大跨度预应力结构设计应该如何做？

预应力筋布置

在框架结构设计中，预应力筋位置的合理选择十分重要。一般应使 预应力筋的外形位置与最不利的内力组合弯矩图基本一致 。在边支座附近，一般由于负弯矩不大，且为了减小摩擦损失，故未设曲线段。在选择弯折点位置时，应注意弯折角不宜太大。

预应力梁截面估算

1. 柱距为8m左右，就确定梁高为跨度的1/16；柱距小则可以适当减小到1/18；

2. 楼面活荷载大于5KN/m ² ，则适当加大梁高至1/15；

3. 若层高有限制，只好加大梁宽度（但是显然会不经济）。

4. 几个项目的截面取值案例

预应力度的选择

其他

1. 两向预应力时，短向采用一端张拉，一端锚固；长向建议采用两端张拉，两端张拉时一端先张拉到设计值另一端再补张拉。

2. 张拉顺序为先张拉长向预应力钢绞线，再张拉短向预应力钢绞线，均由两边向中间对称张拉。

3. 混凝土强度达到设计强度方可张拉，张拉前不得拆除预应力梁、预应力板底部支撑。

4. 在进行超长缓粘结预应力筋的张拉时，应适当增加张拉持荷时间或二次张拉，保证张拉力传递，以抵消由于施工带来的摩擦损失增加。

5. 由于缓粘结预应力钢绞线与无粘结预应力钢绞线都是单根布置、单根锚固的，与有粘结钢绞线相比，张拉端布置起来更加灵活，尤其对张拉端在框架梁端且非预应力钢筋布置比较密集的情况，有效解决了有粘结的波纹管布置及钢绞线群锚相对困难的问题。

6. 大直径预应力钢绞线的应用，1d21.8=1.64d17.8=2.24d15.2，同等配筋面积，穿筋数量少一半，节点施工完全不受影响!

7. 一般的，预应力混凝土梁的经济梁高和预应力混凝板的经济板大致是钢筋混凝士梁板的70%至80%。

单跨预应力的问题

林同炎预应力

边柱的挑战

1. 合理地选择顶层预应力混凝土梁布筋形式，使预应力次弯矩对顶层边产生较有利的影响。即将中间支座处的预应力筋尽量上移，跨中截面处的预应力筋尽量下移。并且在框架边梁端部的预应力筋满足抵抗负弯矩的前提下，使偏心弯矩尽可能小（预应力筋下移，或将一部分预应力筋移至梁底)。

2. 在满足框架抗侧刚度及构造要求的情况下，考虑顶层边跨梁柱线刚度比顶层边柱及大梁配筋影响等综合经济效果，顶层边柱截面宽度和高度取较小值。

预应力筋的估算法（荷载平衡法）

方法一

《无粘结预应力凝结构技术规程》JGJ92-2004 第 5.1.2条指出:“对于一般民用建筑，平衡荷载值可取恒载标准值或恒载标准值加不超过 50%的活荷载标准值。”

根据结构的裂缝控制等级合理选取平衡荷载,通常的选取原则是：对于裂缝控制等级一级、二级的结构,当准永久荷载系数(可变荷载中在结构使用期内变动不大的那部分荷载)较大时，一般可选取永久荷载(即恒载)和准永久荷载的一部分(30%~70%)作为平衡荷载:可变荷载比例较大时可取较大值,可变荷载比例较小时,可取较小值,以满足荷载效应的准永久组合下截面受拉边缘混凝士的裂缝控制等级要求;对于裂缝控制等级三级的结构,预应力筋的配置可由截面承载力计算确定，当预应力筋采用高强预应力钢绞线时,其 As：Ap=1:(1~3)。

方法二

按预应力钢筋承担70%外荷载弯矩估算梁中最大弯矩值，比如M=4500KN.m  

按支座包络配筋换算。即A _P =11111x0.7x360/1320=2121mm ²

n   =2121/140=15.2；实配2x8Φ ^S 15.2；所以预应力筋采用2x8Φ ^S 15.2。

 通过以上两种估算法可以得出采用平衡荷载法选择1/3（恒载+活载）时与预应力裂缝控制等级三级时相当。

问题

Q1 预应力梁端配筋取值问题

从预应力强度比λ公式中可以看出，λ的计算与普通钢筋面积有关系。程序在计算出预应力梁端普通钢筋面积后，会对预应力强度比λ按设置好的限值进行验算。当不满足规定的限值时，就会按λ限值反算出一个钢筋面积，此钢筋面积通常比较大。

预应力梁端所受弯矩很小，却对应较大的钢筋面积，这通常是由预应力强度比λ造成的。

Q2 施工阶段应力超限

施工阶段应力超限通常是由预应力筋产生的应力σpc过大导致的，说明预应力筋线形不合适或者数量过多。因此，可以通过调整预应力筋的线形或者数量来解决应力超限问题。若应力结果超出限值的幅度比较大，则可以先减少预应力筋的数量，再调整线形减小偏心距使其满足限值要求。

Q3 使用阶段应力超限

依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第7.1.1条，一、二级裂缝控制时，预应力梁在荷载标准组合下，混凝土拉应力需满足相应限值要求。

1. 梁端截面底部或梁跨中截面顶部

现象原因 ：通常是由预应力筋产生的拉应力较大导致的，说明预应力筋线形不合适或者数量过多。

调整方法 ：与施工阶段应力超限调整方法一致，可以调整预应力筋的线形或减少预应力筋的数量。

2. 梁端截面顶部或梁跨中截面底部。

现象原因 ：通常是由预应力筋产生的压应力较小导致的，说明预应力筋线形不合适或者数量过少。

调整方法 ：调整预应力筋的线形或增加预应力筋的数量。

Q4 裂缝控制的问题

规范的出发点是对采用预应力钢丝、钢绞线及热处理钢筋的预应力混凝土构件，考虑到钢丝直径较小和热处理钢筋对锈蚀比较敏感，一旦出现裂缝，会严重影响结构耐久性，故规定在室内正常环境下采用二级裂缝控制，在露天环境下采用一级裂缝控制。但是在实际工程中用的最多的是后张法有粘结或无粘结预应力体系，一般情况下预应力筋是摆在普通钢筋里面，其保护层较厚，混凝土即使开裂对于无粘结预应力筋来说它的外面有油脂和塑料套管的保护，对于有粘结预应力筋来说，它的外面有砂浆和波纹管的保护。而且预应力筋在卸去荷载后其裂缝会自动闭合。因此，在实际工作中可根据具体情况作出适当调整。

缓粘结预应力