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 ， 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 ： 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 ； 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 ； 适用跨度更大且更经济。 本工程轴、 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 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 http:/ 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 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 http:/