大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

陳玉璐

摘要：大型建筑的建筑形式多會(huì)包含大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，這使得大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用十分廣泛。在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要緊抓設(shè)計(jì)要點(diǎn)、結(jié)合工程實(shí)際，從而使設(shè)計(jì)的混凝土結(jié)構(gòu)更加符合工程要求。文章對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干要點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：大跨度；預(yù)應(yīng)力；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；大型建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU375 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.012

我國(guó)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，使得相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)形式也有所革新，各種新型的、更加符合工程要求的設(shè)計(jì)及建造技術(shù)廣泛地應(yīng)用到了建筑項(xiàng)目當(dāng)中來(lái)，特別是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的使用，使得原來(lái)許多不可實(shí)現(xiàn)的建筑設(shè)計(jì)方案得以施行，尤其是建造體育館、戲劇院、展覽館等大型公共建筑中使用的更為廣泛，該結(jié)構(gòu)的使用促使建筑設(shè)計(jì)工作開(kāi)辟了更為廣闊的發(fā)展空間。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展到今天，其結(jié)構(gòu)形式主要有膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等，而混凝土結(jié)構(gòu)也多會(huì)選取鋼與混凝土混合的混合結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)以其眾多的優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的建筑設(shè)計(jì)工作人員所認(rèn)可并重視。

1 預(yù)應(yīng)力筋的合理布置

當(dāng)下我國(guó)建筑施工中較為常用的預(yù)應(yīng)力鋼筋種類(lèi)如下：（1）熱處理鋼筋，這種鋼筋通常具有較高的強(qiáng)度，且松弛較小，同時(shí)在進(jìn)行材料運(yùn)輸時(shí)都是以盤(pán)式儲(chǔ)存并供應(yīng)，免掉了整直及對(duì)焊等工藝，用起來(lái)十分方便；（2）去除應(yīng)力鋼絲，這種鋼筋應(yīng)用于具體的施工時(shí)，使用也很方便，且有多種形式可以選擇，如光面鋼絲、刻痕鋼絲等；（3）鋼絞線(xiàn)，此種鋼筋通常會(huì)由具有較高強(qiáng)度的鋼絲絞制而成，通常為三股或七股直徑不同的鋼絲，這種鋼筋形式在使用時(shí)十分方便，且能夠較好地黏附于混凝土中。

鋼筋布置方案是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其布置方式有多種，最常用的是在跨中板帶中占1/3左右，另外2/3鋼筋布置在柱上板帶中。這種布筋方案對(duì)普通鋼筋的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不僅能確保板受力合理，同時(shí)也最省原材料。但在設(shè)計(jì)板跨相差超過(guò)20%及以上的多跨連續(xù)板時(shí)，設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)跨方向集中布筋，跨中板帶布1/3左右或均勻布置，短跨方向柱上板帶布2/3的布置方案更節(jié)省原材料，同時(shí)也能夠達(dá)到較好的載荷承載能力。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)根據(jù)邊跨板的受力特點(diǎn)，更多考慮采用二段拋物線(xiàn)或三段拋物線(xiàn)形式布置。

在具體的施工中應(yīng)注意以下環(huán)節(jié)的操作：（1）預(yù)應(yīng)力筋的鋪放順序及位置，必須正確處理好鋼筋鋪放順序與管道敷設(shè)、鋼筋鋪放順序與鋼筋綁扎順序之間的關(guān)系。鋪放時(shí)，應(yīng)盡量減少交叉穿束，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙中要求的細(xì)部構(gòu)造執(zhí)行，布置并固定好承壓板及梁端鋼筋網(wǎng)片等；（2）必須保證鋼筋的保護(hù)層厚度；（3）應(yīng)在上、下層鋼筋間設(shè)置專(zhuān)門(mén)保證矢高的措施，注意防止鋼絞線(xiàn)的互相纏繞，以保證預(yù)應(yīng)力筋的矢高；（4）鋼絞線(xiàn)每隔一定距離（約500mm）應(yīng)進(jìn)行固定，以防止?jié)矒v混凝土?xí)r變位；（5）當(dāng)鋼絞線(xiàn)與預(yù)埋管路系統(tǒng)發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)以鋼絞線(xiàn)優(yōu)先。

2 抗震性能設(shè)計(jì)

