关于预应力梁与型钢混凝土梁适用情况的分析

关于预应力梁与型钢混凝土梁适用情况的分析

董宏运 张少刚 李运波 张涛 康亚林

中建八局第一建设有限公司，  河南洛阳 ， 471000

[摘要] 预应力梁和型钢混凝土梁是常用的大跨度混凝土框架结构梁的施工方式。本文从施工生产和经济性两个方面比较分析了两种结构形式的差异性。通过分析发现，型钢混凝土梁在施工生产过程中占用工期时间长、需要付出更多的施工措施且相对同截面预应力梁而言，造价更高；在建筑使用功能方面，型钢混凝土梁可作为转换梁适应建筑功能变化，有效保证地下车库大开间及地上功能房间结构安全。对类似工程施工，在施工生产方面可起到借鉴作用。

[关键词] 预应力；型钢；大跨度；施工生产；转换梁

0 引言

随着社会经济的发展以及建筑使用功能的需要，一些建筑的框架梁需要具备大跨度、大截面、大承载力的条件，由此产生许多适用于此种情形的施工方法。比如有着良好承载力和受力性能及良好抗震性能的预应力梁施工技术；结合钢材抗拉能力和混凝土抗压能力于一体的型钢混凝土梁施工技术。

本文对上述两种施工技术在生产加工方面、现场施工情况进行分析。

1 项目工程概况

洛阳大河荟项目依据使用功能划分为三个区域：1#区域为休闲商业、2#区域为酒店办公、3#区域为文艺演艺，三大核心组团分别代表不同的主题及功能，通过空中连廊连通，联动发展。地下部分二层，功能为地下商业、充电站、人防和地下停车场等。

洛阳大河荟项目在1#楼的室内上人扶梯洞口及中庭洞口附近、2#楼多功能宴会厅顶部等大跨度部位均应用有预应力梁，跨度最大可以达到26m，预应力梁平法施工图见图1。

洛阳大河荟项目2#楼-0.05m标高处应用型钢混凝土梁，跨度最大为13m，型钢混凝土梁部分平法施工图见图2，因该层上下结构形式不同，因此这一层是按转换层进行设计的，上部部分柱子是直接落在梁上，因此此处梁需要进行加强。

图1 预应力梁平法施工图

图2 型钢混凝土梁平法施工图

2 受力分析

2.1 预应力梁受力分析

常规钢筋混凝土梁在承受拉应力时，钢筋与混凝土同步受拉变形，但混凝土变形能力较弱，会率先破坏丧失承力能力，随后拉应力集中在钢筋上面，最后才是钢筋受拉屈服，丧失承力能力。

预应力梁的工作原理便是提前对钢筋进行张拉，使钢筋混凝土梁中的钢筋产生一个预先的拉应力，混凝土产生压应力，在此基础梁受力后，这样可以解决梁在破坏时钢筋承力能力未得到充分利用的问题，此外，预应力梁采用的钢绞线通常强度较高，预应力梁的承载能力也会随之提高。同时因混凝土有一个初始压应力，可以有效减小混凝土裂缝的产生。综上，因预应力梁有高强钢绞线、减小裂缝、充分利用钢筋的抗拉能力等优点，在结构跨度较大时，可以有效缩小梁截面，减小自重。

但同时，预应力在抗震时也有延性较差，对抗震不利的情况。

2.2 型钢混凝土梁受力分析

型钢混凝土梁相比较传统的钢筋混凝土梁，内部含有更多的钢材，强度相对于普通钢筋混凝土和预应力混凝土，强度均有大幅度提高。同时因钢材的增加及型钢对翼缘间核心区混凝土进行有效约束，型钢混凝土的延性能大大得到增强，非常适合抗震要求高，承受荷载大的情况。

3 施工分析

3.1 预应力梁施工分析

预应力梁的施工工艺见下图3

图3 预应力梁施工工艺

根据上述施工流程可以看到，预应力梁在施工时的重难点主要是前期的预埋和后期的张拉，在前期设计参数已经明确的前提下，预应力的预埋只需要跟主体钢筋绑扎做好穿插就可以了，不会占用额外的施工时间，对工期的影响较小，后期的预应力张拉在施工队伍资质合格、仪器合格的情况下、管理人员旁站的前提下，施工风险较小。

2.2 型钢混凝土梁施工分析

型钢混凝土梁的施工工艺见下图4

图4 型钢混凝土梁施工工艺

型钢混凝土的施工流程及施工工艺较为复杂，首先施工前需要找有资质的钢结构公司进行深化设计，此项工序需要时间较长，一般需要7天及以上。其次根据工序安排，首先进行钢梁进场及吊装，单根梁吊装一般需要2h，同时需提前做好塔吊或其他吊装机械吊装能力分析，吊装工作危险性较大。

吊装焊接完成，随后由主体钢筋班组进行钢筋绑扎，因有钢梁的存在，钢筋绑扎较为困难，特别是梁柱节点交叉区域，纵筋接长及箍筋安装难度较大，施工质量不易控制。

同时根据钢梁吊装需要，汽车吊落地及通行区域暂时无法施工，对整体工期会产生影响。

3 经济分析

洛阳大河荟项目2#楼，地下二层，地上五层，钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度按7度进行地震作用计算，按8度要求采取抗震措施。根据使用功能要求，上部有转换梁、转换柱及大跨度预应力梁。针对2#楼宴会厅位置，由于梁高受限，拟采用型钢混凝土梁柱或预应力梁+型钢混凝土柱方案。经建模计算，共有9道大跨度梁。现对两种结构方案进行造价统计对比如下：

根据初算，两种方案梁柱截面取一样，两种方案的工程量统计及造价对比见表1

表1 两种方案工程量及造价对比表（万元）

从上表1可以看出，方案1的造价要远高于方案2的造价，造价差60万。按照跨度26米，梁间距3米，估算单位面积增加的造价为：(78.8-18.75)*10000/(9*26*3)=855元。因此，在保证相同梁高的情况下，方案2具有显著的经济优势。究其原因，除了型钢混凝土梁自身造价高外，主要是部分型钢混凝土柱需要满足型钢混凝土梁的体系支撑要求必须设置，大幅增加了造价。另一方面，如果再考虑钢结构吊装的施工措施费用、占用主体施工工期推迟竣工日期产生的工程建设费用等，则方案2的经济性还会更高。

4 结论

首先，无论是型钢混凝土梁还是预应力梁，都可以有效地减小构件截面尺寸，减轻建筑的自重，提高建筑抗震性能，更好地满足建筑功能要求。但在具体适用情况上，两者并不相同。

首先对于上部荷载较小，仅跨度较大的情况，非常适合使用预应力梁，此种情况采用预应力梁可以有限缩小混凝土截面、减小自重，同时造价相对交底，但需要考虑抗震设防情况。

对于上部有集中荷载或较大均布荷载，同时跨度比较大的情况下，需要考虑型钢混凝土梁。但因为型钢混凝土施工难度大、工期长、造价高等原因，对于跨度较小、对楼层净高无要求的情况下，并不建议使用型钢混凝土结构。

参考文献

[1] 杨效先.大跨度预应力混凝土结构施工技术应用研究[D]，西安建筑科技大学，2009.