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

孫 偉

（重慶市軌道交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122）

現(xiàn)階段的建筑不僅要滿足基本的使用功能，還要保證其使用年限及安全質(zhì)量問題，因此在工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要重視起框架的整體性和耐久性。近幾年來預(yù)應(yīng)力作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本原理，能夠準(zhǔn)確的把握建筑結(jié)構(gòu)可能受到的外部荷載，然后進(jìn)行科學(xué)的分析與計算，保證受力情況在允許范圍內(nèi)，從而提高建筑的安全性。所以將預(yù)應(yīng)力技術(shù)熟練的運(yùn)用到工民建筑項目當(dāng)中，是建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然要求。

1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的概念

無論是工民建筑還是其他建筑類型，都存在受力問題，從專業(yè)的角度來講，預(yù)應(yīng)力技術(shù)就是在混凝土構(gòu)件承受荷載前，預(yù)先對受拉區(qū)施加一個壓應(yīng)力，保證在構(gòu)件使用時有足夠的強(qiáng)度，從而提高建筑的整體質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程當(dāng)中，主要是利用鋼筋混凝土構(gòu)件，通過施加外力使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較強(qiáng)的承載能力，能承受全方面帶來的綜合性壓力。預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要是針對建筑構(gòu)件中的混凝土強(qiáng)度，能夠提前達(dá)到預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，以便在使用時抵消或減弱建筑外部荷載帶來的應(yīng)力。此項技術(shù)應(yīng)用到工民建筑工程中，能夠有效改善結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力，同時還能有效防止混凝土產(chǎn)生裂縫等問題的出現(xiàn)，通過對預(yù)應(yīng)力筋的張拉，可以減少鋼筋用量，降低建筑結(jié)構(gòu)的自身重量，從而有效提高混凝土構(gòu)件的抗剪能力，能夠更好的保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在合理的使用下，能夠有效提升建筑總體質(zhì)量，使其建筑結(jié)構(gòu)具有良好的承受荷載的能力，并能減少工程因自身重量過大，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，減少在外力的作用下，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂等質(zhì)量問題。由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)在混凝土中有很強(qiáng)的抗裂性及耐久性，不僅可以有效保障工民建筑的施工質(zhì)量，還可以節(jié)省建筑材料，從而減少工程總體成本。就目前階段而言，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用在建筑行業(yè)具有重要的意義［1］。

2 工民建筑工程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)注意問題

我國建筑工程項目開展的速度正在逐步提高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工過程中的作用也越來越重要，為了滿足建筑行業(yè)發(fā)展的需求，在一定程度上，很有必要掌握在施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的使用程序。首先作為新的施工技術(shù)，在建筑工程施工前，要對相關(guān)的工作人員進(jìn)行了解和學(xué)習(xí)一定的預(yù)應(yīng)力知識以及在操作中的安全規(guī)則等，例如在每階段張拉時，要檢查對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋是否放對位置，千斤頂型號及質(zhì)量是否按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，避免施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題。其次在施工過程中要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行處理，相關(guān)工作人員做好技術(shù)及信息內(nèi)容的交接，例如在鋼筋連接過程中，嚴(yán)禁將普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行連接，在進(jìn)行焊接時要在預(yù)應(yīng)力筋周圍采取防護(hù)措施，在施工中不可有猛烈撞擊行為，避免預(yù)應(yīng)力筋遭到破壞；還有當(dāng)普通鋼筋及其他預(yù)留管線與預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)發(fā)生矛盾時，應(yīng)根據(jù)具體的實際情況，按設(shè)計要求優(yōu)先選擇預(yù)應(yīng)力筋的留設(shè)位置；當(dāng)其他構(gòu)件進(jìn)行安裝施工時，應(yīng)對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行保護(hù)，防止遭到?jīng)_擊而失去作用。普通鋼筋在鋪設(shè)時要根據(jù)圖紙設(shè)計不得占用預(yù)應(yīng)力筋的位置，還要保證節(jié)點處預(yù)應(yīng)力筋的順利通過，同時保證鋼模的準(zhǔn)確安裝，孔道留設(shè)的大小及位置要正確，以便能夠順利將預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行穿筋定位操作［2］。

3 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工中的操作方法

3.1 先張法

預(yù)應(yīng)力技術(shù)最先應(yīng)用的方法就是先張法，該方法施工在澆筑混凝土前先將預(yù)應(yīng)力筋固定在臺座上，然后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉，張拉完成后在澆筑混凝土，切記過程中混凝土的強(qiáng)度要保證達(dá)到70%以上，使混凝土與預(yù)應(yīng)力筋之間產(chǎn)生粘結(jié)，然后松開施加的應(yīng)力，借助預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的粘結(jié)性，形成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。臺座是先張法施工的主要設(shè)備之一，大多數(shù)施工采用墩式臺座，因為臺座會承受預(yù)應(yīng)力張拉時的所有力，所以臺座必須有很高的強(qiáng)度、剛度。張拉應(yīng)力的機(jī)械主要使用液壓張拉機(jī)，最常用的有穿心式千斤頂?shù)?，要根?jù)張拉的要求嚴(yán)格選擇張拉機(jī)械的類型和型號。預(yù)應(yīng)力筋在放張操作時要符合順序的要求，對設(shè)計有要求的按要求進(jìn)行放張，當(dāng)沒有設(shè)計要求時，要采用分段，相互錯開放張，避免在操作過程中出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋斷裂等現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中這種方法主要應(yīng)用在小型構(gòu)件，對于民用建筑還是應(yīng)用比較廣泛的。

