| 查看: 1910 | 回复: 4 | ||
[交流]
汉译英求助（土木工程类）我自己也在译，希望通过比较得到提高
|
|
某礼堂大跨度弧形预应力梁设计 1 工程概况 某学院独立校区音乐教学实验楼为一综合性建筑，总建筑面积：13485平方米，由北楼、南楼及礼堂组成。其中礼堂（图1）是一座以音乐教学为主，兼顾演出和会议使用功能的特大型甲等剧院，拥有观众席1378座，由主楼(礼堂)和配套建筑组成。主楼局部5层，建筑总高度20.3m(舞台区顶板标高)。礼堂结构内部空旷、跨度大、体形复杂且为弧形，采用现浇钢筋混凝上框架结构。建筑结构设计使用年限为50年，主楼(礼堂)结构的安全等级为一级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度7度，抗震措施提高1度(按8度)考虑。楼板为现浇板，框架的抗震等级为二级 2 楼座结构方案的选择 楼座（二层观众厅）的平均跨度为32m，为弧形大跨度结构（图2），由于要考虑一层后排观众的视线要求，梁高受限，而提升层高对结构造价影响较大。采用轻钢结构可以有效增加净空，但礼堂防火要求较高，且钢结构和混凝土构件的连接较为复杂，因此考虑使用预应力混凝土梁。由于从前排到后排有高差存在，实际上形成一个空间曲面的形状，此处成为设计的难点和重点。 2.1 弧形预应力梁和直线预应力梁 采用直线预应力梁，其设计和施工都比较成熟，但是为了与曲面连接，会使梁的两端截面向上增大很多，梁的轮廓线和台阶不一致，导致梁的顶标高必须降低。而且视觉效果不好，在整体为椭圆形的礼堂中，直线梁过于生硬。 弧形预应力梁的轮廓线和台阶一致，梁顶可以和台阶平齐，增加一层观众席的净空。且和椭圆形的礼堂融为一体。但是，弧梁在垂直荷载作用下会产生的扭矩，预应力筋布置较直线预应力梁复杂。 2.2 铰接还是刚接 本工程属于大型空旷结构，边柱截面采用300x500 ，对下部柱已足够大，但与楼座处梁相比刚度则较小，楼座梁采用预应力，截面为900x300 ，梁柱线刚度比为0.85，如果梁柱按常规设计成刚接节点，虽然可以大幅减小跨中弯矩，但柱端弯矩很大，需要在柱中配置竖向预应力筋，以解决配筋问题和控制裂缝，增加了造价和施工难度，对于这种情况，梁柱采用铰接能合理方便地处理受力问题，减少了梁端支座及柱内弯矩。 弧形梁两端需承受较大的扭矩，梁柱铰接不利于抗扭，本工程在弧形梁支撑处设置了截面为200x300 的边梁和弧形梁在水平向固结，保证弧形预应力梁的抗扭性能。 结合本工程实际情况，最终选择弧形预应力梁竖向与柱铰接，水平向与边梁刚接的节点方案（图3）。 3 弧形预应力梁的设计 3.1 一般框架结构弧梁预应力梁的受力分析 弧形梁与直线梁受力是不同的，直线梁在非偏心的竖向荷载作用下，平而外的变形和内力均为零；在扭矩的作用下，弯曲方向的变形和内力也为零，也就是说，直线梁的弯曲内力与扭矩是相互独立、互不影响的。而弧梁却不同，存在弯扭耦合现象。 弧形梁中施加预应力，预应力产生与荷载方向相反的等效荷载，减小弧形梁的弯矩值，也可以减小弧形梁扭矩，同时由于预应力在弧梁中产生压应力，同样可以改善弧形梁抗剪性能。但是弧形预应力梁的预应力筋并不等长，要使梁截面获得相同的压应力，预应力筋的布置应位于截面形心或者对根据长度，对每个索施加不同的张拉力。 3.2 设计参数 设计主要依据《凝上结构设计规范》（GB50010-2002）。楼座荷载取值：不考虑构件自重，恒载2.5kN/m ，活载2.0kN/m 。梁体混凝土强度等级为C60，预应力筋采用高强低松弛钢绞线，强度等级一级 ，规格为12.1 ,锚具采用两夹片式锚具，张拉控制应力1320 。非预应力筋采用HRB400。 3.3 设计原则 (1)虽然该预应力梁为非常重要的受力构件，对裂缝控制标准应该较严，但对于对大跨度预应力梁，一级裂缝控制要求会导致构件截而过大，浪费材料或使构件的平均压应力过大，影响构件的延性。本此设计要求预应力弧形梁采用二级抗裂。 （2）大跨度预应力梁如果与柱刚接会产生巨大的拉力，造成柱底巨大的弯矩，致使柱的截而和配筋增加很多，因此在计算中把梁的端部按简支考虑，考虑到梁端实际存在部分约束，在梁端设置构造纵向钢筋来承担该处实际存在的负弯矩。 （3）现有的预应力设计软件尚无法对弧形预应力梁直接设计，本工程采取简化方法，在计算弧形预应力梁的预应力损失后，将平面预应力弧形梁简化为跨中受扭矩作用的直线预应力梁，直线预应力梁长度等于弧形梁的弦长。 3.4 主体结构内力分析与计算 礼堂主体属于较复杂的结构类型，因此内力分析采用多高层建筑空间有限元分析与设计软件SATWE和SAP2000通用结构分析与设计软件同时计算，其中SAP2000可以在平面内及平面外同时施加预应力，有效校核PKPM系列中预应力混凝上结构设计软件PREC的计算结果。以YKL1为例，表1分别为是两种软件下施加预应力前该弧形梁的标准内力值。 3.5 抗裂控制及预应力筋布置 由于考虑梁体自重后活荷载与恒荷载之比小于0.5，初估预应力钢筋时选取80%的恒荷载为平衡荷载。YKL1跨中截面弯矩如下：荷载效应标准组合弯矩2530kN.m ，准永久组合弯矩值2200kN.m ，预应力损失按20%考虑。通过计算，弧形预应力梁配14(束)3(孔)共42根有粘结预应力筋 。 