11.2.1 材料選擇
1 混凝土
混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40,且不應(yīng)低于C30。設(shè)防烈度為9度時(shí)混凝土強(qiáng)度等級不宜超過C60,設(shè)防烈度為8度時(shí)混凝土強(qiáng)度等級不宜超過C70。
說明:設(shè)防烈度為9度時(shí)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),對具抗震性能及措施應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)和分析研究,在有充分依據(jù)并采取可靠的抗震措施后方可采用,設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)相關(guān)專家審查認(rèn)可。
2 普通鋼筋
縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋,也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋;梁柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB335、HRBF400、HRBF500;箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500,也可采用HRB335、HRBF335鋼筋。
3 預(yù)應(yīng)力筋
預(yù)應(yīng)力筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線和頂應(yīng)力螺紋鋼筋;有特殊防腐要求時(shí)可使用鍍鋅鋼絲、鍍鋅鋼絞線或環(huán)氧涂層鋼絞線;直線預(yù)應(yīng)力筋或拉桿可使用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。先張法構(gòu)件宜采用消除應(yīng)力鋼絲、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線。
由于鋼絞線強(qiáng)度高、柔性好、與混凝土握裹性能好,便于制作各類預(yù)應(yīng)力筋,且便于施工,目前在工程中大量應(yīng)用。
4 錨具
預(yù)應(yīng)力筋錨具可分為夾片式、支承式、握裹式等;錨具選用應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋品種、錨固部位、施工條件和張拉工藝確定;夾片式錨具不得用作預(yù)埋在混凝土內(nèi)的固定端;壓花錨具不得用于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線;承受低應(yīng)力或動荷載的錨具應(yīng)有防松裝置。預(yù)應(yīng)力筋錨具的選用可參照表11.2.1。
表11.2.1 預(yù)應(yīng)力筋錨具選用表

5 成孔材料
一般后張法預(yù)應(yīng)力孔道推薦采用預(yù)埋管法成孔。預(yù)埋管道有:金屬波紋管、塑料波紋管和薄壁鋼管等,最為普遍使用的是金屬波紋管,目前塑料波紋管已經(jīng)開始大量使用,主要是配合真空輔助灌漿工藝,鋼管僅用于豎向孔道和有特殊要求的情況。
梁類構(gòu)件通常采用圓形波紋管,板類構(gòu)件宜采用扁形波紋管;波紋管截面積一般為預(yù)應(yīng)力筋截面面積的3.0~4.0倍,同時(shí)其內(nèi)徑應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力筋(束)輪廓直徑+6~15mm,還要考慮先穿束或后穿束以及是否采用穿束機(jī)等情況;波紋管要有足夠的剛度和良好的抗?jié)B性能。
6 水泥漿
水泥漿由水泥、外加劑和水混合攪拌而成,水泥漿性能應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB 50666-2011、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50204-2002的有關(guān)規(guī)定。
11.2.2 設(shè)計(jì)流程
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本一致,包括結(jié)構(gòu)方案確定、內(nèi)力及變形計(jì)算分析、配筋及承載力驗(yàn)算、構(gòu)造設(shè)計(jì)等內(nèi)容。和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比,在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段增加了預(yù)應(yīng)力筋束形及張拉力假定的內(nèi)容;在內(nèi)力及變形計(jì)算階段增加了預(yù)應(yīng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算;在配筋及承載力驗(yàn)算階段增加了截面的抗裂度驗(yàn)算及主拉應(yīng)力計(jì)算等內(nèi)容,并增加了錨固區(qū)設(shè)計(jì),對于超靜定結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力的影響;同時(shí)增加了構(gòu)造設(shè)計(jì)的工作,構(gòu)造設(shè)計(jì)包括預(yù)應(yīng)力筋及錨具的排列、錨固區(qū)局部加強(qiáng)構(gòu)造、張拉端及固定端的封閉構(gòu)造等內(nèi)容。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如下:

11.2.3 計(jì)算方法
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別是在結(jié)構(gòu)中建立了預(yù)應(yīng)力,因此現(xiàn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件均可用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算。由于在結(jié)構(gòu)中建立了預(yù)應(yīng)力,結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下的內(nèi)力與變形應(yīng)與荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形進(jìn)行組合來確定結(jié)構(gòu)的變形及構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)力,目前PKPM系列軟件的PREC軟件等均能夠自動計(jì)算結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)并與結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)進(jìn)行組合。
1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型
現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮樓板的翼緣作用,翼緣寬度可以根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2010的有關(guān)規(guī)定取值,也可采用有限元法計(jì)算;計(jì)算模型中還應(yīng)考慮豎向構(gòu)件約束的影響。
2 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力
超靜定結(jié)構(gòu)中,在進(jìn)行截面抗裂驗(yàn)算及承載力驗(yàn)算時(shí)應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力的影響。進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí),對承載能力極限狀態(tài),當(dāng)預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時(shí),預(yù)應(yīng)力作用分項(xiàng)系數(shù)γP應(yīng)取1.0,不利時(shí)γP應(yīng)取1.2;對正常使用極限狀態(tài),預(yù)應(yīng)力作用分項(xiàng)系數(shù)γP應(yīng)取1.0。
11.2.4 束形設(shè)計(jì)
預(yù)應(yīng)力筋束形應(yīng)根據(jù)荷載分布、構(gòu)造要求、防火保護(hù)、耐久性及張拉和錨固工藝等要求綜合確定。常用的預(yù)應(yīng)力筋束形包括拋物線形(單波、多波)、折線形、直線形,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合適的束形,還可以組合采用多種束形。
1 預(yù)應(yīng)力筋常用束形
當(dāng)梁(板)上荷載為均布線荷載時(shí)宜采用拋物線;有兩處較大的集中荷載時(shí)宜采用雙折線;有一處較大的集中荷載時(shí)宜采用單折線;懸挑梁(板)宜采用直線束,但在懸挑尖部預(yù)應(yīng)力筋仍宜水平伸出。

圖11.2.4-1 常用的預(yù)應(yīng)力筋束形
2 預(yù)應(yīng)力筋束形參數(shù)
1) 拋物線形的預(yù)應(yīng)力筋,可按圖11.2.4-2所示確定束形參數(shù)。

圖11.2.4-2 拋物線形預(yù)應(yīng)力筋束形參數(shù)

② 連續(xù)跨
預(yù)應(yīng)力筋束形控制參數(shù)的取法原則上與單跨相同,但應(yīng)注意下列事項(xiàng):
a 考慮彎矩的分布,鄰近連續(xù)跨處的L2應(yīng)大于端支座處的L1;
b 連續(xù)跨處的彎矩一般比端支座大,通常為控制截面,框架梁端支座預(yù)應(yīng)力束的保護(hù)層厚度c1宜適當(dāng)增大;
c 連續(xù)次梁的端支座預(yù)應(yīng)力束的保護(hù)層厚度c1,當(dāng)邊梁的抗扭剛度較大時(shí),宜取較小值,抗扭剛度較小時(shí),宜取較大值。
2)折線形預(yù)應(yīng)力筋束形
當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋束形設(shè)計(jì)為折線形時(shí),可按圖11.2.4-3所示確定預(yù)應(yīng)力筋束形參數(shù)。
折線形預(yù)應(yīng)力筋的轉(zhuǎn)折點(diǎn)L1、L2至支座的距離不宜小于梁跨度L的1/5,轉(zhuǎn)折點(diǎn)處預(yù)應(yīng)力筋宜盡量平滑過渡,避免硬彎折;在預(yù)應(yīng)力筋彎折處,應(yīng)加密箍筋或沿彎折處內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。

圖11.2.4-3 折線形
3)頂層框架梁端支座預(yù)應(yīng)力筋的上偏心距宜適當(dāng)減小,以降低節(jié)點(diǎn)偏心力偶對頂層柱大偏壓的影響。
11.2.5 預(yù)應(yīng)力混凝土梁
1 預(yù)應(yīng)力梁可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度
預(yù)應(yīng)力混凝土梁可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度與采用的截面形式、支座條件及荷載等因素有關(guān),并與預(yù)應(yīng)力度有關(guān)。預(yù)應(yīng)力混凝土梁可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度如表11.2.5-1所示。
表11.2.5-1 預(yù)應(yīng)力混凝土梁可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度