3.2 后張法

后張法在預(yù)應(yīng)力技術(shù)過程中經(jīng)常被用到，和先張法正好相反存在很大的區(qū)別。后張法施工是先澆筑混凝土，在預(yù)應(yīng)力筋的位置留著出孔道，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)等到混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后，在將預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，然后用錨具將預(yù)應(yīng)力筋固定在混凝土構(gòu)件上，最后在孔道灌漿完成混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。后張法的原理是通過錨具將預(yù)應(yīng)力傳給混凝土的使構(gòu)件的，錨具和混凝土構(gòu)件形成一個整體具有永久性。錨具作為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的一部分，對其性能有嚴(yán)格的要求：錨具上設(shè)置孔道灌漿應(yīng)保證漿液的順暢流通；出來能滿足張拉工藝外還能有放松預(yù)應(yīng)力筋的性能；在進(jìn)行張拉時不可出現(xiàn)裂縫或破壞現(xiàn)象。預(yù)留孔道時后張法的重要工序，孔道的大小及位置必須滿足要求，端部預(yù)埋件應(yīng)該用螺栓固定到模板上，防止在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生位置跑遍。孔道留設(shè)的常用方法是埋波紋管法。后張的工藝流程相對先張法比較麻煩。但后張法施工的特點是不受限制，適用于施工現(xiàn)場的大型構(gòu)件，一般在工用建筑上應(yīng)用較多。

3.3 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力

后張法分為有粘結(jié)和無粘結(jié)兩中方法，有粘結(jié)后張法在施工當(dāng)中經(jīng)常用到，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是近幾年的發(fā)展的新型技術(shù)。主要施工工藝是在預(yù)應(yīng)力筋表面涂刷一層隔離劑，同普通鋼筋鋪設(shè)在模板中，然后澆筑混凝土待達(dá)到一定強(qiáng)度時在進(jìn)行張拉錨固。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋施工過程中重點要注意端部錨頭處理，不得出現(xiàn)損壞或腐蝕現(xiàn)象。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)，在單向板中鋪設(shè)比較簡單，按照普通鋼筋鋪設(shè)要求即可，但在雙向板中鋪設(shè)順序若不符合要求會造成鋪設(shè)雜亂給施工增添困難。雙向配筋時應(yīng)先考慮低標(biāo)高的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的位置，在設(shè)置標(biāo)高較高的。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋要嚴(yán)格按照設(shè)計要求形成曲線形狀，其曲率可通過墊馬凳控制。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是通過兩端的錨具傳遞應(yīng)力，不需要預(yù)留孔道，施工工藝簡單損耗較小。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力適用于工民建筑整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，其總體使用還是比較經(jīng)濟(jì)合理的［3］。

4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

4.1 抗裂度控制的應(yīng)用

現(xiàn)如今隨著科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，管理措施得到日益完善，工民建筑結(jié)構(gòu)工程中常常會應(yīng)用連續(xù)多跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。尤其荷載因素是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，荷載作用下在后期使用中彎矩現(xiàn)象要求控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，在施工過程中要進(jìn)行合理的受力控制，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行施工。承載力問題就可以通過預(yù)應(yīng)力筋有效的解決，例如，在鋼筋混凝土構(gòu)件承受荷載時出現(xiàn)問題有針對性的埋管和配筋。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不能只通過分析滿足抗震的要求，就在其位置盲目的增加預(yù)應(yīng)力筋，而是通過科學(xué)計算合理配置預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量，來滿足混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性和抗裂性的目的。在工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中預(yù)應(yīng)力筋的具體施工要求，要結(jié)合工程所在地理位置對地震情況的綜合因素進(jìn)行分析，最后在根據(jù)結(jié)果進(jìn)行混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。另外在施工單位保證預(yù)應(yīng)力筋的安全操作情況下，對其應(yīng)用的最小截面進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到最佳抗裂效果。

4.2 在加固施工過程中的應(yīng)用

通常情況下為了使建筑承載能力的有效提高，以及延長建筑的使用壽命，施工企業(yè)都會選擇補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件和完善結(jié)構(gòu)性能的加固方式，而從滿足設(shè)計規(guī)范要求。就目前階段來看，在建筑補(bǔ)強(qiáng)加固，改變結(jié)構(gòu)受力體系以及預(yù)應(yīng)力加固等都是施工中常用的加固方式。例如在工民建筑加固過程中，對混凝土構(gòu)件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，可以很大程度上減低結(jié)構(gòu)加固中的初始應(yīng)變力，無論是在受壓區(qū)還是在受拉區(qū)都施壓外力作用，這樣就可以有效減小產(chǎn)生彎矩時構(gòu)件的變形幅度。還可以在極限荷載狀態(tài)下提高構(gòu)件的彈性能力，從而高效發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的加固作用。

4.3 在高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

由于我國土地資源的稀缺，現(xiàn)代建筑物往高層多功能綜合性發(fā)展，在不同的樓層間需要設(shè)計多和房間，采用全方位的設(shè)計結(jié)構(gòu)，而引用預(yù)應(yīng)力技術(shù)在設(shè)計過程中受到了很大的啟發(fā)，應(yīng)用該技術(shù)可以提高建筑的整體質(zhì)量。在高層建筑工程當(dāng)中往往會造成受力不合理的現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會發(fā)生質(zhì)量安全事故。在高層建筑中首層的設(shè)計是造成整個結(jié)構(gòu)受力不合理的直接原因所在，為能夠很好的解決這一問題，引出了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，為了防止樓層的受力不均，對建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成影響，通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)提高混凝土的承載能力實現(xiàn)樓層轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)受力，提高整體穩(wěn)固性［4］。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的應(yīng)用，能夠建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展，通過采用合理的科學(xué)技術(shù)，質(zhì)量也能達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)，同時也為企業(yè)帶來的很大的經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上促進(jìn)了企業(yè)的快速發(fā)展。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮重要作用。