梁跨中控制截而的预应力总损失为1832 ，损失比例为14.2%;第一批预应力损失后施工阶段截而应力计算为: 12.1 。满足二级抗裂的要求。表2为弧形预应力梁应力及挠度验算结果。 3.5 预应力筋摩擦系数取值分析[2] 平面预应力弧形梁简化是否符合实际，预应力摩擦系数的计算是个重要环节，规范规定当预应力筋孔道采用预埋波纹管成孔时，有粘结钢绞线预应力筋考虑每m长度局部偏差的摩擦系数k取0.0015，预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数u取0.25，这两个定值适用于直线梁。 对于弧形梁，为了使波纹管具有设计要求的弧度，要把波纹管每隔一定距离绑扎在定位钢筋上，预应力筋不仅在竖直而弯曲，而且在水平面也弯曲，这种水平面的弯曲只能由人工在较多的点上将其固定形成波纹管在水平而就形成折线形，不可能形成理论上的圆弧形，每一个折点都存在局部偏差故对竖直而曲率相同的预应力梁来说，曲线梁局部偏差的摩擦系数k值肯定比直线梁大。根据已有工程实际经验，本工程中k=0.1 ；u=0.25 。 3.6 非预应力筋配置 在按抗裂要求确定预应力筋数量之后，还要按控制截面的抗弯承载力来确定非预应力筋的而积。预应力混凝上结构中的非预应力筋能够增加结构的延性，提高预应力梁的耗能能力，使其具备良好的抗震性能。在工程中，梁中非预应力筋除了满足结构极限承载能力外，还要保证弧形预应力梁控制截面的预应力度入不大于0.75。通过计算, YKL1控制截面受拉非预应力筋面积为 ,截面的极限抗弯承载能力为 ,大于截面的设计弯矩 ，截面的预应力度 。图4为YKL1的内力图及跨中控制截面的配筋。该工程中弧形预应力梁支承在框架柱上，虽然按简支考虑，但梁端仍会存在一定数量的负弯矩，因此，在该处梁上部配置一定量受拉钢筋，使梁端受弯承载力不小于跨中弯矩设计值的1/4。由于跨中弯矩设计值为4000kN.m ，支座处负弯矩设计值为1000kN.m ，梁端需配置的纵向构造钢筋2000mm 。此外，扭矩是弧形梁设计中必须要考虑到的因素。对弧形梁施加预应力后可以有效提高截面的抗扭能力。影响弧形梁扭矩大小的主要因素是圆心角和荷载值。YKL1的圆心角为30，端部的扭矩值为 1000kN.m，仅为跨中弯矩设计值的0.16，通过计算按构造配筋可满足要求。 4 设计中的特殊问题讨论 4.1 预应力度 预应力度对框架梁的受力性能有重要影响，从使用性能来看，预应力度愈大，梁的刚度越大，裂缝宽度越小，故预应力度大一些好；但从抗震的性能来看，预应力度愈大，延性和耗能能力愈差，故预应力度不宜过大。当采用中等预应力度时，可使梁具有较好的抗震性能和使用性能。规范规定二级抗震等级时，预应力度为0.75 ，本工程YKL01的预应力度为0.538 ，满足规范要求。 4.2 不可忽视的轴向力 开始设计时，本工程重点是解决楼座处的大跨度问题，但在实际计算过程中，采用梁柱刚接方案，当弧形预应力梁的正常使用状态及极限承载力状态都得以有效解决的时候，预应力梁两侧巨大的拉力变成了一个突出问题，梁的跨度越大，梁上的荷载越多，这个矛盾就越尖锐，本工程在张拉阶段，梁侧可产生8144 kN的拉力，很容易造成相邻混凝土构件的破坏，最终设计的问题转到梁柱节点的处理上，通过梁柱铰接将此问题解决，这是大跨度预应力梁的一个特点。 5 结语 工程采用弧形预应力混凝土梁的方案，有效地解决了礼堂结构设计中大跨度、重荷载的难题，使结构具有较好的整体受力性能。避免了采用钢结构而带来防火和防腐较难处理的缺点。在预应力的设计中遵守以下原则: (1) 弧形预应力梁的计算与设计较为复杂，通过将平面预应力弧形梁简化为跨中受扭矩作用的直线预应力梁，是一个有效的方法。 (2) 大跨度预应力梁梁柱节点如按刚接，柱截而太大，配筋多，施工困难，采用梁柱铰接，以上问题能很好解决。 (3)采用预应力结构主要是改善正常使用阶段结构的性能,预应力筋的数量是由裂缝的控制要求确定的，但对于大跨度预应力梁，在规范的限值内宜适当放宽结构的抗裂控制标准,以使结构具有较好的经济性和使用性。 参考文献 1.GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社 2.梁为祥,黄照明,熊翔等. 跨度40m的预应力弧形箱梁设计与施工 [J].建筑结构，2002，32（12）:16~19 3.黄国辉,王志刚.某剧院大跨度有粘结预应力井字梁设计[J].建筑结构，2010，40（6）:93~96 [ Last edited by lkys on 2010-9-5 at 14:24 ] |
回复此楼
1 Engineering situation
★
wypward(金币+1):辛苦了 2010-09-06 14:38:08
wypward(金币+1):辛苦了 2010-09-06 14:38:08
