淺談預應力技術在建筑結構中的應用

宗勝超

摘 要：通過對各種預應力結構形式的分類說明，和對預應力平板結構優點的重點闡述，分析和比較預應力結構的競爭力所在及其適用范圍，達到預應力技術在建筑工程中推廣的目的。

關鍵詞：預應力 現場施工

1 前言

預應力結構的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結構、有梁大板框架（或剪力墻）結構、轉換層結構、門架結構和吊車梁以及特殊結構如水池、筒倉、大懸挑結構等。

2 預應力平板結構

傳統的普通鋼筋混凝土梁板結構體系，需在柱間及隔墻下設置框架梁和次梁，這必然導致室內明梁縱橫交錯，降低了樓層的有效高度，影響了室內美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內功能的重新調整比較困難，若設計中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結構或預應力平板結構，以上問題則迎刃而解；工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結構，由于內隔墻較多，附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級及撓度滿足規范要求，計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經濟。因此，為了提高整個樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結構自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應用的現代高效預應力混凝土結構技術，將整個樓蓋設計為后張部分預應力混凝土無梁平板結構是一個良好的選擇。這種預應力無梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內明梁全部取消，僅在必要的地方設暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個室內頂板為一整塊的平面。

這種結構具有各種預應力結構的許多共性，其優點主要有：

2.1 有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度

對于有地下室的大型建筑或高層建筑，常常把地下室作為車庫或商場。底板、頂板均可做成預應力平板；局部配電房，發電機房等需層高較高者，可局部下挖，使之達到設備高度要求；這樣，在地下室中，則降低了層高，減少了水壓力，減少了底板支模工序及基坑開挖深度，減少了外墻砼用量，從而降低造價。若是把上部結構也做成預應力結構，或選平板結構或選有梁大板結構，均能擴大柱距，使柱子和基礎數量減少，也增加了室內的凈面積。車庫可以比上部結構做普通結構多出許多個車位出來，商場則可以擺放更多的貨品欄。

2.2 利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高

對于6m～9m跨度的樓蓋體系若采用普通鋼筋混凝土梁—板結構，梁板需要占去700mm～1000mm的凈空，若采用預應力樓板后，室內明梁取消，板厚為180mm～200mm（托板部分總高度300mm～350mm），這樣在凈空部變的情況下，每層可以減小500mm以上的層高。

2.3 利于改善結構的使用功能

預應力樓板對用途的改變極容易適應，在任意位置均可以設置隔墻，方案可以是多種多樣，可給用戶最大的自由度，使房屋使用功能及檔次得到很大的提高，是房屋銷售的一大賣點。另外預應力樓板取消了室內明梁，避免了由于管線及通風管道的鋪設使層高大大降低的問題，同時也為管道的安裝提供較大的方便，預應力平板的分隔墻可以任意間隔，更是解決了各層各戶布置均不同帶來的普通梁—板結構設計及使用之間的矛盾，這點也對回遷房的分割帶來極大方便。

2.4 具有優越的抗裂性，減少鋼筋用量 ，降低結構的造價。

在預應力混凝土結構種預應力筋可產生一個向上等效荷載，同時在板中產生一個軸向壓力，使平板剛度提高，撓度大大減少，抗裂性能也大為提高。第一普通鋼筋用量減少，預應力筋強度高，且一條預應力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋，使預應力筋的使用效率大大提高；a有梁板往往以極值代替平均值進行抗彎設計，無梁板直接以平均值進行抗彎設計； b預應力結構不需要為控制裂縫或提高剛度增加普通配筋，裂縫控制要求越高，預應力結構優勢越大（如地下室底板、有填土的頂板等）；第二對于車庫、商場、倉庫、有吊頂的辦公樓，可以在柱頭處加托板，使結構的斷面與彎矩圖較充分地協調，大大減少預應力筋用量。第三模板較普通梁板結構少25-35%，而且預算定額直接費較低。大量的工程實踐及對比分析表明，結構選型及設計合理的預應力無梁樓板結構已經不斷地改寫和滌蕩者無梁板結構比有梁板結構造價高的傳統觀念。

2.5 采用預應力混凝土平板結構，施工進度可以加快

（1）預應力混凝土平板結構取消了許多梁，模板用量明顯減少；而且模板安裝簡單方便，節省時間。

（2）采用預應力混凝土平板結構后，樓面結構的普通鋼筋用量將減少，而且減少的大多是綁扎費時費力的梁鋼筋，平板鋼筋綁扎快捷方便，預應力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進行，節省時間。

（3）當混凝土強度達到設計強度的75%時即可進行預應力筋的張拉，張拉過程中可以照常進行上一層樓面的施工。張拉完成后，即可拆除模板，而預應力張拉不占施工工期，節省了時間。大量工程實例表明，并不會因為采用了預應力而增加工期，相反，預應力平板的施工速度要快于一般的梁板體系，這與常規想象有很大的不同。

3 有梁大板框架（或剪力墻）結構

這種大板配合預應力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如9米跨的預應力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預應力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。

4 轉換層結構

我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多，大多數轉換層結構形式有成功地采用預應力技術的例子：如位于8度抗震設防區高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2～4層高達4800mm的預應力轉換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設置了2000mm的預應力厚板和3500×3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉換層；上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成，塔樓在60米左右不等，塔樓扭轉48度，上下層錯位，采用厚970mm長約140m寬為40m～70m不等的不規則梯形預應力厚板作為該多塔高層的轉換層。

5 特種結構

隨著公共事業的發展，各種特殊功能的構筑物不斷出現，有些特殊構筑物的使用功能及受力性能常常需要預應力技術才能實現，預應力技術在這些特殊功能構筑物中發揮了重要的作用。

5.1 大懸挑結構

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風格各異，使預應力技術的應用豐富多彩。隨著鋼結構的發展，許多雨蓬采用鋼結構，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費用都比較高，所以在適當跨度內預應力混凝土結構還是有很大的優勢。

5.2 儲罐與筒倉

一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預應力技術廣泛用于這種結構主要利用預應力主動軸力來抵抗混凝土拉應力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結構，環壁的混凝土只受環向軸力作用，正是預應力最適合的結構形式。繞絲后張預應力混凝土水池在國內應用了幾十年，主要采用預壓應力來抵消由于水對筒壁產生環向拉應力。這樣用高強鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來可觀的經濟效益。

6 結語

預應力技術經過了幾十年的工程實踐和不斷研究，已經是比較成熟的一項工程技術，在今后的發展中，還將日臻完善。工程實踐告訴我們，預應力技術以種種優勢，在某些建設領域有著強大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領的領域仍然具有強大的發展力。

參考文獻：

[1] 第十二屆全國混凝土及預應力混凝土學術交流會論文集[C].2003.

[2] 呂志濤，孟少平.現代預應力設計[D].東南大學.