大跨空間鋼結構預應力施工技術研究

(陜西國防工業職業技術學院， 陜西 西安 710300)

鋼結構預應力是現代經濟和科技發展下的產物，也是建筑業一直在推廣使用的新技術，預應力施工技術經過混凝土結構的應用發展到了大跨度空間鋼結構的應用，這一發展體現了我國過程建設技術的進步。給鋼結構施加預應力對于鋼結構結構變形的調控和調整桿件應力分布有著積極的作用，當對鋼結構變形和桿件應力進行有效的調控以后，鋼結構的承載力將大大的提升，可以減少施工過程中的用鋼量，這樣不僅可以節約資源還可以使結構變得輕盈，便于大跨度、大空間的跨越。大塊空間鋼結構的預應力施工技術會涉及到很多的結構形式和各種新型的拉索材料，此外還需要與各種高強材料、高級非線性力學分析和施工技術進行融合，所以其應用的難度還是比較大的，但在近些年來，我國大跨空間鋼結構預應力施工還是取得了顯著的進步和發展，主要以現在拉索材料、結構形式以及施工技術這三個方面。

1 拉索材料的發展

1.1 組裝索

過去的鋼結構預應力中拉索材料主要是鋼絞線組裝索和鋼絲繩組裝索，這兩種方式制作簡單，對于索長制作的要求比較的低，且制作費用較低，所以過去得到了廣泛的應用，但是這種組裝索的縮短節點構造比較的復雜，，所以缺乏美觀性，且這種組裝索的整體性和腐蝕性不強，所以需要對其進行改進，近些年來，鋼絞線組裝索經過不斷的改進，防腐性大大高于傳統的組裝索，且美觀性和整體性更強一些。

1.2 成品索

到現在為止，高強鋼絲束成品索和鋼拉桿成品索已經漸漸的代替了過去的組裝索，被廣泛的應用在鋼結構預應力的施工過程中。這種成品索的質量、性能、美觀度與防腐性大大的提高了，但是成品索的應用意味著錨具形式、節點構造、張拉工藝等的要求將變得更高，施工難度相應的增加了。

2 結構形式的進步

2.1 張弦梁/桁架/網格

在1998年，張弦梁第一次得到應用，它是由上弦鋼構、中間撐桿和下弦索共同構成的，這種結構可以在拉索張拉的過程中允許支座華東，所以對于保證拉索的預張力有積極的意義，保證預張力的主要是上弦鋼構，它還可以促進預應力形成自平衡體系。

2.2 斜拉結構

鋼構、桅桿和斜拉索共同構成了斜拉結構，其中斜拉索能夠給鋼構提供彈性支持，它位于鋼構的上方，在這種布置下，結構內力的狀況將會得到改善，可以減少結構變形和支座彎矩等問題的出現，還可以滿足更大跨度的需求。此外斜拉結構還可以在一定的結構上節約鋼材料。

2.3 預應力鋼桁架結構

預應力鋼桁架結構主要包括了鋼桁架和拉索兩部分，鋼桁架的剛度較大，還可以自己形成結構，拉索可以對桁架內力狀況進行調整，使其處于較合理的狀態。預應力鋼桁架結構的應用非常的廣泛，在北京西客站主站、湖南省政府大樓、成都會展中心、廣東省博物館新館等建筑中都應用了這一結構。

2.4 索桁架結構

承重索、穩定索、中間腹索、腹桿等又是構成所桁架結構的主要成分。其中承重索的主要作用是承受豎向向下的重量，它的線形是下凹的，所以承重量比較的好；穩定索的線形與承重索相反，為負曲率所以它的承重負荷與承重索也是相反的；后面兩種部分是形成整個結構的重要因素。但需要特別注意的是，在索桁架結構中需要使用大綱度的邊梁使預應力保持平衡。

