預應力技術在建筑工程中的應用

摘 要：通過對各種預應力結構形式的分類說明，和對預應力平板結構優(yōu)點的重點闡述，分析和比較預應力結構的競爭力所在及其適用范圍，達到預應力技術在建筑工程中推廣的目的。

關鍵詞：預應力；現(xiàn)場施工

隨著人們消費觀念的改變，對住房和工作環(huán)境及消費水平的要求也越來越高，住宅要求有較好的內景，辦公室要求有開闊舒暢的空間，建筑要追求較大的凈高……預應力結構的出現(xiàn)，輕松的實現(xiàn)了這些要求。

預應力結構的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結構、有梁大板框架（或剪力墻）結構、轉換層結構、門架結構和吊車梁以及特殊結構如水池、筒倉、大懸挑結構等。

1 預應力平板結構

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結構體系，需在柱間及隔墻下設置框架梁和次梁，這必然導致室內明梁縱橫交錯，降低了樓層的有效高度，影響了室內美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內功能的重新調整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內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。若設計中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結構或預應力平板結構，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構，由于內隔墻較多，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，計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟。因此，為了提高整個樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結構自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應用的現(xiàn)代高效預應力混凝土結構技術，將整個樓蓋設計為后張部分預應力混凝土無梁平板結構是一個良好的選擇。這種預應力無梁平板，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，室內明梁全部取消，僅在必要的地方設暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個室內頂板為一整塊的平面。

2 有梁大板框架（或剪力墻）結構

有梁大板結構是柱子于柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結構體系。這種結構于平板結構有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內錯綜復雜的次梁，內景好，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。若這種大板配合預應力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如9米跨的預應力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預應力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。

由于結構種還帶有明梁，結構仍然屬于框架或剪力墻結構，可以用于平板結構所不太適宜的高層或抗震設防烈度比較大的地方。

有梁大板結構適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設次梁，既避免了室內難看的次梁景觀，也利于住戶自行隔斷房間以實現(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。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)都是采用這種結構形式的，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評。當然這種結構體系仍然適合用于商場等公共建筑。

3 轉換層結構

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置結構轉換層。隨著預應力技術的逐漸成熟，預應力材料及施工費不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經(jīng)濟上來比較預應力混凝土結構與鋼筋混凝土結構，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟。因此我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多，大多數(shù)轉換層結構形式有成功地采用預應力技術的例子：如位于8度抗震設防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2～4層高達4800mm的預應力轉換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設置了2000mm的預應力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉換層；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48度，上下層錯位，采用厚970mm長約140m寬為40m～70m不等的不規(guī)則梯形預應力厚板作為該多塔高層的轉換層。

采用預應力技術帶來許多結構和施工上的優(yōu)點，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擔等。只要采用預應力度適當，構造處理得當，預應力結構的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉換構件的尺寸，對抗震也是有利的。

4 特種結構及其他

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

4.1 大懸挑結構

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風格各異，使預應力技術的應用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運會興建的四座體育館，關鍵結構部位都是采用預應力技術；江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預應力混凝土雨蓬。隨著鋼結構的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結構，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費用都比較高，所以在適當跨度內預應力混凝土結構還是有很大的優(yōu)勢。

4.2 儲罐與筒倉

一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預應力技術廣泛用于這種結構主要利用預應力主動軸力來抵抗混凝土拉應力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結構，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預應力最適合的結構形式。繞絲后張預應力混凝土水池在國內應用了幾十年，主要采用預壓應力來抵消由于水對筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應力。這樣用高強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)濟效益。

4.3 其他

各種用途的塔式結構如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預應力技術同樣得到了廣泛應用。還有預應力技術基礎也不少見，主要形式是預應力條基、箱基和筏基。此外，預應力鋼結構，疊合結構采用預應力的技術也在不斷成熟中，工程實例也越來越多。

5 結語

預應力技術經(jīng)過了幾十年的工程實踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項工程技術，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實踐告訴我們，預應力技術以種種優(yōu)勢，在某些建設領域有著強大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領的領域仍然具有強大的發(fā)展力。

作者簡介：

周嬌峰，身份證號碼：411323197310070558