建筑預應力混凝土結構設計探究

文/張博智 泛華建設集團有限公司 北京 100082

1、建筑工程中預應力混凝土結構特點

1.1 預應力混凝土概述

預應力混凝土是為了彌補混凝土過早出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，在構件加載以前，預先給混凝土一個預壓力，即在混凝土的受拉區(qū)內，用人工加力的方法，將鋼筋進行張拉，利用鋼筋的回縮力，使混凝土受拉區(qū)預先受壓力。預應力混凝土結構相比于普通鋼筋混凝土結構，優(yōu)點眾多，這種結構的抗裂度與抗?jié)B性都得到了大幅提高，使結構的受力性能發(fā)生了變化，構建的實際剛度得到了增強，構件的變形量逐步減小，應用預應力混凝土技術制作的梁，會減少梁實際承受的剪力與主拉應力，這種梁耐疲勞性強，穩(wěn)定性更強，更安全。

1.2 預應力混凝土特點介紹

1.2.1 抗裂性好、剛度大

在很多的建筑工程中，最經(jīng)常遇到的問題就是混凝土的開裂問題，這在很大程度上影響了工程的質量和破壞了建筑的結構，其主要產生的原因是因為混凝土鋼筋受到剪力和應力而產生的形變。預應力混凝土能夠對構件提供預應力，從而在一定程度上減弱了混凝土受到的應力，降低了形變的發(fā)生概率，從而保證了混凝土結構的穩(wěn)定性，提高了剛度，增加了耐久性。

1.2.2 節(jié)省材料、重量較輕

預應力混凝土采用的材料具有高強度、高輕度、高耐久性的建筑材料，與普通的鋼筋混凝土相比，在建筑施工中只需要很少的材料就可以達到理想的應用效果，因此在結構上預應力混凝土的自重較輕。在施工階段比較具有優(yōu)勢。

1.2.3 抗震性、抗?jié)B性好

預應力混凝土的結構較為均勻，并且收縮性低，不會產生明顯的空隙，因此與普通的鋼筋混凝土相比，其在施工工程中對雨水的抵抗能力較強，防滲能力優(yōu)秀，并且其具有很好的剛度和穩(wěn)定性，因此又具備足夠的抗震性。

2、建筑預應力混凝土結構設計內容

2.1 預應力混凝土的設計驗算

在對建筑預應力混凝土結構進行設計驗算時，首先要滿足施工階段的條件。在荷載方面，預應力荷載必須由減去第一批預應力損失的預應力來確定，至于其他方面要以實際施工情況的極限荷載來確定。在實際施工時，設計人員應考慮好實際的支撐條件來進行方案的設計運作，通過模板的周轉情況，確定施工階段的支撐條件和荷載條件。對于施工中的設計驗算內容，首先要保證在支撐條件和相應的荷載下，混凝土結構必須具有安全性、科學性和穩(wěn)定性。然后，在實際的施工階段中，所選用的建筑材料不可以超過規(guī)定允許的范圍。

2.2 抗震性能的設計

無論什么建筑，都應該具有一定的抗震性能，這個問題在全國乃至全世界都是一個重點的問題。但跨度預應力混凝土結構大多應用于大型的公共建筑之中，這些公共建筑建成之后，人員都相對密集，若是其抗震等級不達標的話，一旦發(fā)生地震等一系列自然災害，將會造成重大的人員傷亡與財產損失，因此，在對其進行設計時，抗震性的設計師重中之重。在進行具體的設計中，可以通過利用豎向的預應力加固其結構來達到抗震目的，這種形式的結構可以郵箱的對水平荷載進行抵御，有利于在震后的恢復。此外，在震區(qū)的建筑應對結構的延性提出更高的要求，一般措施是用小配筋率對其鋼筋進行限制，避免出現(xiàn)裂紋等。

