摘要：本文結(jié)合實際工程設(shè)計，總結(jié)設(shè)計者在預應力結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的體會及心得。
關(guān)鍵詞：預應力 預應力梁的構(gòu)造措施 預應力損失
一、工程概況：
本工程為某體校內(nèi)的室內(nèi)訓練場，鑒于建筑師對整體規(guī)劃的考慮及使用上的便捷性，要求其與體校內(nèi)的主教學樓及宿舍樓能通過走廊聯(lián)系以形成整體效果，故層高定為7.5米，共兩層。根據(jù)使用要求，室內(nèi)不允許設(shè)置豎向構(gòu)件，凈高要求≥6.0米。平面布置如（圖一）。在此情況下，采用普通梁扳體系已難以滿足要求，經(jīng)與建設(shè)方及建筑師協(xié)商，并結(jié)合當?shù)厥┕そ?jīng)驗，決定該兩層建筑的樓（屋）面Y向框架梁采用預應力梁（后張法）,其余構(gòu)件均采用普通梁扳。
二、預應力砼結(jié)構(gòu)的特點：
①改善結(jié)構(gòu)的使用性能，提高結(jié)構(gòu)的耐久性；
②減小構(gòu)件截面高度，減輕自重；
③充分利用高強鋼材；
④具有良好的裂縫閉合性能與變形恢復性能；
⑤提高抗剪承載力；
⑥提高抗疲勞強度；
⑦具有良好的經(jīng)濟效益。
三、預應力砼結(jié)構(gòu)設(shè)計時遇到的問題及解決辦法：
①預應力結(jié)構(gòu)與普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)在使用PKPM、SATWE軟件計算時的主要區(qū)別在于“阻尼比”的選用：預應力結(jié)構(gòu)為0.03,普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)為0.05。現(xiàn)采用分別計算并取大值的方法解決；
②由于框架柱施加預應力難度較大，在使用及建筑允許的前提下，設(shè)計采用矩形大截面框架柱(0.8米X1米)以抵抗大跨度梁傳來的較大彎矩；
③設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員所在單位沒法提供預應力結(jié)構(gòu)軟件及相應的解密鎖，設(shè)計時使用PKPM、SATWE軟件計算得出各所需參數(shù)及數(shù)據(jù)，然后用手工計算的方法解決。
四、預應力梁設(shè)計過程：
1、選用材料：砼為C40，非預應力鋼筋為Ⅲ級鋼，預應力筋為1xNфS15.2低松弛鋼絞線。
2、內(nèi)力組合(由PKPM、SATWE程序計算得來)，見表一：
荷載組合彎矩表(單位：KN-M) 表一
3、預應力梁的截面幾何特征，見表二：
4、預應力筋束形及預應力筋面積估算：
1)、屋面梁預應力筋估算：
因為作用在屋面梁上的活荷載較小，故裂縫將由荷載的準永久值組合控制。按屋面梁準永久值組合滿足拉應力0.9ftk控制，估算屋面梁預應力筋面積，即：
σlc-σpc≤0.9ftk
預應力筋截面面積為AP≥(βML/W-0.9ftk)/[(1/A+ep/W) σpe]
屋面活荷載準永久值系數(shù)為0.0，考慮次彎矩影響，將彎矩設(shè)計值作適當調(diào)整，即：支座取β=0.9，跨中取β=1.2。
預應力筋有效預應力值：σpe=1860x0.75x0.75=1046Mpa
計算后確定屋面梁配筋3-9ΦS15.2 AP=3753mm2
2)、樓層梁預應力筋面積估算：
樓層梁為支座控制，將荷載標準值組合下控制截面砼拉應力放寬至2.5ftk，并考慮次彎矩的影響，將彎矩設(shè)計值作適當調(diào)整。計算后確定樓層梁配筋3-6ΦS15.2 AP=2502mm2
5、預應力損失及預應力筋的有效預應力計算：
取張拉控制應力為0.75fFtk 計算結(jié)果詳表三~表四
屋面梁預應力筋預應力總損失σL及有效預加力值(NPe) 表三
樓層梁預應力筋預應力總損失σL及有效預加力值(NPe) 表四