| Music Laboratory Building in Independent of a college campus is an integrated building; total building area is 13027.8m2, include the North Building, South Building and Hall. Hall is one of them to music teachers from both shows and meetings using the features of the large Class A theater, has auditorium1378, formed main building (hall) and supporting building. main building is 5-story at local, Total building height is 20.3m(top elevation on stage Area).as the hall construct is complex and cure, Internal open and large span, so taking reinforced concrete frame structure. Structural design life is 50 years, the security of structure is grade one, the category of seismic fortification is B, Seismic intensity is 7 degrees，earthquake resistance measures consider 8 degrees by improving 1 degree. Floor is on-site，Seismic level of frame is grade two. |
2楼2010-09-05 19:28:41
3楼2010-09-06 14:54:09
2 THE CHOICE OF GALLERY STRUCTURE
| The average span of Balcony (auditorium at second floor) is 32m, it is the span arch structure (Figure 2), taking into account the requirements of the back layer audience's attention, the high of the beam is limited under balcony, and enhance the story height impacting cost of structural larger. Use of light steel structure can effectively increase the clearance, but require a higher fire grade, moreover, the steel and concrete structures connecting is very complicated, so taking prestressed beam in the building. As previously discharged to the rear there is a height difference, lead the shape of the surface to form a space, where is difficulty and emphasis in design. |
4楼2010-09-06 15:09:01
Curved or straight prestressed beam
|
Using straight prestressed beam, the design and construction are relatively mature, but the two ends of beam cross section would increase lot for connecting the surface, beam contour and step are inconsistent, leading to the top of beam elevation must be reduced. And the visual effect is not good; the line beam is very stiff in the oval hall. Curved prestressed beam contour is same with step; the top beam is flush with step, increase the clearance level of the auditorium in first floor, integration with oval hall. However, Arc beam will produce coupling of bending and torsion under load. Arrange of prestressed tendons are more complex than the linear. |
5楼2010-09-06 15:25:13
