大面積預應力技術在建筑框架結構設計中的應用探討

文/侯少璞　鄭州大學綜合設計研究院有限公司　河南鄭州　450000

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大面積預應力技術在建筑框架結構設計中的應用探討

文/侯少璞鄭州大學綜合設計研究院有限公司河南鄭州450000

【摘要】隨著社會經濟的快速發展，促使我國的高層建筑也日益增多，各種新穎的建筑結構也在不斷涌現。在這種發展趨勢下，建筑工程的設計以及施工技術水平也在不斷提升，在一些大型的、大空間的框架結構設計和施工中，預應力技術也更多的普及和應用。本文就大面積預應力技術的設計要點及在建筑框架設計結構中的應用進行簡單的介紹和探討。

【關鍵詞】預應力技術；建筑；框架結構設計

隨著社會和經濟不斷發展，人們的生活水平得到了一定提高，也更加注重精神享受及生活的品質。因此，對工作環境和住房提出更高的要求。在這種市場需求下，逐漸形成了舒適的住宅建筑、開闊的辦公環境，這些都對建筑物的大空間、大跨度提出來更高的要求，也促使了預應力結構的產生和應用，它的出現滿足了人們對建筑物空間和功能上的需求，同時豐富多樣預應力結構形式為建筑行業也做出了極大貢獻。

一、預應力技術概述

隨著社會經濟的快速發展，建筑項目也越來越多，鋼筋的應用數量也在不斷增加，鋼筋混凝土已經成為當前工程建筑中使用最多的材料，而預應力技術通常都應用在混凝土中。預應力技術就是指在建筑工程結構還未受到外界壓力時，建筑單位通過提前給構件模塊中的鋼筋施加預應力和壓應力，提高構件的剛度，推遲結構裂縫出現的額時間，增加構件的耐久性，有效減少應力荷載，減小了結構裂縫的產生[1]。預應力技術的運用，提高了構造本身剛度，減少了構件的彈性變形，可有效提高工程建筑質量，使建筑材料充分發揮自身強度，同時也有效的避免了建筑裂痕的問題。基于預應力技術的諸多優勢，使其在建筑工程中廣泛應用。

二、大面積預應力技術的設計要點

大面積預應力技術也被廣泛的稱為大面積混凝土技術，它在現在建筑工程中被廣泛使用，其中在設計工作中，主要的設計要點有以下四個方面：

（一）大面積預應力技術結構方案選擇

大面積預應力混凝土結構，可以根據柱網尺寸的大小選擇不同的結構方案，跨度較小且跨數較多的框架結構，一般適宜采用梁高稍小的寬梁結構[2]。在跨度相同的條件下，采用預應力方案的結構層高度可比普通結構層低300～500mm，這樣可在保證滿足室內凈高的要求下，降低樓層高度，進而降低建筑物總高度，在抗震等級不變的情況下，增加建筑物層數，在節省建筑材料和設備產品的同時，產生更多使用空間。同時，對地下工程而言，可在滿足使用功能的情況下，降低地下室層高，減少土方開挖量，節約大量的工程造價和人力成本。

（二）預應力度與抗裂控制

所謂預應力度，即預應力混凝土結構中所施加的預應力大小的程度，它直接影響結構在荷載作用下受拉區截面的應力狀態。預應力度常按以下幾種方式定義：按彎矩（內力）比或應力比；按預應力筋和非預應力筋混合配筋的部分預應力比或預應力指標表示；按平衡荷載比表示。預應力構件從“使用階段構件的截面應力狀態”及“構件的截面配筋方式”可以分為全預應力和部分預應力。全預應力構件在荷載反復作用下，鋼筋應力變化幅度小，因此耐疲勞性能較好，抗裂度高；部分預應力構件，結構延性和能量吸收能力較好，有效避免構件發生脆性破壞，同時，其中的普通鋼筋有利于分散裂縫以減小裂縫寬度，增強構件的耐久性。

（三）伸縮縫的設置問題

由于現在社會的快速發展和經濟水平的不斷提高，因而高層建筑不斷涌起，住房問題也顯得更加緊缺。由于工程建筑平面尺寸面積的不斷增大，所以工程師在結構設計方面盡量少設或不設伸縮縫，采用預應力混凝土技術，可以增大伸縮縫的間距[3]。從現有的工程實踐中看，只要預應力筋是連續的，都可以不設縫。但是也要針對所建工程的具體情況，要綜合技術與經濟等因素，確定是否需要設縫，不能自己隨意設置設縫的長度，特別要注意的是大噸位有粘結預應力筋的施工難度和避免預應力損失過大。