2 預(yù)應(yīng)力梁的截面高度宜符合表11.2.5-2的規(guī)定。
表11.2.5-2 預(yù)應(yīng)力梁的截面高度與跨度的比值(h/L)

注:1 表中L為短跨計(jì)算跨度;
2 雙向密肋梁的截面高度可適當(dāng)減??;
3 梁的荷載較大時(shí),截面高度取較大值,預(yù)應(yīng)力度較大時(shí)可以取較小值;
4 有特殊要求的梁,截面高度尚可較表列數(shù)值減小,但應(yīng)驗(yàn)算剛度,并采取加強(qiáng)剛度的措施,如增加梁寬,增設(shè)受壓鋼筋等。
3 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的裂縫控制等級應(yīng)根據(jù)其所處的使用環(huán)境條件及構(gòu)件的重要性綜合確定。
4 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的截面尺寸應(yīng)根據(jù)荷載條件、裂縫控制等級及變形控制條件確定。大跨度預(yù)應(yīng)力梁的撓跨比除滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2010的要求外,還應(yīng)控制其絕對撓度值,防止撓度值較大時(shí)對地面做法等造成不利影響。
5 使用荷載較大的建筑結(jié)構(gòu),宜適當(dāng)加大構(gòu)件截面,控制荷載平衡值及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件截面的平均預(yù)壓應(yīng)力。應(yīng)控制梁截面平均預(yù)壓應(yīng)力不應(yīng)過高,防止因構(gòu)件截面選取過小,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋配置過多,張拉階段出現(xiàn)裂縫或使用階段實(shí)際作用荷載較小時(shí)出現(xiàn)過大反拱。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級為C40時(shí),梁截面平均預(yù)壓應(yīng)力宜控制在2~5MPa。
6 大跨度預(yù)應(yīng)力樓蓋對邊梁扭轉(zhuǎn)的影響十分顯著,因此應(yīng)考慮邊梁的扭轉(zhuǎn)問題。邊梁應(yīng)按彎剪扭復(fù)合受力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì),但應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力對邊梁扭轉(zhuǎn)的影響。如果邊梁的扭轉(zhuǎn)為協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn),由于通常簡化計(jì)算中未考慮樓板與邊梁的空間協(xié)調(diào)作用,設(shè)計(jì)時(shí)可將計(jì)算扭矩乘以0.4~1.0系數(shù)予以折減;如果邊梁的扭轉(zhuǎn)為平衡扭轉(zhuǎn),則不應(yīng)進(jìn)行上述折減。

式中:T——邊梁扭矩設(shè)計(jì)值;
Td——邊梁在荷載作用下產(chǎn)生的扭矩設(shè)計(jì)值;
TP——邊梁在預(yù)應(yīng)力等效荷載作用下產(chǎn)生的扭矩設(shè)計(jì)值;
7 翼緣寬度取值
現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中,梁的翼緣寬度除應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定外,尚宜根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的不同內(nèi)容及施加預(yù)應(yīng)力的實(shí)際情況,做如下調(diào)整:
1)預(yù)應(yīng)力筋在梁端部錨固時(shí),預(yù)加力的軸向力在端部集中并沿梁跨度方向逐漸擴(kuò)散,當(dāng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力軸向力效應(yīng)時(shí),在端支座截面宜取梁寬,而在跨中或內(nèi)支座截面翼緣寬度B2宜取板全寬;
2)當(dāng)計(jì)算截面彎曲應(yīng)力及受彎承載力時(shí)翼緣寬度B應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2010表5.2.4的規(guī)定取值。

