王 挺
（上海美柚新能源科技有限公司，上海，200333）
【摘 要】当前，高层建筑中采用的普通钢筋混凝土体系结构的框架结构、砖混结构、底部框架结构、剪力墙结构以及框架剪力墙结构等，但是随着建筑跨度的不断加大，这些结构都会受到各种限制。采用大跨度预应力混凝土高性能的住宅体系能够进一步有效解决大空间的建筑中所存在的一些问题。这是基于剪力墙、无粘结预应力楼盖、异形柱结构等的深入研究，同时与现代高层建筑特征相结合，而推出的一类新的结构体系。采用这种水平结构体系的住宅中，无粘接的预应力楼盖能够扩展住宅单元的开间和进深，并且在每个单元用户的内部没有了竖向的承重构件和明梁，这样住户就可以根据不同要求不同特点灵活的改变室内的分隔布置，这样就为室内的陈设和摆放提供了便利，更好的满足了客户的需求。
【关键词】大跨度预应力混凝土；受力性能；住宅结构
1、大跨度预应力混凝土结构应用现状
大跨度预应力混凝土结构作为一种新型的建筑结构，在国内一些省市如广州、福建等地的建筑市场已经出现。但是因为对这一结构体系的研究还不是很系统完整，它所具有的优越性也难以充分发挥，因而其使用和推广也就受到很多制约。
在结构方面来分析，我国国内对于异形柱、无粘接预应力楼盖、剪力墙等的一些竖向承重结构都进行过比较系统深入的研究，而对于如何将其有效组合应用于住宅建筑中、这样的应用会产生什么新问题、会产生怎样新的受力特征等一系列问题还有待于进一步研究。
2、建立分析模型
我们选择大跨度预应力混凝土结构体系中典型的平、立面住宅结构布置。这里混凝土的等级为柱C30、梁板C40、混凝土容25K/m?,板厚为200mm，层高为4.5m，梁截面b×h＝250mm×400mm，活载5.0Kn/m?，恒载为9.0Kn/m?。通过SAP2000对模型结构进行受力分析，振型分解反应谱法对地震作用下产生的反映进行计算，将地震分组分为第一组，H类场地，阻尼比为0.05，Tg=0.35s，沿着X轴单向的输入分析地震作用。
3、结构内力的分析
3.1 预应力的施加
沿着楼板两个方向均匀的进行预应力筋的布置，经过仔细计算，每米3根Фj15.2预应力钢绞线，每根面积为139mm2，σcon=0.75，ptk=1860（MPa），ptk=0.75×1860=1395（MPa），因而每根预应力筋的预应力是NP=0.8×1395×139=155.1（KN/m）。
3.2 荷载作用下梁的受力性能分析
受竖向的荷载作用，梁截面弯矩与普通的矩形柱框架结构受弯分布趋势基本上是相似的，不同的地方就是有些截面受竖向的荷载作用而产生的弯矩值会比较小，产生这种现象的原因主要有两方面：一是由于角柱的变形而对截面弯矩产生了比较大的影响，如果把角柱弹性提高，那么截面弯矩也会得到增大，而且产生的变化是很明显的；二是楼板会通过梁柱节点将荷载部分传递到柱，而未借助梁来导荷。
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受预应力的作用，一些截面出现正弯曲，与受竖向荷载作用而出现的弯矩方向是相反的之外，另外一些会出现负弯矩，与普通的预应力框架弯矩一般是正相反，这样对于梁支座截面的受弯是非常不利的。受地震影响，与其输入方向平行的梁截面受影响比较大，但是对与其输入方向垂直的梁截面弯矩几乎不产生影响。
