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A區主體結構型式為縱向框架、橫向板柱結構,后張高效預應力混凝土樓屋蓋,預應力筋采用無粘結筋。L~7層樓面設預應力縱向框架扁梁,每跨跨度為7m,斷面尺寸為1200mm×400mm、800mm×400mm、600mm×400mm三種,樓面板為無粘結預應力板,厚度為230mm,板跨度分別為5.1、9.3、7.2m,屋面為無粘結預應力正交網格梁,柱網為21.6m×2lm,梁斷面為300mm×1100mm,網格尺寸為2.33m×2.40mm,屋面板為普通鋼筋混凝土板,板厚為80mm。
1 工程概況
本工程位于成都市西北橋成都鐵路局工程總公司辦公樓的側面。主體建筑A區平面尺寸分別:30.8m×25.2m,柱網開間為7m,跨度分別為5.1、9.3、7.2m 。建筑總高度地上23.7m,地上7層,1、2層為客房,3、4層為辦公用房,5層為健身、棋牌活動用房,6層為檔案室,7層為大會議室,地下室用于停放自行車。
3 結構方案的研究
3.1 初設階段
由于建設方要求建筑總高度不超過24m及樓層總數不少于7層,若采用普通混凝土結構,跨度為9.3m的框架梁斷面高度需900mm左右,3至6層層高為3.3m的無隔墻大間空僅為3.3-0.9=2.4m,房間凈空很低,效果很差,7層大會議室更無法使用,建筑方案不能實施。預應力結構由于能有效地降低結構構件截面高度,增加室內凈空,起到在凈空不變的情況下降低層高的作用。經多方案比選論證,最后決定采用高效預應力混凝土結構。
3.2 施設階段
3.2.1 預應力結構的選擇
目前普遍采用的預應力結構有無梁樓蓋和有梁樓蓋兩種。無梁樓蓋有其頂棚平整、降低層高、易于布設管道等優點,但由于該工程跨度分別為5.1m、9.3m、7.2m,跨度變化較大,樓板與框架柱節點處的較大彎矩使得樓板的抗沖切較難滿足。若為了滿足樓板的抗沖切要求,需在柱頂加板托,這樣在柱頂局部范圍出現一個“墩子”,影響不準備設吊頂的客房美觀。因此,決定采用有梁樓蓋。
3.2.2 樓蓋預應力框架梁的設置
由于客房管道井的影響,不能在橫向設預應力框架扁梁,因此該工程僅縱向設預應力框架扁梁,跨度為7m,5.1m、9.3m、7.2m跨度的板將荷載直接傳給縱向預應力框架扁梁,橫向的風、地震等水平荷載在樓板內引起的內力,主要由配置在柱上預應力板帶內的普通鋼筋承受。
3.2.3 該結構方案優點
① 由于采用了預應力結構,降低了結構的斷面高度,在保證室內凈空的條件下,有效地降低樓層高度,同樣總建筑高度下比采用普通混凝土結構多修了一層(采用普通混凝土結構由于凈空原因只能修六層),為建設方多爭取了一層的建筑面積,取得了很好的效益。
②荷載傳力路線為:樓板一縱向預應力框架梁一框架柱一基礎,結構受力明確,無多余的傳力過程。
③由于僅縱向設預應力框架梁,給暖通、給排水、電力管道(線)布置提供了有利條件,減少了暖通、給排水、電力專業的設計難度。
4 框架結構計算
4.1 基本參數
①抗震設防7度,抗震等級三級
②場地土類別:二類場地土
③混凝土:C40
④樓、屋面活荷載標準值(kN/㎡)
健身、棋牌活動室:2, 檔案室: 3
不上人屋面:0.7, 上人屋面:1.5
客房、辦公室、大會議室:2
⑤梁、板裂縫控制等級為二級
⑥結構內力計算方法:采用PKPM程序進行計算
4.2 框架梁參數
梁設計以D軸六層框架為例,梁內布置14根d=15mm無粘預應力鋼絞線(?ptk=1570N/m㎡),支座及跨中均布置8Ф22普通鋼筋。無粘結筋張拉控制應力бcon=0.7×1570=1100N/m㎡,扣除全部損失后預應力筋的有效應力бpe=814N/m㎡。扁梁截面1200×400,翼緣板寬取2300,截面積A=0.733㎡,慣性矩T=0.00871m4,形心位置 y1=0.17lm,y2=0.229m 。
4.3 結構內力分析結果
荷載作用下彎矩包絡圖(見圖1),預應力等效荷載綜合彎矩圖(見圖2)。
4.4 框架梁正截面抗裂度驗算
4.4.1 混凝土受拉區容許拉應力
荷載短期效應組合0.6γ? tk =2580kN/㎡,荷載長期效應組合0.25γ? tk=1070kN/㎡
4.4.2 支座截面抗裂度
Npe=1584kN,預應力綜合彎矩Mp=272kN—m
荷載短期效應組合彎矩Ms=497.5kN-m,σsc=(Ms—Mp)y1/I—Npe/A=2266<2580