預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的研究

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1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)概述

1.1 基本概念

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用主要是針對工民建建筑中的混凝土工程。將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到混凝土工程當中是為了在結(jié)構(gòu)中構(gòu)建預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，以便抵消或減弱工民建建筑外部荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。在具體施工過程中，各類混凝土構(gòu)件需要承載外部壓力，抵抗混凝土開裂問題，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)的加持能夠有效改善鋼筋混凝土構(gòu)件的抗壓、抗剪、抗?jié)B、抗疲勞能力，同時節(jié)約混凝土、鋼筋等用量，降低工民建建筑結(jié)構(gòu)自重，減少建筑構(gòu)件開裂情況及撓度，實現(xiàn)工民建建筑外觀美化的功能。

1.2 結(jié)構(gòu)原理

預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到工民建建筑當中，能夠改善混凝土結(jié)構(gòu)強度及抗壓能力，但其對于拉力的抵抗能力相對較弱，為改善這一問題，同時對混凝土開裂問題進行防治，在外部荷載作用到混凝土構(gòu)件前，對其進行人工施加壓力。通過對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進行張拉，產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，以便減弱或抵消外部荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力。對鋼筋混凝土可能受拉部位施壓，利用其自身抗壓強度提升抗拉程度，即為預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工民建結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用原理。

1.3 主要分類

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的分類方法主要有以下5 種方式：

1）根據(jù)預(yù)應(yīng)力度進行分類，包括：全預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、限值預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、部分預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、普通鋼筋混凝土技術(shù)。

2）根據(jù)黏結(jié)方式進行分類，包括：有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。

3）根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋束位置進行分類，包括：體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。預(yù)應(yīng)力筋束布置于混凝土構(gòu)件體內(nèi)的稱為體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，其中，先張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、后張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)均為體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)不同依據(jù)下的分類。預(yù)應(yīng)力筋束布置于混凝土構(gòu)件體外的稱為體外預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，預(yù)應(yīng)力束與結(jié)構(gòu)主體截面直接或間接相連傳遞預(yù)應(yīng)力。

4）根據(jù)施工工藝進行分類，包括：先張法、后張法、橫張法。

5）根據(jù)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作方式進行分類，包括：現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件、預(yù)制現(xiàn)澆組合預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。

當前，工民建建筑工程中先張法及后張法應(yīng)用較多。后張法是先制作混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件上預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道，后續(xù)通過構(gòu)件養(yǎng)護使其強度滿足工程設(shè)計標準，待構(gòu)件達標后，使用預(yù)應(yīng)力筋穿過孔道，并張拉錨固，處理完成后向構(gòu)件孔道內(nèi)灌注混凝土砂漿。先張法是混凝土構(gòu)件在制作過程中要先拉伸預(yù)應(yīng)力筋，然后進行混凝土澆筑，最后再釋放預(yù)應(yīng)力筋，實際制作的情況需要結(jié)合工民建工程規(guī)劃實施【1】。

1.4 自身優(yōu)勢

預(yù)應(yīng)力構(gòu)件因其工藝特殊性，具有非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件缺少的多項優(yōu)勢。具體內(nèi)容包括4個方面：（1）預(yù)應(yīng)力構(gòu)件截面面積較小、自重較輕，能夠更好地應(yīng)對疲勞、損傷問題；（2）使用性能、耐久性等得到較大強化；（3）具有更加優(yōu)秀的裂縫閉合及變形恢復(fù)性能；（4）能充分發(fā)揮高性能鋼筋性能。

2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況

2.1 預(yù)應(yīng)力先張法的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力混凝土先張法在工民建建筑施工過程中，需要將預(yù)應(yīng)力鋼筋先張拉，然后再開展混凝土澆筑。通過專用生產(chǎn)臺座、夾具來張拉、錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋，在混凝土達到工民建設(shè)計強度標準要求后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋放松。先張法更適用于中小型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)，這種技術(shù)方式將預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土間的黏結(jié)力傳遞到混凝土上，達到相應(yīng)的設(shè)計、施工效果。先張法的預(yù)應(yīng)力施工必須遵循相應(yīng)設(shè)計要求和工藝標準，選擇滿足現(xiàn)場施工要求的專業(yè)設(shè)備，所選擇的先張力座必須滿足相應(yīng)的強度和剛度要求，并注意錨板受力中心與預(yù)應(yīng)力筋合力的受力中心是否一致，對于多根預(yù)應(yīng)力筋的初始應(yīng)力也要保持一致。

