部分预应力框架设计指导书目 录1 有粘结部分预应力混凝土框架设计………………………………… 11.1 设计原则………………………………………………………… 11.2 设计步骤………………………………………………………… 11.3总述 ………………………………………………………… 22 基本概念……………………………………………………………… 32.1 预应力混凝土的等级与分类…………………………………… 32.2 预应力度………………………………………………………… 42.3 跨高比…………………………………………………………… 43 材料…………………………………………………………………… 53.1 非预应力筋……………………………………………………… 53.2 灌浆材料………………………………………………………… 63.3 预应力筋………………………………………………………… 64 预应力损失计算………………………………………………………… 134.1 初始张拉应力与张拉控制应力………………………………… 134.2 预应力损失计算………………………………………………… 145 超静定结构的次内力………………………………………………… 215.1 主次弯矩………………………………………………………… 215.2 等效荷载法……………………………………………………… 225.3 预应力连续梁的弹性分析……………………………………… 266 承载力计算…………………………………………………………… 29 6.1 正截面承载力计算……………………………………………… 29 6.2 斜截面承载力计算……………………………………………… 327 正常使用阶段验算…………………………………………………… 34 7.1 正截面抗裂度验算……………………………………………… 34 7.2 裂缝宽度验算…………………………………………………… 35 7.3挠度计算………………………………………………………… 388 施工阶段验算………………………………………………………… 42 8.1承载力计算………………………………………………………… 42 8.2 局部承压验算…………………………………………………… 42 8.3 张拉伸长值……………………………………………………… 459 设计实例……………………………………………………………… 48 9.1 例1……………………………………………………………… 48 9.2 例2……………………………………………………………… 551 有粘结部分预应力混凝土框架设计1.1. 设计原则在设计预应力混凝土框架时，除了应遵循普通钢筋混凝土框架的结构设计原则，尚应注意以下几点：(1) 设计现浇后张预应力混凝土框架结构，对框架大梁和预应力柱均可采用混合配筋的部分预应力混凝土进行结构设计；对建于地震区的预应力框架，由于部分预应力混凝土具有良好的抗震性能，更应按此原则进行结构设计。
(2)框架结构在外荷载作用下的内力分析，应取主要受力方向(如横向框架)进行计算；对有抗震设防要求的框架，则应对结构的两个主轴方向进行内力分析3预应力作用下产生的次弯矩建议用约束内力法求解，使用荷载下的内力分析可按弹性计算进行，应考虑由预应力、徐变、收缩、温度变化、轴向变形、连续结构杆件的约束和基础下沉等因素产生的内力柱的计算长度按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，中的规定取用，框架梁的计算跨度一般取柱中心线之间的距离4)在进行框架的内力和位移计算时，现浇楼面可以作为框架T形梁的有效翼缘，取值可按规范对钢筋混凝土梁的规定进行当有试验依据时，可取用比规范规定值大的有效翼缘宽度5)后张预应力作用于超静定框架结构，除产生主弯矩外，还产生次弯矩，在预应力框架各极限状态计算中，均应包括次弯矩的影响在垂直荷载的作用下，预应力框架结构可以考虑塑性内力重分配，但调幅程度比钢筋混凝土框架结构的小，梁端负弯矩的调幅不大于10％设计中，将调幅后的弯矩与水平荷载下的弯矩进行组合，并验算截面承载力，使其满足设计要求1.2设计步骤后张预应力混凝土框架的设计内容，主要包括梁、柱的截面形状、尺寸和配筋设计。
一般说来，梁跨、柱高、材料、荷载、支承条件、施工方法等条件是已知的，设计的任务就是针对上述条件选择合适的截面形状、尺寸和配筋，进行截面校核，如不满足，通过试算法得到经济合理的截面大致步骤如下：（1）框架的几何特征及外荷载作用下的内力计算框架结构杆件中的梁一般采用T形截面，截面高度可选用(1／18～1／12)L，当荷载或跨度较大，正截面裂缝控制等级要求较高时，取值可以适当加大梁的截面宽度 =(1／5～l／3) ，当截面中配置一束预应力筋时，=250～300mm；当在同一截面高度处配置两束预应力筋时，=300～400mm悬臂梁的截面高度可取至0.1L柱一般采用矩形截面，可按轴压比小于0.9，即确定截面尺寸此外，柱宽尚应满足梁的预应力筋与柱的纵筋的布置要求对双跨和多跨预应力框架，如需对内支座处的梁端加腋，加腋高度可取(0．2～0．3) ，长度取(0.1～0.15)/L加腋对内力分析的影响通常可以忽略计算截面几何特征的时候，除对精确性有特殊要求外，一般可取用毛截面特征值上文中提到的T形梁有效翼缘宽度问题，根据弹性理论分析、编者近年来的工程实测以及国内许多资料来看，有效翼缘若按规范取值过于保守编者建议取有效翼缘宽度为16，较能体现现阶段的各方面因素，既有突破，又给施工和推广留有足够的安全储备。
