稳定 性。 有效传递轴 向压力。 3 下弦梁楼面板厚度宜适当加大, 板筋宜双层 双向拉通布置 , 可有效提高楼面板在预应力张拉前 后 的抗裂性 。 1 0 l 姒 N f a D 忙- 斓 图 4桁架构 件轴 力图 G 虫l O l 0 0 5结 论 图 5下 弦梁端支座 、 跨中截面 纵筋共2 O 2 5 图 6斜腹杆上、 下段截面 管 5 . 1 预应力混凝土桁架转换结构传力路径明确 . 受 力方 式合 理 。 5 . 2 与梁式转换结构相 比, 预应力混凝土桁架转换 结构适用跨度更大且更经济。 5 . 3 在水平地震力作用下应力集中程度减缓 , 有利 于结构抗震 , 本工程为框架一 剪力墙结构 , 框架柱不 属主要抗侧力构件 . 故本文未对此转换 结构抗震性 能作专门阐述 。 参考文献 [ 1 ]陶学康.后张预应力混凝土设计 手册 [ M] .北京 中 国建 筑 工业 出 版社 。 1 9 9 6 『 2 ]徐培福 , 傅学怡 , 王翠坤 , 肖从真.复 杂高层建筑结 构设 计 『 M] .北京 中国建筑工业出版社 , 2 0 0 5 『 3 ]唐兴荣.高层建筑 转换层结构设计与施工 [ M] .北京 中 国建筑工业 出版社 . 2 0 0 3 维普资讯