2.2 預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用

為提升工民建建筑承載能力，延長建筑使用壽命。一般會在工民建結(jié)構(gòu)中使用補強構(gòu)件來改善結(jié)構(gòu)性能，達到建筑設(shè)計標準要求。當前較為常見的預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用包括：改變結(jié)構(gòu)受力體系加固、建筑面補強層加固、體外預(yù)應(yīng)力加固的方式。具體施工過程中，需要重點關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)加固施工的初始應(yīng)變是否卸載，對于各類構(gòu)件來說，可以先施加預(yù)應(yīng)力，使構(gòu)件受拉區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，以便降低初彎矩時構(gòu)件壓應(yīng)變、拉應(yīng)變2個參數(shù)。對于受彎構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力加固時，多使用粘貼碳纖維片材的方式進行處理，這主要是由于碳纖維片材強度高、施工便利。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工時要注意，若混凝土內(nèi)部已出現(xiàn)初始內(nèi)應(yīng)力，且已做過抗應(yīng)變結(jié)構(gòu)、初始壓應(yīng)變加工處理，則混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)變達到并超出極限壓應(yīng)變就會趕超混凝土構(gòu)件極限承載能力。利用粘貼碳纖維片材處理受彎結(jié)構(gòu)時，要先對其施加預(yù)應(yīng)力，保證碳纖維片材具有初始抗應(yīng)力，只有這樣，才能保證后續(xù)施工過程中碳纖維片材具有良好的強度和應(yīng)力，能夠有效應(yīng)對混凝土構(gòu)件的破壞問題【2】。

2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用

對于工民建樓面結(jié)構(gòu)而言，可以使用預(yù)應(yīng)力平板的方式處理地下室建筑。使用預(yù)應(yīng)力扁梁樓板處理商場、寫字樓、教學樓等建筑。使用預(yù)應(yīng)力密肋板處理車站、體育館建筑。設(shè)計過程中采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)方式能夠有效降低結(jié)構(gòu)層高度，即當跨度相同時，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)層高度比普通結(jié)構(gòu)低，能夠有效確保室內(nèi)凈空高度，并降低工民建建筑總高度，節(jié)約建筑材料及成本。而在建筑高度相同時，可以建設(shè)更多的建筑樓層，對于地下室而言，能夠減少基坑開挖工作量，提升建筑投資效率。

2.4 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

現(xiàn)代高層建筑向多功能和綜合用途發(fā)展，不同用途的樓層，需要大小不同的開間，采用不同的結(jié)構(gòu)形式。建筑要求上部采用小開間的軸線布置和設(shè)置較多的墻體，中部辦公用房要小的和中等大小的室內(nèi)空間，下部公用部分則希望有盡可能大的自由靈活空間，柱網(wǎng)要大，墻盡量少。這種要求與結(jié)構(gòu)的合理、自然布置正好相反，因為結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，即正常應(yīng)當下部剛度大、墻多、柱網(wǎng)密，到上部逐漸減少。為避免出現(xiàn)樓層受力不均影響高層建筑穩(wěn)固性，可以使用預(yù)應(yīng)力混凝土，借助預(yù)應(yīng)力混凝土的高強度、高承受性能穩(wěn)固轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計過程中要加以關(guān)注。

3 結(jié)語

綜上所述，工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，恰當?shù)靥幚眍A(yù)應(yīng)力技術(shù)，充分發(fā)揮其作用是非常重要的。預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用過程中對設(shè)計、施工的要求極為嚴格。因此，必須從設(shè)計之初就認真嚴謹?shù)刈龊妹恳徊襟E的操作，保證工民建結(jié)構(gòu)的科學性、合理性，為后續(xù)施工質(zhì)量、成本、安全、工期等目標的控制奠定堅實基礎(chǔ)。同時，科學、合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠充分提升企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益，并推動工民建行業(yè)更好地發(fā)展。