預(yù)應(yīng)力技術(shù)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：隨著人們消費(fèi)觀念的改變，對(duì)住房和工作環(huán)境及消費(fèi)水平的要求也越來越高，住宅要求有較好的內(nèi)景，辦公室要求有開闊舒暢的空間，建筑要追求較大的凈高……預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，輕松的實(shí)觀了這些要求。預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)較普通鋼筋筋結(jié)構(gòu)不僅用料省，且使用性能好，但其施瓜工藝復(fù)雜，技術(shù)要求甚高，在一定程度上阻礙7預(yù)應(yīng)力的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用。通過對(duì)各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式的分類說明，和對(duì)預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的重點(diǎn)闡述，分析和比較預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的競爭力所在及其適用范圍，達(dá)到預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中推廣的目的。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；技術(shù)；建筑工程；結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)從20世紀(jì)20年代進(jìn)入土木工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用至今，已經(jīng)走過了80多年的歷程。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的初期，普通的粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土是主要的結(jié)構(gòu)形式，全預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)觀念也是工程師們所普遍采用的。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)與材料的發(fā)展，尤其在20世紀(jì)70年代后，隨著無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成熟以及部分預(yù)應(yīng)力概念為工程師們所接受之后，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用得到了一次飛躍式的發(fā)展。至20世紀(jì)末，預(yù)應(yīng)力技術(shù)又在鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)，尤其是空間鋼結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用，不僅拓寬了預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域，還涌現(xiàn)出了日新月異的新結(jié)構(gòu)體系。

一、我國預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)取得主要成就

1、預(yù)應(yīng)力砼張拉錨固技術(shù)的發(fā)展

六、七十年代，我國研究開發(fā)了多種中低強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力砼筋張拉錨固技術(shù)，主要有螺絲端桿錨固技術(shù)、高強(qiáng)鋼絲敏頭錨體系、JM錨體系、弗氏錨體系等。七十年代中期，編制出版了常用預(yù)應(yīng)力砼錨夾具定型圖冊(cè)。

八十年代中后期，我國技術(shù)人員跟蹤國際先進(jìn)水平，成功地開發(fā)了預(yù)應(yīng)力砼鋼絞線群錨張拉錨固體系，較好地解決了預(yù)應(yīng)力砼施工中的關(guān)鍵技術(shù)，特別是大噸位(200—10000kN級(jí))預(yù)應(yīng)力砼錨具及配套張拉設(shè)備，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，1988年該成果被《科技日?qǐng)?bào)》評(píng)選為1987年度全國十大科技成就之一。

2、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼成套技術(shù)

八十年代中期，我國開發(fā)研制成功的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼筋涂包設(shè)備、單根鋼絞線張拉錨固設(shè)備、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程等配套技術(shù)，促進(jìn)了我國建筑工程中現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。近二十年來，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)累計(jì)推廣使用面積達(dá)到一千萬平方米以上，出現(xiàn)了一大批有代表性的、達(dá)到國際先進(jìn)水平的工程項(xiàng)目。

3、斜拉索產(chǎn)品成套技術(shù)

八十年代中期，我國開始興建大跨度預(yù)應(yīng)力砼斜拉橋，為解決工程需要，上海浦江纜索廠與多家科研設(shè)計(jì)單位配合，建成了我國最大的斜拉橋纜索成品生產(chǎn)線，使我國的斜拉橋技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

4、設(shè)計(jì)理論及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)展

早期的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論是按全預(yù)應(yīng)力方法設(shè)計(jì)，八十年代初期以后，發(fā)展了部分預(yù)應(yīng)力砼設(shè)計(jì)理論，目前預(yù)應(yīng)力砼工程相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范已基本配套。主要有材料方面的預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲、鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼筋標(biāo)準(zhǔn)；專用油脂標(biāo)準(zhǔn)；預(yù)應(yīng)力砼筋用錨具、夾具、連接器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用技術(shù)規(guī)程；各種預(yù)應(yīng)力砼設(shè)備及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工規(guī)范。

二、預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)，降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對(duì)空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，以上問題則迎刃而解，工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)隔墻較多，附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級(jí)及撓度滿足規(guī)范要求，計(jì)算所需板厚較厚，同時(shí)普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。因此，為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內(nèi)明梁全部取消，僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個(gè)室內(nèi)頂板為一整塊的平面。

這種結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的許多共性，其優(yōu)點(diǎn)主要有：

1、有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度

對(duì)于有地下室的大型建筑或高層建筑，常常把地下室作為車庫或商場。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板；局部配電房，發(fā)電機(jī)房等需層高較高者，可局部下挖，使之達(dá)到設(shè)備高度要求；這樣，在地下室中，則降低了層高，減少了水壓力，減少了底板支模工序及基坑開挖深度，減少了外墻砼用量，從而降低造價(jià)。

2、利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高

3、利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自己的愛好，經(jīng)營商品的組成變化，需要對(duì)商場及辦公樓進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時(shí)期因業(yè)主的變化，都會(huì)有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對(duì)用途的改變極容易適應(yīng)，在任意位置均可以設(shè)置隔墻，方案可以是多種多樣，可給用戶最大的自由度，使房屋使用功能及檔次得到很大的提高，是房屋銷售的一大賣點(diǎn)。

4、具有優(yōu)越的抗裂性，減少鋼筋用量，降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)種預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個(gè)向上等效荷載，同時(shí)在板中產(chǎn)生一個(gè)軸向壓力，使平板剛度提高，撓度大大減少，抗裂性能也大為提高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)。

三、有梁大板框架(或剪力墻)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子于柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)干平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點(diǎn)。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如9米跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。

由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。

有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設(shè)次粱，既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀，也利于住戶自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能，即使更換了新住戶，改造房子時(shí)仍然可以再次自行布置房間。長沙市高12～16層的亞華住宅小區(qū)和16層的湘名園住宅小區(qū)都是采用這種結(jié)構(gòu)形式的，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評(píng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系仍然適合用于商場等公共建筑。

四、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

最近我國高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢(shì)，在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。