2）结构在外荷载及地震作用下的内力计算用弹性理论计算结构在各种外荷载作用下的内力，包括预应力引起的内力，进行内力组合，得出内力的设计值3) 与预应力有关的估计和计算1)预应力筋的布置形式包括预应力束的张拉锚固体系及吨位；预应力筋的线型及布置；预应力张拉控制应力值及张拉方式等；2)预应力筋用量的估算，可以按正截面承载力、裂缝控制要求或者荷载平衡法进行；3)预应力损失的计算，短期和长期的预应力损失均应当考虑；4)预应力引起的内力，包括预应力引起的等效荷载计算，综合弯矩计算，以及次内力计算4)承载能力极限状态计算框架梁的受弯承载力计算应当符合规范的要求分别计算梁在支座处和跨中处的受弯承载力，均应满足，其中是弯矩设计值，是梁在相应位置的受弯承载力如果所配的预应力筋数量不满足承载力要求，可以考虑配一定数量的非预应力筋；当按计算得出的非预应力筋数量小于构造要求时，按构造配筋柱的设计也需要考虑次内力的影响各项设计的极限内力应考虑抗震要求，让地震作用的内力参加组合，并根据抗震要求视地震烈度作适当修正5）正常使用极限状态和施工阶段的验算1）构件变形验算，包括短期和长期的反拱和挠度验算框架梁反拱的计算可以按结构力学的方法进行，截面刚度可取混凝土弹性模量与梁的毛截面惯性矩的乘积。
梁的挠度计算按规范方法进行2）正截面抗裂验算和裂缝宽度验算3）施工阶段的验算对框架梁进行施工阶段的应力验算时，应考虑荷载的不利情况，即在施加预应力时可能的最小自重荷载，分别对在预应力和施工荷载下控制截面上、下边缘的法向应力进行验算施工阶段锚固区的局部承压与配筋设计按照现行规范方法计算验算过程中发现某些要求不满足，则调整预应力筋和非预应力筋的数量，或者重新选择截面几何尺寸，或在张拉施工时采取工程措施6)抗剪、抗扭计算和配筋设计1)抗剪与抗扭，确定箍筋的面积预应力框架梁斜截面承载力计算时，应考虑剪力的影响应用相应公式计算并配制横向钢筋；1.3 总述基于上述分析，预应力混凝土连续梁设计的一般步骤如下：1．结构选型与结构布置通常根据建筑物的使用功能、生产工艺以及结构体系等多方面的要求，进行合理的结构选型与结构布置2．材料及构件截面的选择预应力混凝土连续梁宜选用较高强度等级的混凝土，通常不低于C35；预应力钢材应优先采用有粘结或无粘结钢绞线，当抗裂要求较高时，可选用低松弛钢材；非预应力受力钢筋宜采用中等强度的普通钢筋，如ＨＲＢ３３５钢筋；箍筋及构造钢筋采用ＨＰＢ２３５钢筋构件截面选择见第1.2节。
4．预应力筋的布置及配筋估算：见第3.3节5．结构在预应力作用下的内力 首先确定各控制截面的各项预应力损失，计算出预应力作用的等效荷载，并应用弹性计算理论计算出等效荷载下产生的弯矩即综合弯矩，进而求得次弯矩和次剪力 6．正截面承载力计算在进行正截面承载力计算时，应考虑次弯矩对截面弯矩的影响，具体可按下列规定计算：负弯矩截面(支座截面)处正弯矩截面(跨中截面)处式中 ——正截面受弯承载力设计值；——截面上的弯矩设计值(不包括预应力作用)中扣除预应力筋承载力后，即可算出，且应大于规定的最小面积，对有粘结筋取0.15％，对无粘结筋取0.3％7．裂缝控制验算按裂缝控制设计建议，分别验算结构控制截面在荷载短期效应组合和长期效应组合下的名义拉应力值(应考虑加腋对抗裂性能的影响)名义拉应力是将部分预应力混凝土梁视为不开裂的素混凝土梁，用材料力学公式计算出在设计弯矩和预加力作用下的截面最大纤维拉应力，即——名义拉应力——分别为预应力筋的有效预应力和预应力筋重心至截面重心轴的距离A、W——分别为不考虑开裂及钢筋影响的混凝土截面面积及抗弯模量（现代PRC结构设计）若所配预应力筋在提高张拉力之后，仍不能满足抗裂设计要求，则需调整预应力筋面积，重新计算。
8．斜截面承载力计算预应力混凝土受弯构件斜截面承载力计算时，亦应考虑次剪力的影响即式中 ——斜截面承载力设计值；——截面上的剪力设计值(不包括预应力作用)应用上式计算并配置横向钢筋9．反拱与挠度验算预应力引起的反拱可按结构力学方法计算，其截面刚度取为，为毛截面惯性矩预应力受弯构件的挠度可按现行设计规范方法进行一般来说，预应力混凝土结构连续结构的挠度是能达到设计要求的10．施工阶段的验算对预应力混凝土结构受弯构件进行施工阶段的应力验算时，应考虑荷载的不利情况，即在施加预应力时可能的最小自重荷载，分别对在预加应力和施工荷载作用下控制截面上、下边缘的法向应力进行验算施工阶段锚固区的局部承压与配筋设计通常按现行规范方法计算10．绘制结构施工图预应力混凝土结构的结构施工图除包括普通混凝土结构的配筋图外，还应包括预应力筋的坐标图(位置图)，局部承压垫板与配筋图，锚具种类以及有关施工说明等内容2 基本概念2.1 预应力混凝土的等级与分类以钢材为配筋的预应力混凝土实际上与普通钢筋混凝土同属于一个加筋混凝土系列，国际上对整个加筋混凝土系列按照受力性能及变形情况分为若干个等级2.1.1 国外对加筋混凝土的分类 1970年国际预应力协会(FIP)、欧洲混凝土委员会(CEB)根据预应力程度大小的不同，建议将加筋混凝土分为四个等级： Ⅰ级全预应力——在全部荷载最不利组合作用下，混凝土不出现拉应力； Ⅱ级有限预应力——在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允许出现拉应力，但不超过其抗拉强度；在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力； Ⅲ级部分预应力——在全部荷载最不利组合作用下，构件的混凝土允许出现裂缝，但裂。