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杭州大劇院主舞臺考慮線拉施工方案的計(jì)算分析（10頁）.doc

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杭州大劇院主舞臺考慮線拉施工方案的計(jì)算分析（10頁）.doc

1、杭州大劇院主舞臺考慮線拉施工方案的計(jì)算分析StructuralEngineers2002;(4)?34?結(jié)構(gòu)分析?杭州大劇院主舞臺考慮線拉施工方案的計(jì)算分析鄔拮華樓文娟唐錦春(浙江大學(xué),杭州310027)陳忠麟周嶸(杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院,杭州310012)提要杭州大劇院采用大跨預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu).本文主要對該劇院主舞臺中的多層預(yù)應(yīng)力混凝土框架進(jìn)行了考慮張拉施工方案的計(jì)算分析.結(jié)果表明,現(xiàn)行設(shè)計(jì)法所得的預(yù)應(yīng)力綜合彎矩和預(yù)應(yīng)力次彎矩與實(shí)際值有較大的偏離.本文以保證按逐層法施工時(shí)現(xiàn)行設(shè)計(jì)法能滿足框架控制截面的抗裂和承載能力要求,提出了修正方法.關(guān)鍵詞預(yù)應(yīng)力混凝土,框架,施工方案Analysisof

2、StructuralPerformanceinHangzhouGrandTheaterConsideringtheConstructionProcessWUZhehuaLOUWenjuanTANGJinchun(ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)CHENZhonglinZHOURong(HangzhouArchitecturalDesignandRearchInstitute,Hangzhou310013)AbstractConstructionprocessofmultistoryprestressedconcreteframes(MPCF)shouldbe

3、notedinstructuralanalysisbecausethesequenceofsteeltensionandconcretepouringdirectlyaffectsonbuildingmechanicalmode1.ButingeneralitisnotconsideredduringdesigningofMPCF.ThecalculatedmodelofthemainplatformintheHangzhouGrandTheaterisanalyzedconsideringtheconstructionprocess.Thekeysiteisreinfo?reedinorde

4、rtosatisfytherequirementofcrackingcapacityandbearingcapacityoftheprestressedframe.Keywordsprestressedconcrete,frame,constructiontechnique.1工程概況杭州大劇院總建筑面積5萬m2,總高度46.4m,地下四層,地上十層.主體結(jié)構(gòu)由主舞臺,主廳,音樂廳,多功能廳等組成,其結(jié)構(gòu)平面布置見圖1,剖面見圖2.由于使用上的要求,跨度均在18m以上,故采用?結(jié)構(gòu)分析?35?結(jié)構(gòu)工程師2002;(4)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu).考慮到本工程體量大,為節(jié)省模板和支架,加快施工進(jìn)

5、程,采用了逐層澆筑,逐層張拉的預(yù)應(yīng)力張拉施工方案.而現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法是假定整體澆筑,整體張拉的施工方案進(jìn)行計(jì)算.主舞臺為左,右對稱結(jié)構(gòu),現(xiàn)以主舞臺左側(cè)結(jié)構(gòu)為例,由圖3可見設(shè)計(jì)的計(jì)算模型不能真實(shí)地反映逐層法實(shí)際的施工情況,因此,結(jié)構(gòu)內(nèi)力的設(shè)計(jì)值將偏離實(shí)際值.那么,這種偏離是否會對結(jié)構(gòu)正常使用階段的抗裂性及承載能力存在不利的影響?如果存在,該如何估算內(nèi)力偏離值的大小,并對結(jié)構(gòu)的哪些控制截面予以加強(qiáng)?本文采用作者提出的方法ll來具體地討論這些問題,以期能指導(dǎo)設(shè)計(jì).圖1大劇院結(jié)構(gòu)平面布置簡圖圖2大劇院剖面圖StructuralEngineers2002;(4)-36?2計(jì)算模型-結(jié)構(gòu)分析?.霧一日霍一i

