钢结构预应力技术的特点及应用

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1、钢结构预应力技术的特点及应用　　【摘要】钢结构预应力技术以其众多优势在建筑工程中倍受青睐。钢结构预应力技术类型众多，且特性鲜明，在实际应用中应把握其特性，对其进行合理利用，以发挥工程效益。本文主要分析钢结构预应力技术的特点，并结合实例分析其具体应用。　　【关键词】钢结构预应力技术；特点；应用　　近年来，钢结构预应力技术在建筑工程中得到广泛应用，与传统钢结构混凝土结构相比，其在提高建筑结构承载力、增加结构稳定性、创新结构体系等方面发挥着巨大作用。经过多年的发展创新，预应力钢结构的应用范围几乎已覆盖了全

2、部钢结构领域，在很大程度了促进了建筑行业的发展和进步。　　预应力钢结构类型众多，按照按结构受力体系来分，可分为平面预应力钢结构和空间预应力钢结构。平面预应力钢结构主要适用于预应力轴向受力钢构件，例如：预应力支撑、预应力柱等；预应力受弯钢构件，如：预应力实腹梁、预应力钢桁架；平面索拱结构、索桁结构、张弦梁，如张弦桁架；平面吊挂及斜拉结构等。空间预应力钢结构则在预应力网架、预应力网壳、空间张弦梁、正交索拱结构等方面比较适用。随着我国的建筑行业的发展，钢结构预应力技术也表现出其极大的实用性，如：对于需要大

3、跨度及大体量无阻挡空间皆应用预应力钢结构来提高其稳定性和承载力。　　耐火性差　　对于预应力的钢结构来说，温度到达300℃左右会出现由徐变现象，对建筑结构产生较大影响，例如：造成预应力松弛的问题，进而引起结构内力重新分布，对整个建筑结构造成破坏，且随着预应力的增大，其耐火性越来越差。因此，在应用钢结构预应力技术时，应充分考虑其防火设计，根据工程防火等级制定严格的设计方案，以减少这种不利影响。但是目前对预应力钢结构耐火问题的研究几乎空白，因此，这一特性在一定程度上限制了其发展。　　形成新的结构体系　　钢

4、结构预应力技术的一大特点是可以构成新的结构体系，具有比较广泛的适用性，例如索穹顶结构，如果没有预应力技术，就没有索穹顶结构，另外预应力技术还可以作为预制构件装备的手段，从而形成一种新型的结构，如弓式预应力结构，还有采用预应力技术后，可以组成一种杂交的空间结构，或者可构成一种全新的空间结构，其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度的降低，具有明显的经济效益。　　监控和索张拉　　首先，预应力施加完成前结构尚未成形时，钢结构整体刚度较差，因此一般都会边施加预应力边用有限元软件进行仿真验算，同时进行张拉力

5、和位移的监测，以确保钢结构顺利的建成。其次，钢结构预应力施工会有阶段性，可以是嵌套形式；另外还需要确定一个形状控制为索张拉目标，目标实现时的索力为目标控制索力，在实际应用中，必须使用少数设备实现目标控制索力，以降低成本。　　工程概况　　某体育馆在建设中应用到钢结构预应力技术，其概况如下：整个体育馆为五层结构，地上四层、地下一层，主要由比赛区，热身区，外围附属用房，地下车库这四个分区组成。热身区以及赛区的屋顶构成一个钢结构整体，钢结构屋盖为单曲面、其形式为双向张弦桁架钢结构，上弦为平面桁架，且其正交正

6、放，下弦形成双向张拉索网结构。　　设计方案　　根据实际应用特点和施工现场的实际情况，决定采用以下设计方案：比赛馆屋面呈南高北低波形曲线，结构最高点标高为。屋盖上层采用正交正放桁架结构，桁架双向间距，结构截面高～。上弦面内的全部杆件或者腹管均为圆管，圆管截面为159×6mm～480×24mm，采用无缝钢管，下弦面内所有杆件为焊接矩形管，截面范围为350×200×8×8～450×275×25×20mm。上弦采用带肋焊接球节点，截面范围D500×18mm～D700×35mm。下弦采用铸钢节点。屋盖钢结构在

7、比赛区区域的尺寸为114m×。纵向有B～Q轴共14榀平面桁架，两侧边6榀桁架不布索，E～M轴共8榀，为预应力索张弦纵向桁架。横向有7～24轴共18榀平面桁架，两侧边各2榀不布索，9～22轴为预应力索张弦横向桁架，见图1。预应力索为上下两层结构，纵索采用单索结构，且处在上面，横索为双索，且在下。桁架预应力钢索采用缆索，其型式为挤包双护层大节距扭绞型，定位撑杆。上端与桁架结构的下弦连接，其切采用万向球绞节点，下端与索连接，采用夹板节点，纵横向索穿过钢撑杆下端的双向节点，形成双向张拉空间索网，索端与钢结构

8、采用铸钢节点连接。　　图1张弦桁架轴测图　　钢结构预应力技术的应用　　预应力索张拉　　考虑到实际工程的特点，决定采用以下设计方案：张拉施工由两端逐渐向中间进行双方向对称施工，且分3级进行。第一张拉至设计索力要求的80%；第二次张拉全部设计索力，并超张拉5%；第三级微调索力，使其达到设计要求。具体分析如下：第一次张拉9、22，E、M轴线张拉到80%设计力，分别为980、1060、1360、1360KN。第二次张拉21，F、L轴线张拉到80%设计力，分别为1110、175