預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

王保貞

【摘 要】現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的總趨勢是通過不斷改進(jìn)設(shè)計、施工方法及采用高強(qiáng)、高性能的輕質(zhì)材料來建造更為經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)、高性能輕質(zhì)材料的發(fā)展，對加筋混凝土結(jié)構(gòu)來說尤為重要。混凝土是一種抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低的結(jié)構(gòu)材料，它不僅抗拉強(qiáng)度很低，而且很不可靠，它的抗拉變形能力也很小，其脆性破壞沒有明顯預(yù)兆。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼筋來承受混凝土的抗應(yīng)力，但仍存在兩個問題：一是在帶裂縫工作狀態(tài)下裂縫的存在不僅造成受拉區(qū)混凝土材料不能充分利用、結(jié)構(gòu)剛度下降和自重比例上升，而且限制了它的使用范圍；二是從保證結(jié)構(gòu)耐久性的要求出發(fā)，必須限制混凝土裂縫開展的寬度，這就使高強(qiáng)度鋼筋無法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其作用，相應(yīng)地也不可能使高強(qiáng)度混凝土的作用發(fā)揮出來。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步發(fā)展，就必須解決混凝土抗拉性能弱這一缺陷。

為克服鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，經(jīng)人們長期實(shí)踐而創(chuàng)造出一種具有廣泛發(fā)展?jié)摿?、性能?yōu)良的結(jié)構(gòu)—預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。本文將圍繞預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要從發(fā)展史、應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用前景等方面進(jìn)行闡述，了解預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重要性和發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力是預(yù)加應(yīng)力的簡稱。預(yù)加應(yīng)力能使混凝土在使用狀態(tài)下成為彈性材料；預(yù)加應(yīng)力能使高強(qiáng)鋼材和混凝土共同工作并發(fā)揮兩者的潛力；預(yù)加應(yīng)力實(shí)現(xiàn)了荷載平衡。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，通常是以預(yù)拉的高強(qiáng)鋼筋的彈性回縮力對混凝土結(jié)構(gòu)施加一個預(yù)設(shè)的應(yīng)力，使混凝土在荷載作用下以最適合的應(yīng)力狀態(tài)工作，從而克服混凝土結(jié)構(gòu)性能的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，達(dá)到結(jié)構(gòu)輕型、大跨、高強(qiáng)、耐久的目的。

為此本文從以下三方面進(jìn)行簡單的闡述：一是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史；二是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域；三是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用前景。

一 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史

19世紀(jì)20年代，波特蘭水泥制成后混凝土問世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土構(gòu)件易于成型，但混凝土的抗拉強(qiáng)度很小，用途受到限制。19世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料，其中鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)初以來，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于土木工程的各個領(lǐng)域。從20世紀(jì)30年代開始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力大大高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣闊。土木工程進(jìn)入了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的歷史時期?；炷恋某霈F(xiàn)給建筑物帶來了新的經(jīng)濟(jì)、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。

從19世紀(jì)中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高且延性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強(qiáng)度的鋼絲、鋼索。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。除應(yīng)用原有的梁、拱結(jié)構(gòu)外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)逐漸推廣，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)形式百花爭艷的局面。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼筋來承受混凝土的抗應(yīng)力，但仍存在兩個問題：一是在帶裂縫工作狀態(tài)下，裂縫的存在不僅造成受拉區(qū)混凝土材料不能充分利用、結(jié)構(gòu)剛度下降和自重比例上升，而且限制了它的使用范圍；二是從保證結(jié)構(gòu)耐久性的要求出發(fā)，必須限制混凝土裂縫開展的寬度，這就使高強(qiáng)度鋼筋無法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其作用，相應(yīng)地也不可能使高強(qiáng)度混凝土的作用發(fā)揮出來。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能得到進(jìn)一步發(fā)展，就必須解決混凝土抗拉性能弱這一缺陷。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是為克服鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，經(jīng)人們長期實(shí)踐而創(chuàng)造出來的一種具有廣泛發(fā)展?jié)摿?、性能?yōu)良的結(jié)構(gòu)。

在預(yù)應(yīng)力原理和技術(shù)運(yùn)用最廣泛的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，通常是以預(yù)拉的高強(qiáng)鋼筋的彈性回縮力對混凝土結(jié)構(gòu)施加一個預(yù)設(shè)的應(yīng)力，使混凝土在荷載作用下以最適合的應(yīng)力狀態(tài)工作，從而克服混凝土結(jié)構(gòu)性能的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，達(dá)到結(jié)構(gòu)輕型、大跨、高強(qiáng)、耐久的目的。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁，以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉、大懸挑結(jié)構(gòu)等。