設(shè)計者通過其他預應力梁的設(shè)計案例及本工程設(shè)計時對數(shù)據(jù)綜合比較后，發(fā)現(xiàn)預應力筋的總預應力損失一般控制在20%~30%間較為合理。若小于下限，則有可能是實際工程中梁跨較小或荷載偏小等因素造成，設(shè)計時沒有必要采用預應力措施而可以考慮采用普通砼結(jié)構(gòu)及相應的手段進行處理；若超過上限，則有可能是實際工程中梁跨較大或荷載偏大等因素造成，而此時采用預應力措施則很難達到預期的經(jīng)濟、功能使用等要求，設(shè)計時則應相應考慮采用其他更為合理的結(jié)構(gòu)形式及相應的處理方法。
6、梁預應力等效荷載計算：
屋面梁預加力值：NP=(4030+4287)/2=4159KN
樓層梁預加力值：NP=(2785+2957)/2=2871KN
1)、端力偶Me
屋面梁：Me=Npxe=4159x(502-300)x10-3≈840KN-M
樓層梁：Me=Npxe=2871x(457-200)x10-3≈738KN-M
2)、梁間等效均布力qi
屋面梁：q1=8Npxf/l2=8x4159x0.318/6.942≈220KN-M
q2=8Npxf/l2=8x4159x0.482/10.562≈144KN-M
樓層梁：q1=8Npxf/l2=8x2871x0.318/6.942≈152KN-M
q2=8Npxf/l2=8x2871x0.482/10.562≈99KN-M
求得框架梁綜合彎矩及次彎矩詳表五
框架梁綜合彎矩及次彎矩計算列表 (單位：KN-M) 表五
7、正截面承載力驗算：梁控制截面設(shè)計彎矩詳表六
控制截面設(shè)計彎矩列表(單位：KN-M) 表六
經(jīng)驗算正截面承載力能滿足設(shè)計要求（過程略）
驗算梁正截面承載力時應注意以下問題：
1)、預應力度λ≤0.75;
2)、梁端受壓區(qū)高度與有效高度比ξ≤0.35;
3)、折算配筋率μ≤2.5%
8、截面裂縫寬度驗算及預應力梁撓度驗算均能滿足設(shè)計規(guī)范要求（過程略）
四、預應力結(jié)構(gòu)在施工時經(jīng)常遇到的問題及構(gòu)造處理：
1、預應力梁支座部位樓層(屋面)板由于水平力過大易產(chǎn)生劈裂破壞。相應措施：附加斜向45º~60º板內(nèi)加強筋；
2、后張法預應力砼構(gòu)件端部錨固區(qū)和構(gòu)件端面中部在施工張拉后常會出現(xiàn)縱向水平裂縫。相應措施：進行局部受壓承載力計算，并配置間接鋼筋，其體積配筋率不應小于0.5%，在局部受壓間接鋼筋配置區(qū)外構(gòu)件端部l不小于3e(e為截面重心線上部或下部預應力鋼筋的合力點至鄰近邊緣的距離)但不小于1.2h(h為構(gòu)件端部截面高度)、高度為2e的附加配筋區(qū)范圍內(nèi)，均應配置附加箍筋或網(wǎng)片，其體積配箍率不應小于0.5%；
3、無粘結(jié)預應力筋存在腐蝕問題。
1)、預應力筋在運輸過程中應嚴禁油污染，其周圍環(huán)境不得有腐蝕介質(zhì)、嚴防生銹；
2)、預應力筋錨固區(qū)必須有嚴格的密封防護措施，嚴防水汽進入，對外露的預應力筋應分散彎折后再澆筑在封頭砼內(nèi)；
4、在構(gòu)件兩端及跨中合理設(shè)置灌漿孔，孔距不大于15m，并應設(shè)置泌水管；壓入的灰漿應滿足以下要求：70x70x70試塊28天強度不低于35Mpa，且保證全線密實、勻質(zhì)；為保證孔內(nèi)漿體密實，應減少水泥結(jié)硬時的收縮，可在灰漿中摻入水泥重量0.005%~0.015%的膨脹劑，且控制膨脹率不大于5%，水泥漿的水灰比以0.4~0.5為宜，3h泌水率控制在2%左右(灌漿用水應為可應用之清潔水)，預埋灌漿時，其兩端應排氣通暢以保證孔道灌漿密實性。
五、小結(jié)：
通過預應力砼構(gòu)件設(shè)計的工程實踐，設(shè)計者有以下體會：根據(jù)建筑布局及功能要求合理選擇結(jié)構(gòu)型式，正確認識預應力砼構(gòu)件的受力、工作性能及其與普通砼結(jié)構(gòu)的區(qū)別，并以此有針對地采取相應的處理措施是預應力砼構(gòu)件設(shè)計的關(guān)鍵，同時更加強烈地認識到專業(yè)理論知識的重要性，
參考文獻
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3、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)
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