预应力板柱结构是由后张法组成的整体预应力混凝土房屋,其特点是柱距较大,楼层无梁、无柱帽。这种结构体系由南斯拉夫工程师B.泽泽利于1956年研发成功,因其卓越的抗震性能而在国际上得到了广泛的认可。
结构介绍
预应力板柱结构是通过后张法将预制好的板、柱组合成的整体预应力混凝土房屋。这种结构的柱距较大,楼层无梁、无柱帽;在节点处,依靠穿过柱的预应力钢筋及板和柱间的摩擦力来承受荷载。在地震区或高层建筑中可加设剪力墙,是一种抗震性能较好的框架结构体系。这种体系由南斯拉夫B.泽泽利在1956年于南斯拉夫塞尔维亚材料试验研究所(IMS)研究成功,因而国际上也称为IMS-▊e▋elj体系。1957年在贝尔格莱德建成第一座整体预应力板柱结构房屋。这种体系经受了1969年在巴尼亚卢卡发生的两次 8度地震的考验,在国际上得到确认。1970年获国际预应力混凝土协会 (FIP)的第一批五枚奖章中的一枚。南斯拉夫已大量应用这种体系建成多层、高层住宅及其他建筑,匈牙利用这种结构建造了26层的高楼,苏联、奥地利、意大利、古巴等国也都分别引用。中国于唐山地震后从1977年起开始研究这种体系。1979年,在北京建成第一幢试验楼,以后在各地陆续兴建了这种体系的一些住宅和其他建筑。
主要构件
预应力板柱结构的主要构件包括楼板、边梁和柱。楼板为双向密肋板,用抗压强度40兆帕以上的混凝土制成。板和板间及周边板和边梁间形成明槽,房屋的预应力筋即安设在明槽内,肋边上部外伸到槽内的钢筋可增加板的连续性。楼板四角带直角缺口,楼板和柱之间留有2~3厘米的空隙,楼板安放在临时支撑上后,用高强砂浆将空隙灌满,砂浆强度达到28兆帕以上时,便可对穿过各柱纵横向的预应力钢筋进行张拉,使板和柱挤紧,产生可靠的连接。张拉后向柱内孔洞压灌水泥浆,在明槽内灌细石混凝土,从而形成整体性很高的楼层。周边板外设边梁或阳台等构件以承受预应力和支承外墙。阳台板、雨篷等悬臂构件和柱群张拉在一起。在楼梯间或有其他垂直通道通过的地方,则选用开孔楼板。大柱距的楼板通常由数块小楼板拼装而成,拼板的大小根据运输和起重设备的能力而定。常用的拼装方法有:偶配法(先预制好一块板作为侧模,再预制相邻的板,并在垂直于拼缝的小肋的预留孔内,插入钢筋进行拼装)及明槽拼接法(在拼缝内增设传力垫块和伸出的U形钢筋相连接)。用抗压强度为40兆帕以上的混凝土制成2~4层楼高的非预应力长柱。柱上无牛腿,在设置楼板处,沿两个相互垂直的轴线方向设有穿预应力筋的孔洞。柱和柱的连接可用水泥浆来锚接钢筋或用伸出钢筋焊接等方法。剪力墙为板和柱以外的重要承载构件,主要承受风荷载和地震产生的水平荷载。剪力墙的设置应尽可能对称,从基础贯穿到屋顶。一般设在楼梯间、山墙和单元分隔处。剪力墙可以现浇或预制,但都应和板、柱联成整体。现浇墙可通过柱的伸出钢筋和柱相联接,预制墙可采用附加的水平预应力筋和柱相联。在高层建筑中或强震地区的建筑中也可用垂直预应力加强。构件大都是预制的,在现场主要是组装和预应力张拉。为提高抗弯安全度和节省钢材,多采用折线预应力配筋。结构计算楼板按四角支承的双向肋形楼板计算。对结构形成阶段与使用阶段,应采用等效框架法分别计算预应力、垂直荷载及地震荷载对结构的影响。和普通钢筋混凝土框架剪力墙结构的计算相比,只是增加了预应力作用的计算,其余部分基本相同。
结构特点
预应力板柱结构的最大特点是采用了平接式摩擦节点。水平预应力作用所产生的垂直摩擦力远大于传递来的最大垂直荷载,使得垂直抗剪安全系数超过3倍。预应力不仅起到组装的作用,还能够提供承载力,使得节点具有自我调节的柔性及较高的弹性恢复能力。这些特性在经历天然地震和动力试验时均得到了验证。此外,这种结构体系还具有自重轻、安全度大、抗震性好、整体性高等优点,且由于无梁无柱帽、天棚明净,可以在楼层上自由隔断,因此在办公楼、学校、工厂、仓库等大跨度建筑中有广阔的发展前景。