二 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.預(yù)應(yīng)力無梁平板結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系需要在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯，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；而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及撓度滿足規(guī)范要求，則計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。因此，為了提高整個樓蓋的抗裂性能，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)，將整個樓蓋設(shè)計為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)就是一個良好的選擇。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)主要表現(xiàn)在以下方面。

第一，有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度。對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。若是把上部結(jié)構(gòu)也做成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，或選平板結(jié)構(gòu)或選有梁大板結(jié)構(gòu)均能擴(kuò)大柱距，使柱子和基礎(chǔ)數(shù)量減少，也增加了室內(nèi)的凈面積。車庫可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個車位出來，商場則可以擺放更多的貨品欄。

第二，有利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高。對于6～9米跨度的樓蓋體系，若采用普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，梁板需要占去700～1000毫米的凈空，若采用預(yù)應(yīng)力樓板后，室內(nèi)明梁取消，板厚為180～200毫米（托板部分總高度300～350毫米），這樣在凈空不變的情況下，每層可以減小500毫米以上的層高。

第三，有利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能。業(yè)主根據(jù)自己的愛好或者所經(jīng)營商品的組成變化，需要對辦公樓及商場進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時期，因業(yè)主的變化都會有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對用途的改變極易適應(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)。另外，預(yù)應(yīng)力樓板取消了室內(nèi)明梁，避免了由于管線及通風(fēng)管道的鋪設(shè)使層高大大降低的問題，同時也為管道的安裝提供較大的方便，預(yù)應(yīng)力平板的分隔墻可以任意間隔，更是解決了各層各戶布置均不同帶來的普通梁—板結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用之間的矛盾，這點(diǎn)也為回遷房的分割帶來極大方便。

第四，具有優(yōu)越的抗裂性，減少鋼筋用量，降低結(jié)構(gòu)的造價。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個向上等效荷載，同時在板中產(chǎn)生一個軸向壓力，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)造價。主要原因：一是普通鋼筋用量減少。預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高（是普通鋼筋強(qiáng)度的三至四倍），且一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋，使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高；有梁板往往以極值代替平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計，無梁板直接以平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計；無梁板充分利用了混凝土的抗剪能力，較有梁結(jié)構(gòu)箍筋用量省很多；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不需要為控制裂縫或提高剛度增加普通配筋，裂縫控制要求越高，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢越大（如地下室底板、有填土的頂板等）；規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力板的構(gòu)造配筋率比普通板低；有消防車這種特殊可變荷載活動的區(qū)域（如有些地下室頂板）無梁結(jié)構(gòu)的縱筋箍筋都比有梁結(jié)構(gòu)省。二是對于車庫、商場、倉庫、有吊頂?shù)霓k公樓，可以在柱頭處加托板，使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào)，大大減少預(yù)應(yīng)力筋用量。三是模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25%～35%，而且預(yù)算定額直接費(fèi)較低。四是無梁板混凝土可用較大粒徑碎石，定額價一般較低。

大量的工程實(shí)踐及對比分析表明，結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫和滌蕩著無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價高的傳統(tǒng)觀念（這種觀念在一般的教科書中都有表述，因此根深蒂固）。

第五，施加預(yù)應(yīng)力后，樓板的模板就可以拆除，施工方便，速度快。采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，施工進(jìn)度可以加快，這主要是因?yàn)椋侯A(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)取消了許多梁，模板用量明顯減少，而且模板安裝簡單方便，節(jié)省時間；采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)后，樓面結(jié)構(gòu)的普通鋼筋用量將減少，而且減少的大多是綁扎費(fèi)時費(fèi)力的梁鋼筋，平板鋼筋綁扎快捷方便，預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進(jìn)行，節(jié)省時間；當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%時即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉過程中可以照常進(jìn)行上一層樓面的施工。張拉完成后，即可拆除模板，而預(yù)應(yīng)力張拉不占施工工期，節(jié)省了時間。大量工程實(shí)例表明并不會因?yàn)椴捎昧祟A(yù)應(yīng)力而增加工期，相反，預(yù)應(yīng)力平板的施工速度要快于一般的梁板體系，這與常規(guī)想象有很大的不同。由于以上預(yù)應(yīng)力無梁結(jié)構(gòu)施工省人力、省模板及鋪材、模板周轉(zhuǎn)加快、施工周期縮短（從而人工費(fèi)用減少）的特點(diǎn)，有過體驗(yàn)的土建施工單位更樂于選用這種結(jié)構(gòu)的施工。

