浅谈预应力钢结构的施工特点与控制

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1、浅谈预应力钢结构的施工特点与控制论文关键词：预应力铜结构；施工控制；倒装法　　论文摘要：在目前新的“建筑技术政策”向钢结构倾斜并提出“积极合理较快速地发展钢结构”的态势下，钢结构学科将快速全面发展，钢结构工程将更加广泛。文章分析了预应力钢结构的特点及其一般设计施工过程，提出了预应力钢结构的施工控制设计措施。　　　　　　　　当前我国钢结构在高耸结构、超高层结构中的应用近年来已非常广泛，由于其良好的抗震性能，渐渐成为超高层结构的主流。此外，轻型钢结构建筑体系用于中小型工厂、商店、大型超市，由于其构造简单，材料单一，有利于制作的工业化和规格化

2、，而且由于自重轻、工期短、经济性好而取得飞速发展。预应力钢结构是在各类钢结构中增加高强度赘余预应力杆件、张拉预应力杆件使其他构件获得与荷载引起的内力方向相反的预应力，而预应力杆获得与荷载引起内力方向相同的预应力，这样既充分发挥了高强度预应力杆的作用，又充分利用了钢构件的强度。预应力钢结构其实质是以少量高强度钢材代替一部分普通钢材并提高其他构件的承载能力而取得显著经济效益。显然，高强度预应力构件强度越高并且提高其他构件承载能力的方式越合理，其综合效果也就越为显著，一般情况下，预应力平面结构可以节约钢材10％～20％，预应力空间体系则可节约

3、钢材40％～50％，这是应该大力推广的结构体系。　　　　一、预应力钢结构的原理与状态　　　　(一)预应力钢结构的基本原理　　预应力钢结构的基本原理就是针对普通钢结构的特点，人为地在结构或构件较大受力部位，引入与荷载作用下符号相反的预麻力，使结构承使用荷载后，构件的内力抵消一部分或大部分，变形也相应随之减少，实现结构形式更合理、更经济的目标。按照预应力钢结构施工工艺来分，刚性结构和半刚性结构可归为一类，柔性结构归为另一类。刚性结构和半刚性结构有相对独立的杆件结构刚度，当索中预应力失效时，结构刚度减小。但杆件结构刚度仍存在。因此刚性结构和半

4、刚性结构施工工艺计算模型可以分解为索对杆件部分结构的作用，悬挂体系、斜拉体系、预应力网架结构、预应力网壳结构和张弦梁屋架都具备可划分出相对独立的杆件部分结构的特性。柔性结构不同于刚性结构和半刚性结构，它仅在预应力作用下才形成有刚度的结构，不能划分出相对独立的杆件部分结构，它的设计和施工计算都需确定结构形状，因此柔性结构施工完全不同于刚性结构和半刚性结构施工。　　　　(二)预应力钢结构的状态　　预应力钢结构状态要素考虑是指索力和结构几何形状，为了便于分析和叙述，可以定义预应力钢结构如下的三种不同状态：　　1.零状态：零状态时的结构是加工放

5、样后的构件集合体。零状态时不存在预应力，不存在外部荷载和自重的作用，结构零状态的杆件部分形状和几何尺寸是由设计图纸给定的。　　2.初始状态：初始状态是指结构安装就位张拉后仅在预应力和自重作用下自平衡状态。不考虑外部荷载的作用。预应力钢结构初始状态仅有预虑力和结构自重作用，实际上就是预应力施工张拉状态，此状态的索力和几何形状分别是施工张拉时的索张拉力控制值和位移监控值。　　3.工作状态：工作状态指结构投入使用在外部作用下所达到的平衡状态。通常，外部作用下的工作状态位移，由设计方提供说明和要求。　　二、预应力钢结构的施工流程与控制设计　　　

6、　(一)预应力钢结构的施工流程　　现以长沙会展中心展览大厅来说明预应力钢结构施工特点，展览大厅是一个斜拉索和张弦桁架相结合的复杂空间预应力钢结构。施工过程如下：(1)在地面抬模上拼装屋架的张弦桁架跨段；张拉下弦索，张弦梁跨中起拱到预定量；(2)起吊、安装张弦桁架跨段，二端电焊连结；(3)张拉斜索，使屋架位移控制点起拱到预定量；(4)拆除支撑，然后安装屋面板和设备。　　从上述的施工过程中可以归纳出预应力钢结构施工以下几个特点：(1)预应力施工会有阶段性，可以是嵌套形式；(2)需要确定一个形状控制为索张拉目标，目标实现时的索力目标控制索力，

7、目标实现时控制点位移为目标控制位移，即初始状态；(3)控制索力往往是几个，甚至是十几个以上。由于实际张拉设备有限，不可能所有索同时张拉，因此必须制定使用少数设备实现目标控制索力和目标控制位移的张拉方案。　　　　(二)预应力钢结构的施工控制设计　　预应力钢结构的施工状态控制设计是指预先通过分析确定设计目标并制定张拉方案，张拉过程中对预应力钢结构施工状态进行实时识别，最终有目的地调整纠偏，从而使预应力钢结构施工收到有效地控制。为了实现这个目标，可采用几种施工计算方法，下面介绍三种方法：顺序循环法、倒装法和无应力法。　　1.顺序循环法。顺序循

8、环法分析步骤与实际预应力索施工步骤完全相同，通常在分析前根据工程具体情况先行确定若干各选方案，一般通过各个分组索2～3次循环叠代可逐步逼近设计索力，使结构最终成形。通过分析还可以准确获得各个施工阶段构件内力