滿足工業化生產的預應力混凝土框架結構

李艷來　劉征

摘要：預應力混凝土結構由于施工便捷，常被應用于橋梁、廠房、磚混住宅等，預應力混凝土在工程中常以預應力梁和預應力板的形式出現。文章主要研究由預應力梁、預應力板和成品柱組合成的預應力框架結構，分析預應力框架結構工業化生產的的可行性和優缺點，使得預應力框架結構得到進一步的發展和應用。

關鍵詞：預應力梁；預應力板；成品柱；預應力框架結構；工業化生產

中圖分類號：TU756 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0087-02

回顧我國50年來預應力混凝土的成就，其共分：我國預應力混凝土的開拓；低強預應力混凝土的應用；高效預應力混凝土的應用；先張、后張預加應力工藝；預應力混凝土的普及和進一步的推廣；研究與發展六個部分。普通鋼筋混凝土結構的梁板一般處于受彎狀態，通常鋼筋還沒有承受很大彎拉應力，混凝土受彎區已經出現裂縫，甚至可能使鋼筋暴露進而銹蝕，而預應力結構，通過控制預應力的大小，可以保證預應力梁板在承受設計彎曲荷載時，混凝土受彎區基本不產生拉應力，不出現裂縫，鑒于預應力混凝土有如此優越的特性，本文研究將批量生產的柱、梁和板同時用于工程，形成預應力框架結構。預應力混凝土結構不斷在發展，但是市場依然很小，在工程中沒有得到充分的應用，在1985年姚崇德《鋼筋混凝土結構抗震設計（六）——預應力和部分預應力框架》中就提到預應力框架結構，截止目前預應力框架應用于施工和生產的比例太小，為了提高效率，節約成本，本文進一步介紹預應力框架結構在建筑工程中的可行性和優缺點。

1 預應力框架結構的優缺點

1.1 預應力框架結構的優點

預應力框架結構相比現澆混凝土框架結構有如下

優點：

1.1.1 節省材料造價，框架結構工程中材料占的比例最大，而鋼筋和混凝土在材料中占的比例最大，如果工業化生產梁、柱和板，可以大大減少材料造價。

1.1.2 節省人工造價，如果機械化生產梁、柱和板，可以省去模板的支設、鋼筋的綁扎，與此同時也就省去了模板工和鋼筋工，然而對于目前，人工價格不斷在上漲，很多地方出現人工荒，而這種結構正好可以減少人工作業，減少人工造價。

1.1.3 縮短工期，由于梁、柱和板都是成品，類似于鋼結構的施工，現場主要負責組裝，這就節省了鋼筋綁扎時間、模板支設時間、混凝土澆筑時間、混凝土養護時間等，因此會大大縮短工期。

1.1.4 提高工程質量，在框架結構中，混凝土強度特別重要，現澆框架結構由于施工中的不到位可能導致混凝土強度不符合要求，然而預應力框架結構，梁、柱和板在出廠和進場的時候都會檢查，符合強度要求的可以使用，這樣就可以提高工程質量。

1.2 預應力框架結構的缺點

相比現澆混凝土框架結構，預應力框架結構有如下

不足：

1.2.1 整體性較差，由于預應力框架結構是現場組裝的，梁、柱和板不是同時成型的，因此整體性較差。

1.2.2 抗震性較差，梁柱節點連接和梁板連接處，組裝時才進行澆筑，這樣抗震性能相對薄弱。

1.2.3 相對于現澆框架結構，預應力框架結構高度較低。由于抗震性和整體性較差，預應力框架結構高度將會受限。

2 預應力框架結構中存在的問題

2.1 預應力框架結構梁柱連接問題

本設計要求預應力梁為后張梁，成品柱的長度要滿足現澆框架柱鋼筋連接區和非連接區的要求，成品柱和預應力梁如何連接是問題之一。本文提出在梁中和柱的節點部分預留孔道，通過穿過孔道的后張預應力筋將梁和柱連接在一起形成框架后，再進行孔道灌漿，在進行孔道灌漿前，要進行梁柱節點處混凝土的澆筑，確保滿足節點的抗震要求（如圖1和圖2），柱與梁連接的效果直接影響整個工程的質量。此外，本文提出成品柱長度=層高一半-梁高，此處剪力較小。

2.2 預應力框架結構梁板連接問題

預應力板在加工時，以1m為單位，進行制造加工，預應力板為先張的板，端部鋼筋和鋼絞線預留，待梁左右板鋼筋處理后，進行混凝土的澆筑（如圖3）。在板與板的連接處，在板的上部有預留垂直于板的構造的鋼筋，這些鋼筋首先必須滿足結構整體和抗震性能要求，其次可以調節板在平面中的鋪設寬度，當板與板處鋼筋連接無誤后，進行板與板縫處混凝土的澆筑（如圖3）。

2.3 預應力框架結構的抗震問題

在一定的條件下，用抗震性能較差的材料也能設計出抗震能力較好的結構來。反之，即使采用抗震性能好的材料，如果結構的耗能機制選擇及設計不合理，也會使得整體結構的抗震能力較差。本文從梁柱連接、梁板連接處進行主要抗震設計，使其可以提高結構的抗震性能。此外在進行工業化生產梁、板、柱時，選擇材料性能相對好的材料進行加工。

3 預應力框架結構的可行性

3.1 預應力框架結構技術上的可行性

在50年前，我國就已經進行預應力結構的施工，因此預應力框架結構在技術方面有一定的基礎，并且改革開放后，框架結構在我國不斷地發展，在技術方面也具有一定的基礎。20世紀80年代，我國就開始研究預應力框架結構，但是沒有達到工業化生產，大多都是現場的預應力框架結構施工，相對工業化程度較低。本文在預應力框架結構中存在的問題中已經分析了該結構梁、板、柱的處理意見，并且也滿足建筑結構設計和構造的要求。

3.2 預應力框架結構經濟上的可行性

在預應力框架結構的優點中，我們已經分析了預應力框架結構施工比較經濟，可以節省造價，因此，在結構整體性和抗震性滿足要求的情況下，可以考慮預應力框架結構的應用。

3.3 預應力框架結構工業化生產的可行性

預應力技術對建筑工程最大的貢獻是建造大跨度梁、板結構和抗拉結構提供了一種切實可行、經濟合理的結構新材料，同時也為解決設計、施工中的疑難開辟了一條非常規技術能比的新途徑。預應力結構，在工程中應用有一定的廣泛性，特別在橋梁結構中，更為突出。具體的一些施工方法，已經比較成熟，在磚混結構中的裝配式樓板和裝配整體式樓板中也應用比較成熟，因此可以滿足預應力框架結構的施工。鑒于技術和經濟上的可行性，可以將預應力框架中的梁、板、柱成批量成產，以滿足工業化生產的需求，這樣可以在更大程度上節約成本，縮短施工工期。

4 結語

本文在前輩的理論基礎上，提出新形勢下滿足工業化生產的預應力框架結構，這種結構在現場施工和工程造價上都有一定的優越性。本文側重這種結構的優缺點和可行性，并分析了梁、板、柱的處理方法，為這種結構的工業化生產提出一點意見，希望能夠將這種結構更加廣泛地應用于工程中，進一步加快我國建筑市場的工業化發展。

作者簡介：李艷來（1978—），男，河北唐山人，北京天潤建設有限公司烏海項目部項目經理，高級工程師，研究方向：建筑施工；劉征（1970—），男，山東煙臺人，煙臺港集團有限公司規劃建設處工程質量監督科副科長，高級工程師，研究方向：建筑施工。

（責任編輯：秦遜玉）