大跨度預應力混凝土結構設計要點探析

陳玉璐

摘要：大型建筑的建筑形式多會包含大跨度的預應力混凝土結構，這使得大跨度預應力混凝土結構在現代建筑中應用十分廣泛。在進行大跨度預應力混凝土結構設計時，要緊抓設計要點、結合工程實際，從而使設計的混凝土結構更加符合工程要求。文章對大跨度預應力混凝土結構設計中的若干要點問題進行了論述。

關鍵詞：大跨度；預應力；混凝土結構；結構設計；大型建筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU375 文章編號：1009-2374（2015）11-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.012

我國建筑行業的迅速發展，使得相應的建筑結構形式也有所革新，各種新型的、更加符合工程要求的設計及建造技術廣泛地應用到了建筑項目當中來，特別是大跨度預應力混凝土結構的使用，使得原來許多不可實現的建筑設計方案得以施行，尤其是建造體育館、戲劇院、展覽館等大型公共建筑中使用的更為廣泛，該結構的使用促使建筑設計工作開辟了更為廣闊的發展空間。大跨度預應力混凝土結構發展到今天，其結構形式主要有膜結構、網架結構及網殼結構等，而混凝土結構也多會選取鋼與混凝土混合的混合結構及預應力結構，該種結構以其眾多的優點被越來越多的建筑設計工作人員所認可并重視。

1 預應力筋的合理布置

當下我國建筑施工中較為常用的預應力鋼筋種類如下：（1）熱處理鋼筋，這種鋼筋通常具有較高的強度，且松弛較小，同時在進行材料運輸時都是以盤式儲存并供應，免掉了整直及對焊等工藝，用起來十分方便；（2）去除應力鋼絲，這種鋼筋應用于具體的施工時，使用也很方便，且有多種形式可以選擇，如光面鋼絲、刻痕鋼絲等；（3）鋼絞線，此種鋼筋通常會由具有較高強度的鋼絲絞制而成，通常為三股或七股直徑不同的鋼絲，這種鋼筋形式在使用時十分方便，且能夠較好地黏附于混凝土中。

鋼筋布置方案是大跨度預應力混凝土結構設計的重點，其布置方式有多種，最常用的是在跨中板帶中占1/3左右，另外2/3鋼筋布置在柱上板帶中。這種布筋方案對普通鋼筋的設計來說，不僅能確保板受力合理，同時也最省原材料。但在設計板跨相差超過20%及以上的多跨連續板時，設計采用長跨方向集中布筋，跨中板帶布1/3左右或均勻布置，短跨方向柱上板帶布2/3的布置方案更節省原材料，同時也能夠達到較好的載荷承載能力。實際設計過程中也應根據邊跨板的受力特點，更多考慮采用二段拋物線或三段拋物線形式布置。

在具體的施工中應注意以下環節的操作：（1）預應力筋的鋪放順序及位置，必須正確處理好鋼筋鋪放順序與管道敷設、鋼筋鋪放順序與鋼筋綁扎順序之間的關系。鋪放時，應盡量減少交叉穿束，嚴格按設計圖紙中要求的細部構造執行，布置并固定好承壓板及梁端鋼筋網片等；（2）必須保證鋼筋的保護層厚度；（3）應在上、下層鋼筋間設置專門保證矢高的措施，注意防止鋼絞線的互相纏繞，以保證預應力筋的矢高；（4）鋼絞線每隔一定距離（約500mm）應進行固定，以防止澆搗混凝土時變位；（5）當鋼絞線與預埋管路系統發生矛盾時，應以鋼絞線優先。