受竖向的荷载作用，梁会出现比较大的扭矩，其原因是楼板和梁互相运用协调而产生的结果。楼板受到竖向荷载作用会在楼板端出现负弯矩，这会由梁上扭矩来平衡，进而使边梁上产生比较大的扭矩。因为一字型的边柱平面外所产生的抗弯刚度是比较小的，容易变形，对于梁扭转产生的约束作用很小，因而梁的扭转主要是依赖角柱进行约束，这样会使得角柱和梁相交的截面扭矩数达到最大。由于这一大跨度预应力混凝土结构体系自身有板跨比较大的特征，因而受竖向荷载作用时，它的梁扭转和板端弯矩都要比常见的结构体系更明显。而施加预应力会进一步增大截面扭矩。
3.3 荷载作用下柱的受力分析
受竖向的荷载作用，一字型边柱角会受到更大的竖向力，与各柱负荷的范围大小相近，同时预应力的施加也会在一定程度上影响竖向承重构件的轴力。要说明的是，这样的结果与模型的选取是有关联的，因而是存在局限性的。
受竖向荷载作用，底截面和角柱顶所承担的弯矩都是比较大的，施加预应力会加大角柱顶面的弯矩、减小角柱底面的弯矩。另外，地震对于角柱底截面的弯矩会产生较大的影响，会使它垂直于输入方向的弯矩加大将近两倍，对另外方向的弯矩也会加大近一倍，而它对于角柱顶面的影响会比较小。
受竖向荷载作用的影响，一字型边柱两轴方向所承担的弯矩大小差别非常大，同时其平面内弯矩会比较小，外弯矩会比较大。施加预应力能够一定程度减小一字型柱平面外弯矩。另外，预应力对于一字型柱的平面内弯矩会产生较大影响，方向则与受竖向荷载作用的相反。地震也会对平行于它的输入方向的一字型柱平面内弯矩产生比较大的影响。
3.4 荷载作用下板的受力分析
预应力的施加对板的变形和受力都会产生较为显著的影响。板边最小的负弯矩在它与一字型边柱的交点处，施加预应力会使它的弯矩值相应减小，同时也会相应减小跨中板底最大的正弯矩值。施加楼板当中的预应力，可以有效的减小板边拉应力和板底拉应力，从而更有效的控制板的变形情况，有效降低板的挠度。
4、结论：
通过上文的一系列分析，可以对大跨度预应力混凝土住宅建筑结构体系的受力特征得出下列结论：
（1）施加预应力能够较好的改进楼板受力状况，明显减小楼板里的拉应力，有效降低楼板挠度，进而更好的预防裂缝的出现；
（2）在板上，预应力的施加会对边梁产生较大的影响，次弯矩对于梁中主要表现出来的是不利的影响。因为板跨比较大，所以受竖向荷载作用的边梁会承担更大的扭矩，尤其是其与角柱的交截面。在楼板中施加预应力会加大其扭矩，受地震的作用会使边梁弯矩变化较大，扭矩变化较小。
（3）受荷载作用，一字型边柱的平面外弯矩比较大，而它的平面外抗弯刚度则比较小，所以变成了结构体系中相对薄弱的环节。施加预应力会使一字型边柱的平面内弯矩显著加大，而对于它的平面外弯矩产生的影响则非常小。一字型柱的两个主轴方向产生的抗侧刚度差别比较大，受水平方向的地震作用，平行于其作用方向的一字型边柱平面内弯矩会发生明显的改变。
（4）区别于一般的预应力框架结构当中，施加预应力会对角柱柱顶带来积极作用，在楼板当中施加预应力会给角柱柱顶带来不利的影响，角柱柱顶预应力的次弯矩和受竖向荷载作用而出现的弯矩方向相同，会使角柱的弯矩加大。受水平的地震作用，柱底的截面弯矩会显著加大。
参考文献：
[1]朱浪涛，大跨度预应力混凝土梁式转换结构受力性能分析研究[D]，2014
[2]尚永群，大跨度预应力混凝土连续箱梁桥受力分析、施工监测与荷载试验[D]，2014
[3]栾翔，大跨度预应力混凝土住宅结构体系的受力特性[J]，山西建筑，2015
论文作者:王挺
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/14
标签：弯矩论文; 预应力论文; 荷载论文; 角柱论文; 截面论文; 楼板论文; 作用论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;