預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新研究

徐致君

摘 要：隨著社會生產(chǎn)力的提升和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展和推廣，不僅具有夯實(shí)可靠的理論基礎(chǔ)，還在實(shí)際應(yīng)用等方面取得了極大的進(jìn)步。我國對于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的研究成果也是碩果累累。本文就是針對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)行探討研究。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)；技術(shù)創(chuàng)新；建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.173

0 前言

1990年以后，我國大量興建公共建筑，公共建筑跨度較大，因此促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合，產(chǎn)生了多種鋼結(jié)構(gòu)體系，包括索網(wǎng)、斜拉、索桁架等。在興建公共建筑的過程中，充分發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)度潛力，其具有結(jié)構(gòu)輕盈，時(shí)代感強(qiáng)的特點(diǎn)，大大促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。

1 應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國的發(fā)展概況

1.1 20世紀(jì)80年代前發(fā)展情況

1950s預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)被引入中國，一大批結(jié)構(gòu)專家在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和探索，針對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、效益進(jìn)行了深入細(xì)致地研究，并據(jù)此完成了一批預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)試點(diǎn)項(xiàng)目，包括太原鋼廠——五十三跨、大武口電廠——六十跨等。這些項(xiàng)目都兼具工程性和經(jīng)濟(jì)性，且經(jīng)濟(jì)效益較好。隨后，1960s和1970s期間，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展出現(xiàn)了停滯，直至1980s才再次開始發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)突破了平面鋼體系，并與計(jì)算機(jī)編程技術(shù)融合，生成三維空間體系，從該體系衍生出多種復(fù)合預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。這些空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，所應(yīng)用的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益良好、耗鋼量較少，施工精良、技術(shù)先進(jìn)，具備世界一流水平。

1.2 21世紀(jì)以來的發(fā)展情況

2000年后，我國開始興建北京奧運(yùn)會場館，這些場館都是大跨度的公共建筑，促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程，有力地支撐了該結(jié)構(gòu)類型的科學(xué)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。2006年，在多年理論研究和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我國編制并出版了第一部預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，編號CECS212：2006。這一規(guī)范的出臺旨在促進(jìn)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范化發(fā)展，推動(dòng)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展。時(shí)至今日，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)具備完善的教研、設(shè)計(jì)、施工力量，各種技術(shù)人員和施工人員會促進(jìn)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)持續(xù)健康發(fā)展。雖然我國對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的研究還存在有待突破的地方，但總體來說我國在這方面仍然處在國際前列，保持領(lǐng)先地位。

2 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中存在的問題

（1）技術(shù)人員的專業(yè)知識欠缺。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國當(dāng)前城市建設(shè)中最常用、最成熟的建筑結(jié)構(gòu)，在這樣的背景下，設(shè)計(jì)師、工程技術(shù)、施工工人等對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的了解是不充分的、對于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的理解是不成熟的。由于對鋼材的生產(chǎn)和加工工藝知之甚少，更無法清楚鋼材內(nèi)部受力情況，因此無法充分合理地對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和利用。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。盡管有一部分設(shè)計(jì)師是勇于接受新知識、新技術(shù)，但他們未經(jīng)過科學(xué)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論指導(dǎo)，他們也無法掌握預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。因此工程設(shè)計(jì)師和施工人員難免在工作過程中出現(xiàn)一些失誤，為實(shí)際工程項(xiàng)目帶來不可預(yù)估的損失。這對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展十分不利。

（3）設(shè)計(jì)從業(yè)者的誤解與偏見。當(dāng)前從事建筑設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師們大多接受的是學(xué)院派的設(shè)計(jì)理念，他們偏好四平八穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單明了、造型對稱均衡的建筑，這種穩(wěn)定的建筑形象也更適合傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)和材料。而預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)屬于新的建筑結(jié)構(gòu)類型，采用的也是新式建筑材料組合形式，這讓接受傳統(tǒng)建筑教育并且從業(yè)期間鮮少變化的建筑師們感到無所適從，并且產(chǎn)生排斥心理。

（4）規(guī)范化設(shè)計(jì)有待提升。如果在一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)施工過程中，沒有規(guī)范約束、沒有章程指導(dǎo)，那么這項(xiàng)工程的完工必定是困難重重，整個(gè)工程的實(shí)施和管理也必定是混亂的，還會造成不必要的浪費(fèi)。因此我國出版的《預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》是及時(shí)的、有利于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的。

3 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)想

（1）應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新需求?？茖W(xué)的發(fā)展只有開始而沒有終點(diǎn)。應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是一門新興的應(yīng)用科學(xué)，從它的誕生之始就表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力。由于它的問世和應(yīng)用，解決了二次世界大戰(zhàn)后一些國家的經(jīng)濟(jì)恢復(fù)和物資匱乏的困難。預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)體系中具有提高結(jié)構(gòu)性能。所以在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的時(shí)期，學(xué)科的理論研究和工程實(shí)踐得到快速發(fā)展。20世紀(jì)80代至今，僅在我國就興建了近百座大型預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)。 當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)亟待創(chuàng)新，筆者認(rèn)為其創(chuàng)新基礎(chǔ)是十分堅(jiān)實(shí)的。首先，漢城奧運(yùn)會場館等建筑物是建立在人工邊界基礎(chǔ)上的；美國Ruck-A-Chucky懸索橋則是以自然邊界條件為基礎(chǔ)建成的。此橋由林同炎先生于1977年設(shè)計(jì)完成，橋體恢弘、橫跨亞美利堅(jiān)河，橋身為雙曲面懸索，并且連接至兩岸的峭壁，承擔(dān)固定橋體的功能；這樣的結(jié)構(gòu)使得橋面荷載轉(zhuǎn)移至兩岸的懸崖陡壁之上，以巖石山體代替?zhèn)鹘y(tǒng)工程結(jié)構(gòu)物。這種充分利用自然條件，大膽采用張拉力系統(tǒng)的做法，是我們對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新所應(yīng)該學(xué)習(xí)的。另外，宇宙天體運(yùn)轉(zhuǎn)理論以具有極強(qiáng)張力的引力場為理論基礎(chǔ)的，即此引力場中一個(gè)體積約為米粒大小的物質(zhì)質(zhì)量單位為百萬噸。根據(jù)上述討論，改進(jìn)后的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)扎根于自然界的山體巖石中，形成以自然條件為邊界的的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)新體系了，也就是零強(qiáng)度、零穩(wěn)度、零剛度的新體系。

（3）零強(qiáng)度、零穩(wěn)度、零剛度結(jié)構(gòu)方案的設(shè)想。在多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的基礎(chǔ)上我們發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度，改變結(jié)構(gòu)條件。前述天體理論為我們提供了新型結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)思路，就是利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)把桿件中各種內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為拉力和壓力。從而將原本具備承壓的結(jié)構(gòu)邊界轉(zhuǎn)換為成拉邊界，這樣一來就改變了力的傳到方式，生成新的結(jié)構(gòu)體系。

4 結(jié)語

當(dāng)前，關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，大量的實(shí)踐證明了這項(xiàng)技術(shù)的適用性和科學(xué)性，這使筆者相信預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)會在建筑工程中有著光明的應(yīng)用前景。當(dāng)然我們也應(yīng)當(dāng)保持理性，認(rèn)識到預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展還存在很多不足，理論、技術(shù)都有待提升。

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