预应力技术在建筑结构设计中的应用

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1、预应力技术在建筑结构设计中的应用　　【摘要】随着经济的迅猛发展，建筑结构不仅仅只要安全稳固，还要带来舒畅的空间和人文美感。预应力技术的出现，轻松的解决了这些难题。本文紧紧围绕着预应力技术，简要探讨了其在结构设计中的应用。　　【关键词】预应力；建筑结构；应用　　预应力技术一般是指对结构构件中的钢筋预先施加应力的技术，用以改善结构构件的受力性能。比如在承受外荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预压应力，可以提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。中国人在很早以前就懂得运用这种技术。人们通过在木桶周围套上铁皮或竹箍，以紧密木条，提高木桶的刚度。这里的铁皮或竹箍的作用就是对

2、木桶壁产生一个环向的压应力，只要桶里的水压不大于这个预加的压应力，水桶就不会开裂不容易漏水。　　人们对预应力技术按照不同的原则分类。按施加应力的方法，可以分为先张法预应力技术和后张法预应力技术；按纵向预应力度大小不同，可以为全预应力和部分预应力；按预应力钢筋与混凝土的结合情况，可以分为有粘结预应力和无粘结预应力；按施工方式，可以分为预制、现浇及叠和预应力。别看分类这么复杂，原理就和那木桶外围的铁箍一样，只不过制作工序不同。就好比先把铁箍做好预拉伸后套上木桶，这就是先张法；也可以把铁箍套上木桶后再拉伸拧紧，这就是后张法。　　我们对预应力技术了解的早，掌握的早，但是要说系统的研究利

3、用，还是在共和国成立以后。上世界五十年代的国情是，新中国刚成立，百废待兴，可是生产力低下，钢筋产量严重不足，再加上同时期国家借助苏联经济和技术的支援，新建和扩建了156个建设项目，留给民用的钢筋少之又少。也就是在那个时期，民间涌现了许多“竹筋房”，采用经过石灰水处理过的竹子代替钢材使用。笔者所在单位的办公楼，就是典型的一座“竹筋房”，目前仍在使用中。　　到了五十年代中期，国内开始研究预应力技术。1955年，铁路部门研制成功我国第一片跨度12米的预应力混凝土铁路桥梁，1956年建成28孔24米跨的新沂河大桥，1958年建成我国第一个预应力钢结构——25米跨的山西大同煤矿输煤栈桥，

4、从而开始了国内预应力混凝土技术应用的篇章。　　而在钢铁等资源充足的今天，仍然要在建筑结构设计中推广预应力技术。因为现代建筑追求的不仅仅是基本的功能设计要求，更多的是强调建筑空间的利用率及其带来的人文美感，而预应力技术独特的特点正是符合建筑结构的发展要求。以混凝土梁为例，普通的钢筋混凝土梁的设计跨度一般不会超过18米，而预应力钢筋混凝土梁在条件允许的话可以做到40米以上，运用预应力技术所带来的空间利用率的提升以及土建造价的节省，都是房产开发商所喜闻乐见的。如今的建筑结构设计工作已变得日益复杂而繁重，它不仅需要考虑建筑结构的安全耐久性，还要兼顾建筑的适用性和经济性，这些在客观上也刺

5、激了预应力技术的发展。　　建筑结构设计中用到预应力技术的地方主要是预应力平板结构、明梁大板框架结构和转换层结构等。　　预应力平板结构　　近年来，建筑楼盖的抗裂性能、板厚、结构自重等均是设计难点，而预应力平板结构则可以有效处理这些问题。预应力无梁平板结构取消了室内明梁，仅仅在楼板周边、尺寸较大洞口周边和少数荷载较重的隔墙下部保留，整个顶板则为一个整体的平面，没有梁体的分割和梁高带来的高差。预应力平板结构的主要优势在于：对于有地下室的建筑，这样的结构能减少基坑开挖深度和地下室埋深，从而减少了建筑耗材，更加经济实用；减少层高，增加了楼层的有效净高；预应力楼板给用户的空间自由度更大，空

6、间可任意组合分隔；避免了由于管线及通风管道的铺设降低层高的问题，同时方便了管道的安装；预应力平板结构的预应力钢筋可以在楼板中产生一个轴向压力，使得平板的刚度提高，挠度减小，抗裂性能也大为提高，同时还减少了钢筋用量，降低了造价；采用后张拉预应力技术的的构件在混凝土强度达到设计强度的75%后即可进行预应力张拉，张拉完成后即可拆除模板，施工速度要快于一般的梁板体系，而且提高了模板的利用率，大大缩短了施工周期。　　预应力平板结构的设计也自成体系，以无粘结预应力混凝土平板结构为例，其设计步骤如下：选择截面尺寸。在初步设计时，按跨高比求出板的最小厚度并且验算所选板厚的抗冲切能力；预应力筋估

7、算，包括预应力筋的线型选择和预应力筋的初步估算；次内力与荷载效应组合计算，可以按照等代框架法或有限元法进行此步；正截面承载力验算；抗冲切验算。　　虽然在目前的预应力平板设计过程中，仍然存在许多争议与问题，主要体现在结构的建模、预应力钢筋的估算与布置、极限状态和承载能力极限状态的验算等等，仍然需要设计人员大量的经验和不断的总结，但是预应力平板结构的优势是显而易见的，相信以后会被越来越多的工程所采用。　　明梁大板框架结构　　明梁大板框架结构是指在柱子间布置框架梁，在大板上布置隔墙的结构体系。这种