6、.事(a)逐層法施工計(jì)算模型(b)現(xiàn)行沒汁法汁模型圖3主舞臺側(cè)結(jié)構(gòu)平面計(jì)算模型左側(cè)主舞臺為三層單跨預(yù)應(yīng)力?昆凝土結(jié)構(gòu),跨度L為21m,與周圍結(jié)構(gòu)之問設(shè)置了抗震縫.底層,中間層,頂層層高分別為16m,7.5m,7.5m.現(xiàn)澆樓板厚200mm.大梁截面尺寸bh=6001500mm,梁間距3.6m,支承于500mm厚,25m長的側(cè)墻上.預(yù)應(yīng)力錨固體系選用鑄錨體系,配低松弛預(yù)應(yīng)力碳素鋼絲,ltk=1750N/mm2,預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力為0.70,兩端張拉,預(yù)應(yīng)力損失占27.5%.預(yù)埋波紋管,拋物線形布筋,反彎點(diǎn)在0.1,處.梁,板,柱混凝Zy上圖4空間計(jì)算模型土強(qiáng)度等級為0.底層,上層樓面梁分別配預(yù)

7、應(yīng)力鋼絲4束90根,100根5,拋物線形,梁承受樓面的梁板自重為60kN/m.根據(jù)主舞臺結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn),建立了底部固支的空間有限單元計(jì)算模型(見圖4),以精確計(jì)算內(nèi)力.以擱置于側(cè)墻上中間大梁的計(jì)算結(jié)果來討論預(yù)應(yīng)力張拉施工方案對設(shè)計(jì)的影響.3計(jì)算分析3.1框架的彎矩按逐層法的施工方案所得的預(yù)應(yīng)力綜合彎矩M綜和預(yù)應(yīng)力次彎矩M玖與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,見圖5和圖6.梁板自重逐層施加與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法一次性施加引起的框架彎矩比較見圖7.圖中在梁,柱控制截面處的第一,二排數(shù)據(jù)分別為現(xiàn)行設(shè)計(jì)法,逐層法(或梁板自重逐層施加)所得的內(nèi)力.由圖5,圖6和圖7可見,兩種計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果有很大的差異.考慮逐層施

8、加荷載所得的框架彎矩與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法比較:對框架梁M綜在邊支座處偏小4.5%16.5%,而在跨中處偏大2.8%12.4%;M0;在邊支座和跨中處偏小12%35%.在框架柱底層柱根,底層柱頂處偏大約35%;在中間各層柱根,頂層柱根,頂層在頂處偏小3%65%.?結(jié)構(gòu)分析?37?結(jié)構(gòu)工程師2002;(4)l47(19O)l8872925(1803)(3008)圖5預(yù)應(yīng)力綜合彎矩(kN?m)圖6預(yù)應(yīng)力次彎矩(kN?m)986232l(820)(2487)圖7梁板自重作用下的彎矩(kN?m)3.2簡化計(jì)算的方法為估算兩種計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果的差異,定義了彎矩相對差為=(M一M0)/M(1)式中,上標(biāo)C,D分別

9、表示為考慮施工方案和按現(xiàn)行設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算.根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理,不難得出框架梁M綜相對差不僅與梁柱線剛度比有關(guān),而且與布置預(yù)應(yīng)力筋形式及張拉力有關(guān).框架梁M次相對差,框架柱M次(即M綜)相對差,考慮施工梁板自重逐層施加引起的梁柱彎矩相對差僅與梁柱線剛度比有關(guān).其中框架梁M次相對差是M綜相對差的上限.由此可通過對大量的對稱和不對稱多跨多層框架電算結(jié)果分析,得到彎矩相對差隨梁柱線剛度比變化的關(guān)系.以單跨為例,如圖8,圖9,圖l0所示.V一一一V蒿墨靜如一底層+中白J層r一項(xiàng)層圖8框架梁預(yù)應(yīng)力次彎矩相對差_支卜跨中圖9框架梁預(yù)應(yīng)力綜合彎矩相對差O278啪姍O7435_磊川StructuralEngine

10、ers2002;(4)?38?結(jié)構(gòu)分析?霞一靜一.畚.謄+底層掃:根+底層柱頂+中間層柱根*一中間層柱頂一頂層柱根一頂層柱頂圖10框架柱預(yù)應(yīng)力次彎矩(即綜合彎矩)相對差對于本文的計(jì)算對象,底層,上層梁柱線剛度比分別為4.5和3.0.逐層法施工方案所得的MN和MS與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法計(jì)算結(jié)果的相對差,見圖11和圖12.梁板自重逐層施工與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法一次性施加引起的框架彎矩相對差見圖13.圖中在梁,柱控制截面處第一,二排數(shù)據(jù)分別為根據(jù)式(1)所得的相對差和由圖11,圖12,圖13查得的相對差,比較可見:兩者計(jì)算結(jié)果基本吻合.兩者的偏差主要是由結(jié)構(gòu)層高變化引起的.文獻(xiàn)1給出了框架內(nèi)力設(shè)計(jì)值偏離實(shí)際值的大小受張