2.有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)

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)與平板結(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)錯綜復(fù)雜的次梁，因而內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，節(jié)省了材料、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，則也能很大限度地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450毫米高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650毫米減少200毫米高，比普通混凝土梁800毫米減少350毫米。

由于結(jié)構(gòu)中還帶有明梁，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)次梁，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，改造房子時仍然可以再次自行布置房間。例如，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)都是采用的這種結(jié)構(gòu)形式，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系適同樣合用于商場等公共建筑。

3.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

近年來我國高層建筑發(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，從受力的角度來講這是不合理的，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)上考慮比較預(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，大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子。例如，位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2米的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2～4層高達(dá)4800毫米的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設(shè)置了2000毫米的預(yù)應(yīng)力厚板和3500×3200毫米的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)換層；上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成，塔樓在60米左右不等，塔樓扭轉(zhuǎn)48度，上下層錯位，采用厚970毫米長約140米寬為40米～70米不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng)，構(gòu)造處理得當(dāng)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。并且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對抗震也是有利的。

4.特種結(jié)構(gòu)及其他

隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

第一，預(yù)應(yīng)力混凝土在多層大跨結(jié)構(gòu)中的發(fā)展方向。體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。例如，南京為承辦第三屆城運(yùn)會而興建的四座體育館，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)；江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場和南京師范學(xué)院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費(fèi)用都比較高，所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢。

第二，儲罐與筒倉。一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要是利用預(yù)應(yīng)力主動軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力以提高抗裂性能。尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

第三，其他途徑的應(yīng)用。各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見，主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)、疊合結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中，工程實(shí)例也越來越多。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能已成為當(dāng)今最有發(fā)展前途的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)之一。現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要特征由原來簡單受力結(jié)構(gòu)構(gòu)建轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)應(yīng)力復(fù)雜結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域（除大量的混凝土結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等）。此外，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)還不斷追求自身理論、技術(shù)和材料的革新，以最大限度發(fā)揮其潛在的性能優(yōu)勢。

三 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用前景

1.新材料技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力砼材料技術(shù)的發(fā)展從來都是預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)革命的先驅(qū)，預(yù)應(yīng)力砼筋除了目前使用的高強(qiáng)度鋼材外，未來新型預(yù)應(yīng)力砼筋應(yīng)是強(qiáng)度高、自重輕、彈性模量大的聚碳纖維、玻璃纖維和聚醋纖維類非金屬預(yù)應(yīng)力砼筋。

2.預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)在我國房屋建筑中將扮演重要角色

第一，預(yù)應(yīng)力混凝土在多層大跨結(jié)構(gòu)中的發(fā)展方向。建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，旺盛的建筑需求，日新月異的生產(chǎn)工藝變革，以及人們對物質(zhì)文化生活需求的迅速提高，使建筑結(jié)構(gòu)正面臨新的挑戰(zhàn)。近代建筑結(jié)構(gòu)正在向大柱網(wǎng)、大開間、大跨度、多功能方向發(fā)展，人們總想在有限的建筑面積和空間內(nèi)獲得最好的使用功能和最佳的投資回報。預(yù)應(yīng)力混凝土正以其跨度大、自重輕、節(jié)約材料、節(jié)省層高、改善功能等突出優(yōu)點(diǎn)，迎合了近代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨向。經(jīng)驗(yàn)證明，8～18米柱網(wǎng)（或跨度）的房屋正處于預(yù)應(yīng)力混凝土建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)跨度范圍內(nèi)，對于大多數(shù)多層工業(yè)廠房，各類公共建筑如文化娛樂建筑、體育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)建筑、辦公建筑、航站建筑等，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常常是最佳的選擇，它不僅有良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而且能明顯加快施工速度。因此，建設(shè)部、科技部均將其列為“九五”及2010年發(fā)展綱要中的新技術(shù)推廣項目。

第二，高層建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展方向。近年來，預(yù)應(yīng)力混凝土在高層建筑中的應(yīng)用有很大發(fā)展，尤其是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板和預(yù)應(yīng)力砼扁梁用于高層建筑的樓蓋，具有降低層高，簡化模板，加快施工等明顯效果，受到建設(shè)單位、設(shè)計和施工單位的普遍歡迎。預(yù)應(yīng)力混凝土除用于樓蓋外，有時還用來解決大跨度、大空間部位柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換桁架，以及復(fù)雜柱網(wǎng)情況下的轉(zhuǎn)換板。此外8～l8米跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，外墻用的裝飾保溫復(fù)合預(yù)應(yīng)力混凝土墻板在高層建筑中的應(yīng)用前景也很廣闊。目前，高層建筑的外墻材料大都是紅磚、小型砌塊、實(shí)心混凝土或玻璃幕墻等，墻體材料的改革勢在必行。