圖11.2.5-1 翼緣寬度的取值
8 預(yù)應(yīng)力梁采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí),在構(gòu)件兩端應(yīng)設(shè)置灌漿孔或排氣孔,其孔距對抽拔管不宜大于12m,對波紋管不宜大于30m。凡制作時(shí)需要預(yù)先起拱的構(gòu)件,預(yù)留孔道應(yīng)隨構(gòu)件同時(shí)起拱。
9 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的箍筋設(shè)置構(gòu)造要求與普通鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同。在T形截面梁的馬蹄中,應(yīng)設(shè)閉合式箍筋,其間距不大于150mm。
10 錨固區(qū)附近翼緣板的加強(qiáng)
預(yù)應(yīng)力混凝土梁,因錨固區(qū)局部軸向壓力的擴(kuò)散,在翼緣板內(nèi)將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,板可能會產(chǎn)生裂縫,宜按圖11.2.5-2所示進(jìn)行配筋加強(qiáng),該加強(qiáng)鋼筋宜布置在樓板截面中部。

圖11.2.5-2 預(yù)應(yīng)力梁端板的加強(qiáng)
11 梁上開孔
1)預(yù)應(yīng)力梁上開圓孔時(shí),應(yīng)遵循下列原則:
①開孔最大直徑不宜大于梁截面高度的1/5~1/6;
②并列開孔時(shí),孔間距宜大于相鄰孔直徑平均值的3倍;
③梁上開孔范圍宜在梁跨間中部1/2跨內(nèi),開孔位置應(yīng)位于梁截面中心??字行奈恢脩?yīng)距與開孔梁相垂直的次梁側(cè)面1.5h以上(h為梁高)。
④開孔處應(yīng)進(jìn)行配筋加強(qiáng),加強(qiáng)構(gòu)造見圖11.2.5-3。

圖11.2.5-3 預(yù)應(yīng)力梁上開圓形孔及加強(qiáng)構(gòu)造
2)預(yù)應(yīng)力梁上開矩形孔洞時(shí)應(yīng)遵循下列原則:
①孔洞應(yīng)盡可能設(shè)置于剪力較小的跨中L/2區(qū)域內(nèi),孔洞偏心宜偏向受拉區(qū),偏心距e0不宜大于0.05h;
②并列開孔時(shí),相鄰孔洞邊緣間的凈距不宜小于2.5hh,孔洞高度和截面高度的比值hh/h≤0.35,孔洞長度和截面高度的比值lh/h≤1.6,孔洞上弦桿截面高度與梁截面高度的比值hc/h≥0.3;
③孔洞長度和高度之比宜滿足lh/hh≤4。
④開孔處應(yīng)進(jìn)行配筋加強(qiáng),加強(qiáng)構(gòu)造見圖11.2.5-4。
a 當(dāng)矩形孔洞高度小于h/6及100mm,且孔洞長度小于h/3及200mm時(shí),其孔洞周邊配筋可按構(gòu)造設(shè)置。弦桿縱筋A(yù)s2、As3可采用2
10~2
12;弦桿箍筋采用
6,間距不應(yīng)大于0.5倍弦桿有效高度及100mm。垂直箍筋A(yù)v宜靠近孔洞邊緣。
b 當(dāng)孔洞尺寸不滿足a項(xiàng)要求時(shí),孔洞周邊的配筋應(yīng)按計(jì)算確定,但不應(yīng)小于按構(gòu)造要求設(shè)置的鋼筋。

圖11.2.5-4 預(yù)應(yīng)力梁上開矩形孔及加強(qiáng)構(gòu)造
11.2.6 預(yù)應(yīng)力混凝土板
1 預(yù)應(yīng)力混凝土板可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度
預(yù)應(yīng)力混凝土板可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度與采用的截面形式、支座條件及荷載等因素有關(guān),并與預(yù)應(yīng)力度有關(guān)。預(yù)應(yīng)力混凝土板可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度如表11.2.6-1所示。
表11.2.6-1 預(yù)應(yīng)力混凝土板可實(shí)現(xiàn)的跨度及經(jīng)濟(jì)跨度

2 預(yù)應(yīng)力板的厚度宜符合表11.2.6-2的規(guī)定。
表11.2.6-2 預(yù)應(yīng)力板的跨度與厚度的比值(L/h)