2 抗震性能設計

不論是何種建筑，其本身都要具有一定的抗震性，而在全球的混凝土結構工程研究界中，都十分重視預應力混凝土結構的抗震問題，而大跨度預應力混凝土結構多是用于一些大型的公共建筑之中，在其建成使用后多為人員密集型環境，如果相應的大跨度預應力混凝土結構沒有達到一定的抗震等級，那么一旦發生地震等自然災害就會造成大量的人身及財產損失，因此在進行大跨度預應力混凝土結構設計時，尤其要注重抗震性能設計。目前國際混凝土結構研究領域都十分關注預應力混凝土結構的抗震問題。經過大量的研究后得出，這種大跨度預應力混凝土結構是可以在地震區使用的，但其與一般的鋼筋混凝土結構一樣都要進行相應的抗震設計及施工。

在具體的大跨度預應力混凝土結構設計過程中，可使用豎向預應力加固鋼筋混凝土結構來達到一定的抗震目的，該結構能有效地抵御水平載荷，并于震后恢復如初。與此同時，處于震區的建筑結構要求具備較好的延性，一般在大跨度預應力混凝土結構中要通過小配筋率對預應力鋼筋進行限制，從而避免出現裂紋。在具體的預應力筋設計中，要注意按照以下步驟進行設計：（1）在詳細分析結構件的基礎上，對處于豎向作用力及橫向作用力的結構件的內力進行計算，還要計算支座及跨中截面的次應力等；（2）依據上步的計算結構布置非預應力鋼筋，并參照內力反算出預應力鋼筋的配置；（3）根據相關的核算結果，補上非預應力鋼筋設計；（4）完成相關設計后，進行方案核查，發現問題及時調整并改進。

3 連續構件設計

對大量的工程建筑實踐案例進行詳細的分析后，得出在大跨度預應力混凝土結構設計中采用單跨預應力梁截面延伸的方式，可以有效地實現連續結構，進而完成連續結構件的設計。這種設計方式具有很多的優點，特別是在多跨結構超載、內力重力分布能力較強時，能夠有效提高彎承載能力。此外，一束預應力筋能夠用于正彎及負彎兩種彎矩筋，這種形式相應地降低了支座處附加彎矩對柱的有害影響，且其受力情況更趨于合理性。當有預應力施于大梁時，就會使大梁較易發生附加彎矩并彎形，這時可對大梁使用多跨連續布置，多排柱共同工作可相應地削弱這預應力。

4 防火設計

在進行建筑設計時，很多情況下都會忽略到鋼筋混凝土的防火性能，因為鋼筋混凝土本身并不可燃，即可忽略其防火設計，但事實上并不是這樣，鋼筋混凝土雖然自身不易燃，但它的防火隔熱性能非常差，當溫度過高并達到鋼筋強度臨界點時，預應力鋼筋就會出現屈服點下滑的現象，使得其相變及蠕變加快，進而造成預應力板強度和剛度都急劇下降，并出現結構裂縫，使其喪失了原有的結構功能，同時，處于高溫環境下的混凝土也會發生撓度變化的情況，同樣造成了結構失穩，如果達到一定的溫度和時間，那么這種大跨度預應力混凝土結構就會表現出明顯的不穩定狀態，甚至發生坍塌等危險事故。因此在進行大跨度預應力混凝土結構設計時，應特別注意所設計的結構要符合國家的設計防火相關規范及規定內容，如《建筑設計防火規范》等。

5 結語

綜上所述，大跨度預應力混凝土結構的存在及發展，為建筑設計及建筑施工給予了巨大的技術支持，預應力混凝土結構的使用可以將高強度混凝土及鋼筋的性能發揮到極佳的狀態，通常其截面較小，自重以及彎矩等也就隨之降低，從而其跨越能力會更強，非常適合在電影院等大型建筑結構中使用，既節省了材料，又保證了相應的施工質量，故被廣泛地應用于現代大型建筑中。雖然該結構具有諸多優點，但也要借助于具有高施工技術水平的施工隊伍才能達到最終的建筑要求，因此，施工單位要積極并嚴格地依照各項技術指標及操作規范進行施工，在工程實踐中不斷改進原有的施工技術，加大對工程施工的管理，避免質量及安全事故的發生，達到提高施工質量的最終目的。

參考文獻

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（責任編輯：周 瓊）