第三，高層建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展方向。先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有工廠化規(guī)模生產(chǎn)的各種優(yōu)點(diǎn)，如質(zhì)量控制水平高，構(gòu)件耐久性好，模板周轉(zhuǎn)率高，損耗小；與現(xiàn)場澆注的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土相比，省去了留管灌漿工序或無粘結(jié)束的注油擠塑工序，省去了管道費(fèi)用、涂包費(fèi)用和錨具費(fèi)用。在道路及運(yùn)輸?shù)跹b條件較好，運(yùn)距不太大（200公里以內(nèi)）的情況下，預(yù)制構(gòu)件常常有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。先進(jìn)工業(yè)化國家中，預(yù)制先張預(yù)應(yīng)力混凝土的比例很高，美國占70%～80%，法國、德國約占60%?，F(xiàn)代的預(yù)制工業(yè)是一項極具發(fā)展?jié)摿Φ墓I(yè)?，F(xiàn)代化預(yù)制廠的主要生產(chǎn)過程均由計算機(jī)控制，高素質(zhì)的技術(shù)工人和高效率施工機(jī)械與管理模式保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量，現(xiàn)代預(yù)制工業(yè)已擺脫了構(gòu)件品種、規(guī)格單一，建筑與結(jié)構(gòu)功能脫節(jié)的舊模式。很多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的預(yù)制構(gòu)件已能將建筑裝飾的復(fù)雜多樣性以及保溫、隔熱、水電管線等多方面的功能與預(yù)制混凝土構(gòu)件結(jié)合起來，滿足用戶各種要求，又不失工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的高效率。我國目前在這方面的差距很大，國內(nèi)房屋建筑中最大量的預(yù)制構(gòu)件仍是6米跨以下的空心樓板和工業(yè)建筑中的屋架、吊車梁、屋面板等。隨著大柱網(wǎng)、大開間多層建筑和高層建筑迅猛發(fā)展，長跨預(yù)應(yīng)力砼空心板、T形板、大型預(yù)應(yīng)力砼墻板等必將逐步興起，預(yù)制梁板現(xiàn)澆柱，或預(yù)制梁、板、柱與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的各種裝配整體式建筑結(jié)構(gòu)體系預(yù)期會迅速發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)體系可以把預(yù)制與現(xiàn)澆二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，避免純裝配式建筑對產(chǎn)品尺寸的高精度要求，以及結(jié)構(gòu)整體性差和節(jié)點(diǎn)耗鋼量大等缺點(diǎn)，還避免了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)現(xiàn)場濕作業(yè)工程量大，受制于現(xiàn)場施工及氣候條件，耗用大量模板、支撐等缺點(diǎn)。在材料消耗上，預(yù)制也有顯著優(yōu)點(diǎn)，以8～12米跨度的預(yù)應(yīng)力長跨空心板為例，與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆平板相比，一般可節(jié)約混凝土30%～40%，節(jié)約鋼材50%～60%，免去涂包和錨具費(fèi)用，減輕樓面結(jié)構(gòu)自重10%～15%，節(jié)省模板、支撐等，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3.其他結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)既是一種結(jié)構(gòu)手段，又是與施工方法結(jié)合形成的一整套以節(jié)段式施工為主體的預(yù)應(yīng)力施工工法或?qū)＠?，主要有預(yù)應(yīng)力懸臂分段施工技術(shù)、分段頂推施工技術(shù)、移動模架逐孔施工技術(shù)、塊體節(jié)段拼裝技術(shù)、大節(jié)段預(yù)制吊裝技術(shù)等。這些施工技術(shù)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)是緊密相關(guān)的。此外，現(xiàn)有橋梁的改造及加固技術(shù)亦是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究開發(fā)方向。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的其他應(yīng)用也體現(xiàn)了一種施工方法或?qū)＠夹g(shù)，如預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)、重物提升技術(shù)、滑模頂推技術(shù)等，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的合理應(yīng)用可創(chuàng)造一種新型施工方法或?qū)＠夹g(shù)，這亦是它的發(fā)展趨勢。