2.5 索拱結構

索拱結構是由拉索和拱組成的，拉索的主要作用是減少拱的推力，從而對拱的穩定性進行提高，索拱結構被應用在了淮海工學院體育館當中。

2.6 弦支穹頂結構

網殼、撐桿、徑向索以及環向索又共同構成了弦支穹頂結構，要在網殼下方布置呈現“N”字形的索桿，這樣既可以對支座的推力進行平衡又可以將建筑結構的整體剛度和穩定性進行提高。弦支穹頂結構的網殼具有多樣性的特征，主要的網殼包括了聯方形網殼、凱威特形網殼以及環柱形網殼等。除了網殼具有多樣性以外，其撐桿、徑向索以及環向索也是有多種形式的。

2.7 索拱頂結構

索拱頂結構主要由四部分構成，分別是脊索、斜索、壓桿和環索。要想保證全張力結構順利成型的一個必要前提是預應力，在意在施工和施工過程中一定要求索拱頂結構具有非線性的特點，但是非線性的索拱頂對于結構分析、結構設計以及施工的要求又是非常的高的，所以需要對結構分析、結構設計和施工技術進行提升。到目前為止，在大跨空間鋼結構預應力的施工技術中索拱頂結構是整個研究中比較重要和核心的部分之一。其中采用剛性屋面的索拱頂在將來會得到迅速的發展和應用。

3 施工技術的創新

3.1 分析和工藝的結合

大跨空間鋼結構預應力施工技術的應用目標是保證設計方案的初始狀態，主要包括了力和形這兩個部分施工要求的實現，需要明白的是，力和形這兩個部分的要求遠遠的高于一般鋼結構的施工要求。理論上要求力和形是完全對應的，但在實際的施工中會發現誤差是無法避免的，所以要求在施工之前就對各項施工部分進行仔細的分析，在施工中將分析和工藝進行有效的結合，從而更好的實現設計的目的。進行分析時需要對結構性能、施工力學和施工成型狀態對結構性能的影響進行仔細的分析。

3.2 節點、索頭和張拉機具的結合

節點、索頭和張拉機具的結合是大跨空間鋼結構預應力施工技術中比較關鍵的技術之一，多樣性的建筑形式和結構形式要求節點形式和索頭形式具有多樣想，而張拉機具需要與索頭和節點進行連接，所以就要求節點、索頭和張拉機具具有匹配性，能夠進行有效的結合。

3.3 鋼構和拉索施工的結合

鋼構性能的形成和改善需要通過拉索和拉索的張力來實現，所以實現鋼構和拉索施工的有效結合是實現結構整體目標的關鍵部分。鋼構和拉索施工的結合主要體現在施工方案。全過程分析以及相互施工誤差影響這三個方面。

3.4 從分析到制作、安裝和張拉的全過程控制

與其它鋼結構的施工控制相區別的是，在大跨空間預應力鋼結構中的施工控制需要從分析開始，貫徹制作、安裝和張拉的整個過程中。所以需要從結構性能、施工力學、制作以及張拉這四個部分進行有效的分析，并對其制作、安裝的整個過程進行有效的控制。

4 結論

由上文可知，大跨度和大空間預應力鋼結構在近些年來取得了迅速的發展，在拉索材料方面，已經從過去的預應力鋼絞線組裝索變成了高強鋼絲束和鋼拉桿成品索，整個拉索材料的質量和性能得到了顯著的發展，此外，拉索材料的索頭變得更加的多樣和美觀，還具有了更加廣泛的適用性。從結構形式來看，我國的鋼結構預應力結構是非常的多樣和全面的，它大大的豐富了預應力鋼結構的應用范圍，從施工技術來看，具有建筑特色的、系統的大跨空間鋼結構預應力施工技術已經形成，但大跨空間鋼結構預應力還在不斷的進行技術改造和創新，力求大跨空間預應力鋼結構能夠不斷的發展，能夠滿足大跨度、大空間建筑的需求。

[1]鄭孟輝. 現澆預應力混凝土連續屋面箱梁的施工監測方法研究[D].湖南大學,2016.

[2]楊震.預應力施工技術在大跨空間鋼結構中的應用分析[J].湖北工程學院學報,2014,34(03):87-89.

[3]郭正興,羅斌.大跨空間鋼結構預應力施工技術研究與應用——大跨空間鋼結構預應力施工成套技術[J].施工技術,2011,40(13):96-102.