（四）多跨度梁預應力筋的連接與配置

在對多跨度梁的預應力筋進行配置時，首先要確保預應力梁的跨截面以及預應力筋的高度不變；其次，為了保證預應力筋引起的荷載與設計要求相符，需使各跨截面的荷載彎矩值相等。通常而言，各跨預應力筋的高度與其外荷載彎矩值之間具有顯著的線性相關性。

三、建筑框架結構設計中預應力技術的應用分析

在日常的工程建筑結構設計中，常見的設計結構就是預應力結構，因此現代化建筑的外觀、荷載分布以及結構設計都與傳統的建筑結構存在差異。與一般的梁大板框架技術、預應力平板結構技術以及轉換層結構技術相比，預應力技術由于其具有結構穩定性強、跨度大、設計結構相對簡單等優點，因此在我國的現代化建筑框架結構設計中應用非常廣泛。

（一）應用預應力平板結構

如果構造的鋼筋混凝土板結構較為普通，施工人員采取的措施常常為將一個橋梁設置在隔墻框架和柱體結構之間，但是這種設置使得房子的明梁顯得比較亂，對整個建筑的實用性和美觀性都有較大的影響，而且還會在一定程度上影響之后的裝修。我們很難想象，建筑物尤其是比較大的寫字樓或者商場，連續使用幾十年都不重新分隔建筑的空間。實際上，如果將預應力平板結構用于建筑體系中，就不會出現上述的問題。如果將普通鋼筋混凝土無梁平板結構應用在建筑工程中，會增加附加荷載，如果內墻較多，又要保證裂痕控制等級與規范要求相符合，就會增加普通鋼筋的用量，增加工程造價。而預應力平板技術則是在需要的地方設置一定的暗梁，同時在樓板周邊設置一定的邊梁和在局部部位設置少數墻，這樣的結構布局不僅沒有影響房屋的美觀性，同時改善了樓板的受力性能。有利于增加建筑物樓層的凈空高度和改善結構的使用功能。

一般現在的多數業主會根據自己喜好及需求，把辦公樓和商場進行了分隔，便于自己合理利用資源，這種現象比較常見。因此，預應力樓板可以在任意位置設置內隔墻，設計方案可以靈活多樣，使房屋的使用功能和檔次得到很大的提高。

（二）有梁大板結構的應用

有梁大板結構和平板結構有一定的相似之處，有梁大板結構是在預應力技術中在柱子和柱子之間設置一個明梁，在混凝土樓板中布置隔墻，由于柱子之間的距離比較大所以省去了次梁的施工，同時也避免了室內明梁結構的布置交錯，有梁大板結構的設計可以使樓層結構抗裂性能高、室內結構好。由于這種結構設置帶有明梁，結構仍然屬于框架結構，可以用于抗震設防烈度比較大的地方[4]。有梁大板結構適用于住宅，可以不設次梁，提高了室內的美觀性，也有利于用戶后期自行隔斷房間，即使換了新住戶，仍然可以自行設置房間結構，這種有梁大板結構的應用受到了廣大住戶的好評。

（三）轉換層結構的應用

近些年，我國高層結構正在飛速發展，且在很大數量上都是綜合性的建筑，需很多大柱網與大空間公共設施，根據受力角度來看這不合理，則便需要應用到轉換層結構。伴隨預應力技術的日漸提升，促使著預應力材料以及施工的價格逐漸降低，通常狀況下，預應力混凝土結構相比于鋼筋混凝土結構而言要更加的經濟實用。所以，目前我國的高層建筑轉換層結構中運用到預應力技術的時候逐漸變多。

結語：

在建筑框架結構設計中有效運用大面積預應力技術，可提高抗裂性能，從而增加建筑物版面抵抗拉應力的能力，有效避免超長結構必須留設伸縮縫相關問題，在一定程度上也節約了原材料，同時也降低了結構的造價。這項技術經過了幾十年的工程實踐和不斷研究，已經逐漸走向成熟，在今后的發展應用中還會更加完善。預應力技術設計方案的質量要求是影響是我國建筑結構質量安全的基礎[5]，在某些建筑領域有著強大的生命力和競爭力，在建筑領域具有強大的發展力。

參考文獻：

[1]王朋朋,秦素貞.預應力技術在工民建框架結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版）,2015,12(6):60-60.

[2]路福特,劉長青.預應力技術在工民建框架結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版）,2015,32(29):3146-3146.

[3]馮廣彬.預應力技術在工民建框架結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版）,2014,14(36):4171-4172.

[4]林華明.探究預應力技術在工民建框架結構設計中的應用[J].建筑工程技術與設計,2015,16(19):278-278.

[5]韓玲玲.預應力技術在工民建框架結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版）,2015,28(3):2657-2658.