預應力鋼結構技術創新研究

徐致君

摘 要：隨著社會生產力的提升和科學技術的不斷進步，我國的預應力鋼結構技術經過長期的發展和推廣，不僅具有夯實可靠的理論基礎，還在實際應用等方面取得了極大的進步。我國對于預應力鋼結構的研究成果也是碩果累累。本文就是針對預應力鋼結構技術的創新進行探討研究。

關鍵詞：預應力鋼結構；技術創新；建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.173

0 前言

1990年以后，我國大量興建公共建筑，公共建筑跨度較大，因此促進了預應力技術與鋼結構的結合，產生了多種鋼結構體系，包括索網、斜拉、索桁架等。在興建公共建筑的過程中，充分發揮了預應力的強度潛力，其具有結構輕盈，時代感強的特點，大大促進了預應力施工技術。

1 應力鋼結構技術在我國的發展概況

1.1 20世紀80年代前發展情況

1950s預應力鋼結構被引入中國，一大批結構專家在傳統鋼結構的基礎上對預應力鋼結構進行研究和探索，針對其結構特點、效益進行了深入細致地研究，并據此完成了一批預應力鋼結構試點項目，包括太原鋼廠——五十三跨、大武口電廠——六十跨等。這些項目都兼具工程性和經濟性，且經濟效益較好。隨后，1960s和1970s期間，預應力結構的研究和發展出現了停滯，直至1980s才再次開始發展。隨著科學技術和工業生產的進一步發展，預應力鋼結構技術突破了平面鋼體系，并與計算機編程技術融合，生成三維空間體系，從該體系衍生出多種復合預應力鋼結構。這些空間結構應用廣泛，所應用的項目經濟效益良好、耗鋼量較少，施工精良、技術先進，具備世界一流水平。

1.2 21世紀以來的發展情況

2000年后，我國開始興建北京奧運會場館，這些場館都是大跨度的公共建筑，促進了預應力鋼結構的進一步發展和應用。預應力鋼結構的實際工程，有力地支撐了該結構類型的科學性、實用性和經濟性。2006年，在多年理論研究和工程實踐的基礎上，我國編制并出版了第一部預應力鋼結構技術規程，編號CECS212：2006。這一規范的出臺旨在促進預應力鋼結構的規范化發展，推動預應力鋼結構的健康發展。時至今日，預應力鋼結構在我國已經具備完善的教研、設計、施工力量，各種技術人員和施工人員會促進預應力鋼結構持續健康發展。雖然我國對預應力鋼結構的研究還存在有待突破的地方，但總體來說我國在這方面仍然處在國際前列，保持領先地位。

2 預應力鋼結構發展中存在的問題

（1）技術人員的專業知識欠缺。鋼筋混凝土結構是我國當前城市建設中最常用、最成熟的建筑結構，在這樣的背景下，設計師、工程技術、施工工人等對預應力鋼結構的了解是不充分的、對于預應力鋼結構的理解是不成熟的。由于對鋼材的生產和加工工藝知之甚少，更無法清楚鋼材內部受力情況，因此無法充分合理地對鋼結構進行設計和利用。

（2）結構設計中出現的問題。盡管有一部分設計師是勇于接受新知識、新技術，但他們未經過科學系統的學習，缺乏實踐經驗和理論指導，他們也無法掌握預應力鋼結構的設計方法。因此工程設計師和施工人員難免在工作過程中出現一些失誤，為實際工程項目帶來不可預估的損失。這對預應力鋼結構的發展十分不利。

（3）設計從業者的誤解與偏見。當前從事建筑設計的設計師們大多接受的是學院派的設計理念，他們偏好四平八穩、結構簡單明了、造型對稱均衡的建筑，這種穩定的建筑形象也更適合傳統的建筑結構和材料。而預應力鋼結構屬于新的建筑結構類型，采用的也是新式建筑材料組合形式，這讓接受傳統建筑教育并且從業期間鮮少變化的建筑師們感到無所適從，并且產生排斥心理。

（4）規范化設計有待提升。如果在一項工程的設計施工過程中，沒有規范約束、沒有章程指導，那么這項工程的完工必定是困難重重，整個工程的實施和管理也必定是混亂的，還會造成不必要的浪費。因此我國出版的《預應力鋼結構技術規程》是及時的、有利于預應力鋼結構發展的。

3 預應力鋼結構技術的創新設想

（1）應力鋼結構技術創新需求。科學的發展只有開始而沒有終點。應力鋼結構是一門新興的應用科學，從它的誕生之始就表現了強大的生命力。由于它的問世和應用，解決了二次世界大戰后一些國家的經濟恢復和物資匱乏的困難。預應力技術應用在鋼結構體系中具有提高結構性能。所以在預應力鋼結構發展的時期，學科的理論研究和工程實踐得到快速發展。20世紀80代至今，僅在我國就興建了近百座大型預應力鋼結構工程。

（2）預應力鋼結構技術創新基礎。 當前，預應力鋼結構亟待創新，筆者認為其創新基礎是十分堅實的。首先，漢城奧運會場館等建筑物是建立在人工邊界基礎上的；美國Ruck-A-Chucky懸索橋則是以自然邊界條件為基礎建成的。此橋由林同炎先生于1977年設計完成，橋體恢弘、橫跨亞美利堅河，橋身為雙曲面懸索，并且連接至兩岸的峭壁，承擔固定橋體的功能；這樣的結構使得橋面荷載轉移至兩岸的懸崖陡壁之上，以巖石山體代替傳統工程結構物。這種充分利用自然條件，大膽采用張拉力系統的做法，是我們對預應力鋼結構進行創新所應該學習的。另外，宇宙天體運轉理論以具有極強張力的引力場為理論基礎的，即此引力場中一個體積約為米粒大小的物質質量單位為百萬噸。根據上述討論，改進后的預應力鋼結構應當扎根于自然界的山體巖石中，形成以自然條件為邊界的的預應力鋼結構創新體系了，也就是零強度、零穩度、零剛度的新體系。

（3）零強度、零穩度、零剛度結構方案的設想。在多個實際項目的基礎上我們發現，預應力技術能夠優化結構剛度，改變結構條件。前述天體理論為我們提供了新型結構體系的設計思路，就是利用預應力技術把桿件中各種內應力轉換為拉力和壓力。從而將原本具備承壓的結構邊界轉換為成拉邊界，這樣一來就改變了力的傳到方式，生成新的結構體系。

4 結語

當前，關于預應力鋼結構技術的應用已經十分廣泛，大量的實踐證明了這項技術的適用性和科學性，這使筆者相信預應力鋼結構技術會在建筑工程中有著光明的應用前景。當然我們也應當保持理性，認識到預應力鋼結構的發展還存在很多不足，理論、技術都有待提升。

參考文獻：

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