11、拉施工方案,所在層,所處部位(邊跨,內(nèi)跨,跨中,支座),結(jié)構(gòu)的跨數(shù),梁柱線剛度比,預(yù)應(yīng)力等效荷載和梁板自重等各種因素影響的圖表.當(dāng)采用現(xiàn)行設(shè)計(jì)法以整榀框架為計(jì)算模型,一次性地施加上各荷載一l0.3(一2O)一53.2(一60)1.3(3)62l(一62)38.2(35)348(35)圖ll預(yù)應(yīng)力綜合彎矩相對差(%)34.8(35)圖l244.6(35)預(yù)應(yīng)力次彎矩相對差(%)圖13梁板自重作用下的彎矩相對差(%)所得到的內(nèi)力,可按文獻(xiàn)1所給的圖中數(shù)據(jù)選定預(yù)應(yīng)力等效荷載,梁板自重作用下控%0c;加3z避8)8)7)尋枷螄?結(jié)構(gòu)分析?39?結(jié)構(gòu)工程師2002;(4)制截面處內(nèi)力的放大系數(shù)進(jìn)行修正,

12、以滿足抗裂和承載力的要求.3.3彎矩的迭加在現(xiàn)行設(shè)計(jì)法中,預(yù)應(yīng)力等效荷載與梁板自重都是施加在整榀框架結(jié)構(gòu)上.由于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)與自重效應(yīng)相反,迭加后結(jié)構(gòu)內(nèi)力的設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的偏離將減少.如再加上其它恒,活載,則兩者的偏差占總荷載效應(yīng)的比例應(yīng)較小.因此,當(dāng)預(yù)應(yīng)力等效荷載與梁板自重相當(dāng)時(shí),按現(xiàn)行設(shè)計(jì)法計(jì)算,對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性能及承載能力影響不大.如果當(dāng)梁板自重與預(yù)應(yīng)力等效荷載不相當(dāng)時(shí),按現(xiàn)行設(shè)計(jì)法計(jì)算就可能存在隱患.如重載下的普通混凝土框架,大活載下的重工業(yè)廠房.本工程經(jīng)預(yù)應(yīng)力張拉施工方案驗(yàn)算后,并與現(xiàn)行設(shè)計(jì)法的分析結(jié)果相比較,其內(nèi)力如圖14和圖15所示.圖中在90l604(983)(621)圖14梁

13、板自重作用F與預(yù)應(yīng)力綜合彎矩的組合(kN?n)梁,柱控制截面處第一,二排數(shù)據(jù)分別為按現(xiàn)行設(shè)計(jì)法和考慮施工方案所得.可見需對框架梁跨中處抗彎承載力,支座處抗裂性能進(jìn)行加強(qiáng).梁,柱配筋比現(xiàn)行設(shè)計(jì)法增加約6%.因此在設(shè)計(jì)中宜按兩者的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算,再進(jìn)行內(nèi)力組合.47(82)3693599(254)(3354)圖l5梁板自重作川下與預(yù)應(yīng)力次彎矩的組合(kN?m)4結(jié)語通過對杭州大劇院主舞臺多層預(yù)應(yīng)力混凝土框架計(jì)算分析可知,預(yù)應(yīng)力等效荷效,梁板自重作用下是否考慮張拉施工方案對結(jié)構(gòu)內(nèi)力有很大的影響.由于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)與自重效應(yīng)相反,迭加后并再與其他恒,活載進(jìn)行內(nèi)力組合,兩者的偏差占總荷載效應(yīng)的比例將減少.當(dāng)梁板自重與預(yù)應(yīng)力等效荷載不相當(dāng)時(shí),按現(xiàn)行設(shè)計(jì)法計(jì)算就可能存在隱患.須加強(qiáng)框架控制截面來滿足結(jié)構(gòu)抗裂和承載能力的要求.參考文獻(xiàn)1鄔韶華.考慮施工因素對預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)性能的影響.哈爾濱:哈爾濱建筑大學(xué),19954)4)8姍嘲姍mm弘

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