2.3 混凝土結構的屬性設計

混凝土在當今建筑中起到了核心的作用，所以在設計中，一定要注意驗算混凝土的適用性和耐久性。首先，對荷載下的混凝土結構的撓度進行檢驗，一定要注意撓度值不能超過規(guī)定范圍。如果發(fā)生意外，相關工作人員必須盡快采取補救措施。另一方面，就是對裂縫的控制要求，針對每一種情況，在規(guī)定范圍內對裂縫的要求都有所不同。例如，對于有粘結預應力的混凝土在短期荷載情況下，則不能出現(xiàn)裂縫。在長期荷載情況下，則不能有拉應力。而對于無粘結預應力的混凝土，對裂縫的控制則分為一和二兩個等級，每個等級的要求大不相同。如果進行一級控制，不能出現(xiàn)拉應力。如果進行二級控制，則不能出現(xiàn)裂縫。并且，如果相關人員要進行設計驗算時，針對預應力混凝土的拉應力，要準確確定數(shù)值，短期效應取值0.6，長期效應取值0.25。經(jīng)過多年設計經(jīng)驗表明，如果在施工中，混凝土結構的外界環(huán)境和自身狀態(tài)保持良好，則可適當針對短期荷載的裂縫減小控制力，對于裂縫的控制可以降低限度。對于裂縫寬度的限制應確保裂縫最大寬度不能大于0.22mm。

3、預應力混凝土技術在建筑施工中的應用

3.1 先張法預應力混凝土技術的應用

在建筑項目中，通過先張法形成的預應力混凝土，其對建筑項目的鋼筋及對錨固建筑的預應力鋼筋等，都產生了明顯的張拉作用，且效果顯著。首先張拉鋼筋，之后向混凝土內部澆筑，再對預應力進行傳送，傳送需要借助鋼筋和周圍混凝土間形成的粘度完成，最后，當達到既定的強度要求后，松開鋼筋兩側，在此澆筑生產環(huán)節(jié)，需使用專門的夾具及其他相關工具。在整個施工項目中，若混凝土強度達到了設計要求，即與設計強度完全相同時，則預應力鋼筋無需進行拉近操作。與此同時，無論是小型預應力混凝土構架，還是中型預應力混凝土構架，其都可采用先張法完成預應力混凝土的生產。先張法預應力混凝土技術在操作過程中，需要對預應力進行傳送，傳送需要借助鋼筋和周圍混凝土間形成的粘度完成。在操作時，應嚴格根據(jù)相關法律規(guī)章進行。同時，在施工時應注意以下兩點，一是先張力臺座應達到既定要求，即強度值、剛度值在規(guī)定范圍內；二是就受力中心而言，錨板的高度應和預應力鋼筋保持一致，不能出現(xiàn)比預應力鋼筋高，抑或低的情況。

3.2 后張法施工技術

后張法是指構件或澆注混凝土結構的制造。預應力筋在孔位置向前移動。混凝土強度等級達到設計標準后，預應力筋穿過預應力孔，并根據(jù)設計要求控制拉應力。最后，預應力錨索用于部件的有限元分析。孔灌漿方法預應力鋼，使混凝土的結構或結構可以預先張緊。后張緊方法的特征在于預應力肋直接朝向部件延伸。因此，混凝土的彈性壓縮不直接影響預應力筋有效預應力的建立。后張法適用于大型構件（如桁架）的現(xiàn)場生產。避免長距離運輸大型零件的麻煩。后張法是一種預應力工藝。它也可以用來組裝預制件。諸如大跨度屋頂?shù)却笮蜆嫾梢灶A先成形為小塊并運輸至施工現(xiàn)場。預應力組合成一個整體。或者在各種部件到位之后，它們可以組裝成預應力、預應力結構。預張緊預應力的傳遞主要取決于兩端預應力筋的錨固。

結語：

預應力混凝土在建筑工程結構設計施工中的應用，能夠有效的提升建筑結構的強度，使建筑的耐久性以及穩(wěn)定度得到有效的提升，為人民的生命財產安全提供穩(wěn)定的保障。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展與進步，我國建筑工程項目的數(shù)量也在不斷的增加，在工程項目結構設計施工的過程中，科學合理的應用預應力混凝土能夠有效的提升建筑的質量，確保我國建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和社會的和諧與經(jīng)濟的穩(wěn)定。