4.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性將更為協(xié)調(diào)一致

當(dāng)前，我國的預(yù)應(yīng)力混凝土房屋建筑設(shè)計水平相對還比較低，丞待完善與提高，主要表現(xiàn)在以下方面：結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土特點(diǎn)對結(jié)構(gòu)的整體布局、概念設(shè)計、方案對比、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的分析研究薄弱，設(shè)計理論上過分強(qiáng)調(diào)了裂縫對耐久性的危害，對某些預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的抗裂要求過嚴(yán)，造成用鋼量的顯著增加，而對影響耐久性的其他更重要因素如保護(hù)層厚度、以及灌漿質(zhì)量控制，無粘結(jié)的全長密封，尤其是錨具封端的嚴(yán)格要求則重視不夠。結(jié)構(gòu)分析方面，則常常把普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則不適當(dāng)?shù)靥子玫筋A(yù)應(yīng)力混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)上。例如，剪力墻框架結(jié)構(gòu)中，由預(yù)應(yīng)力平板與柱構(gòu)成的等代框架，以及由預(yù)應(yīng)力扁梁、柱構(gòu)成的框架，由于預(yù)應(yīng)力配筋的方向性以及耗能特點(diǎn)，通常不宜考慮承受過大的地震內(nèi)力，對這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)有所區(qū)別，但目前有關(guān)的規(guī)范還都未涉及，有待補(bǔ)充與完善。隨著我國預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計隊伍的壯大和設(shè)計水平的提高，相信在不久的將來，我們將會在一些重大設(shè)計理論問題上取得共識，實(shí)現(xiàn)可靠性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)一致。

5.預(yù)應(yīng)力工藝將進(jìn)—步完善，專用產(chǎn)品質(zhì)量提高

盡管我國已能大批量生產(chǎn)高強(qiáng)鋼材、錨具和各類預(yù)應(yīng)力混凝土用專用機(jī)具，但就其質(zhì)量的穩(wěn)定性、耐用性及配套性。以及預(yù)應(yīng)力工藝水平而言，與國際先進(jìn)水平尚有不少差距。預(yù)應(yīng)力混凝土由于其鋼材長期處于高應(yīng)力狀態(tài)以及材料對機(jī)械操作或腐蝕的高度敏感，更值得引起我們對產(chǎn)品質(zhì)量和施工工藝問題的關(guān)注。國際上，英國公路局于1992年9月曾下令暫停在新的橋梁工程中使用后張灌漿預(yù)應(yīng)力混凝土橋，曾引起國際工程界的巨大震動，直到1996年新標(biāo)準(zhǔn)出臺后才予以恢復(fù)。目前，國際上對后張灌無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的耐久性，以及與保證質(zhì)量相關(guān)的工藝技術(shù)均給予高度重視。我國應(yīng)加強(qiáng)與國際學(xué)術(shù)界、工程界的交往，廣泛吸取他人的有益經(jīng)驗(yàn)。比如，英國新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留管道采用不導(dǎo)電、抗腐蝕且耐久的高密度聚乙烯或聚丙烯塑料波紋管替代金屬波紋管，以便提供預(yù)應(yīng)力束的多道空氣和水的絕緣屏障，并對灌漿提出更高要求。國外對無粘結(jié)筋的防腐蝕要求、全封閉要求和構(gòu)造細(xì)節(jié)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也都很嚴(yán)格，這方面我國還有許多工作要做，技術(shù)質(zhì)量有待提高。此外錨具的生產(chǎn)許可證制度也勢在必行。

6.專業(yè)預(yù)應(yīng)力砼工程公司將集團(tuán)化、國際化，施工技術(shù)和管理水平大大提高

預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)化施工已勢在必行。我國目前尚處在初級階段，現(xiàn)有的專業(yè)隊伍絕大多數(shù)技術(shù)水平仍然不高，僅僅懂得一般的張拉操作。今后我國應(yīng)發(fā)展大型專業(yè)預(yù)應(yīng)力砼工程公司，專業(yè)大型的預(yù)應(yīng)力砼工程公司不僅擁有自己的預(yù)應(yīng)力砼專用產(chǎn)品和配套的質(zhì)量保證體系，有整套的預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)施工技術(shù)和現(xiàn)場服務(wù)體系，還應(yīng)具有研究、產(chǎn)品開發(fā)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的高水平咨詢能力。發(fā)展大型集團(tuán)公司對于促進(jìn)我國預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的完善和發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，提高工程質(zhì)量和降低成本，以及適應(yīng)市場的國際化趨勢，增加競爭能力都是十分必要的。預(yù)計經(jīng)過十余年的努力，我國將會樹立起自己的國際名牌預(yù)應(yīng)力體系，建立起能參與國際投標(biāo)競爭的高水平預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)公司。

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