不論是何種建筑，其本身都要具有一定的抗震性，而在全球的混凝土結(jié)構(gòu)工程研究界中，都十分重視預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題，而大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)多是用于一些大型的公共建筑之中，在其建成使用后多為人員密集型環(huán)境，如果相應(yīng)的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)沒(méi)有達(dá)到一定的抗震等級(jí)，那么一旦發(fā)生地震等自然災(zāi)害就會(huì)造成大量的人身及財(cái)產(chǎn)損失，因此在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注重抗震性能設(shè)計(jì)。目前國(guó)際混凝土結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域都十分關(guān)注預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題。經(jīng)過(guò)大量的研究后得出，這種大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是可以在地震區(qū)使用的，但其與一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣都要進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)及施工。

在具體的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可使用豎向預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到一定的抗震目的，該結(jié)構(gòu)能有效地抵御水平載荷，并于震后恢復(fù)如初。與此同時(shí)，處于震區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)要求具備較好的延性，一般在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中要通過(guò)小配筋率對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行限制，從而避免出現(xiàn)裂紋。在具體的預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)中，要注意按照以下步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）在詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)件的基礎(chǔ)上，對(duì)處于豎向作用力及橫向作用力的結(jié)構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，還要計(jì)算支座及跨中截面的次應(yīng)力等；（2）依據(jù)上步的計(jì)算結(jié)構(gòu)布置非預(yù)應(yīng)力鋼筋，并參照內(nèi)力反算出預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置；（3）根據(jù)相關(guān)的核算結(jié)果，補(bǔ)上非預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)；（4）完成相關(guān)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行方案核查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整并改進(jìn)。

3 連續(xù)構(gòu)件設(shè)計(jì)

對(duì)大量的工程建筑實(shí)踐案例進(jìn)行詳細(xì)的分析后，得出在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用單跨預(yù)應(yīng)力梁截面延伸的方式，可以有效地實(shí)現(xiàn)連續(xù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而完成連續(xù)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式具有很多的優(yōu)點(diǎn)，特別是在多跨結(jié)構(gòu)超載、內(nèi)力重力分布能力較強(qiáng)時(shí)，能夠有效提高彎承載能力。此外，一束預(yù)應(yīng)力筋能夠用于正彎及負(fù)彎兩種彎矩筋，這種形式相應(yīng)地降低了支座處附加彎矩對(duì)柱的有害影響，且其受力情況更趨于合理性。當(dāng)有預(yù)應(yīng)力施于大梁時(shí)，就會(huì)使大梁較易發(fā)生附加彎矩并彎形，這時(shí)可對(duì)大梁使用多跨連續(xù)布置，多排柱共同工作可相應(yīng)地削弱這預(yù)應(yīng)力。

4 防火設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，很多情況下都會(huì)忽略到鋼筋混凝土的防火性能，因?yàn)殇摻罨炷帘旧聿⒉豢扇迹纯珊雎云浞阑鹪O(shè)計(jì)，但事實(shí)上并不是這樣，鋼筋混凝土雖然自身不易燃，但它的防火隔熱性能非常差，當(dāng)溫度過(guò)高并達(dá)到鋼筋強(qiáng)度臨界點(diǎn)時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋就會(huì)出現(xiàn)屈服點(diǎn)下滑的現(xiàn)象，使得其相變及蠕變加快，進(jìn)而造成預(yù)應(yīng)力板強(qiáng)度和剛度都急劇下降，并出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，使其喪失了原有的結(jié)構(gòu)功能，同時(shí)，處于高溫環(huán)境下的混凝土也會(huì)發(fā)生撓度變化的情況，同樣造成了結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，如果達(dá)到一定的溫度和時(shí)間，那么這種大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至發(fā)生坍塌等危險(xiǎn)事故。因此在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要符合國(guó)家的設(shè)計(jì)防火相關(guān)規(guī)范及規(guī)定內(nèi)容，如《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的存在及發(fā)展，為建筑設(shè)計(jì)及建筑施工給予了巨大的技術(shù)支持，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的使用可以將高強(qiáng)度混凝土及鋼筋的性能發(fā)揮到極佳的狀態(tài)，通常其截面較小，自重以及彎矩等也就隨之降低，從而其跨越能力會(huì)更強(qiáng)，非常適合在電影院等大型建筑結(jié)構(gòu)中使用，既節(jié)省了材料，又保證了相應(yīng)的施工質(zhì)量，故被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代大型建筑中。雖然該結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也要借助于具有高施工技術(shù)水平的施工隊(duì)伍才能達(dá)到最終的建筑要求，因此，施工單位要積極并嚴(yán)格地依照各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及操作規(guī)范進(jìn)行施工，在工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)原有的施工技術(shù)，加大對(duì)工程施工的管理，避免質(zhì)量及安全事故的發(fā)生，達(dá)到提高施工質(zhì)量的最終目的。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：周 瓊）