注:1 L為板的短邊計(jì)算跨度;無梁樓蓋中L為板的長邊計(jì)算跨度;
2 雙向板系指板的長邊與短邊之比小于2的情況;
3 荷載較大時(shí),板厚應(yīng)適當(dāng)增加;
4 考慮預(yù)應(yīng)力筋的布置及效應(yīng),板厚不宜小于150mm。
3 單向板
1)預(yù)應(yīng)力筋沿連續(xù)平板受力方向宜采用多波連續(xù)拋物線布置,束形參數(shù)的確定可參照11.2.4條。預(yù)應(yīng)力筋一般沿板寬并筋均勻布置,也可單根均勻布置。并筋布置時(shí),每束預(yù)應(yīng)力筋不宜超過4根,預(yù)應(yīng)力束的間距不宜大于1200mm。
2)垂直于受力的方向,為抵抗收縮和溫度應(yīng)力,尚需配置非預(yù)應(yīng)力筋,其配筋率不宜小于0.2%。
3)分布鋼筋的布置與普通鋼筋混凝土單向板相同。
4)在板內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可分兩側(cè)繞過開洞處鋪設(shè),無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋距洞口距離不宜小于100mm,水平偏移的曲率半徑不宜小于6.5m,詳見圖11.3.6。洞口邊應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋加強(qiáng)。
5)計(jì)算確定的預(yù)應(yīng)力筋可在兩側(cè)適當(dāng)減配,中間適當(dāng)加密,總數(shù)不變。
4 雙向板
1)預(yù)應(yīng)力筋宜采用雙向多波連續(xù)拋物線布置,也可采用折線形布置。拋物線的參數(shù)取值應(yīng)考慮雙向普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋交叉編網(wǎng)的影響。一般雙向均沿板寬并筋均勻布置,也可單根均勻布筋,靠近板邊緣處可適當(dāng)減少。并筋布置時(shí),每束預(yù)應(yīng)力筋不宜超過4根,預(yù)應(yīng)力束的間距不宜大于1200mm。
2)沿短跨的預(yù)應(yīng)力筋在跨中宜布置在長跨預(yù)應(yīng)力筋的下面,沿短跨的底部普通鋼筋宜布置在長跨普通鋼筋的上面。

圖11.2.6-1 預(yù)應(yīng)力筋在跨中與底部普通鋼筋的位置關(guān)系
3)雙向板每個(gè)方向的平均預(yù)壓應(yīng)力不宜小于1.0N/mm²,也不宜大于3.5N/mm²。
4)在長跨方向用最低平均預(yù)壓應(yīng)力確定預(yù)應(yīng)力配筋面積,再計(jì)算短向預(yù)應(yīng)力配筋面積。
11.2.7 預(yù)應(yīng)力框架柱
多層框架的頂層邊柱往往承受大偏心受壓,軸力小而彎矩大,近似于受彎構(gòu)件。當(dāng)框架梁的跨度不大時(shí),僅對梁施加預(yù)應(yīng)力,即時(shí)同時(shí)抵消大部分外荷載引起的柱子彎矩,因而柱子抗裂問題可同時(shí)得到解決;當(dāng)梁跨度較大且荷載較重時(shí),僅靠施加于梁上的預(yù)應(yīng)力難以消除柱子彎矩,須對柱子施加預(yù)應(yīng)力才能解決柱子截面的抗裂問題。預(yù)應(yīng)力柱的設(shè)計(jì)宜符合下列規(guī)定:
1 柱子的預(yù)應(yīng)力筋宜采用直線或折線布置。
2 預(yù)應(yīng)力束宜延伸至下層柱的中部。當(dāng)采用夾片式錨具時(shí),預(yù)應(yīng)力束長度尚不宜小于6m。
3 抗震設(shè)防的預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu),柱截面高度宜取梁截面高度的0.8倍以上。
4 柱截面受壓區(qū)高度和有效高度之比,一級不應(yīng)大于0.25,二、三級不應(yīng)大于0.35。
5 柱受拉邊宜采用普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋混合配筋,受壓邊只配普通鋼筋。
6 柱箍筋應(yīng)全高加密。
7 頂應(yīng)力筋的束形及參數(shù)可參考圖11.2.7。

圖11.2.7 柱預(yù)應(yīng)力筋束形


鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 GB149
