分析預應力技術在工民建結構設計中的應用

王金金 雷兵

【摘要】針對工民建結構設計中的預應力技術，分析該技術應用原理，了解先張法預應力技術、后張法預應力技術、預應力加固技術、預應力混凝土技術、轉換層結構預應力技術的應用要點，總結技術實際使用成效，肯定預應力技術在優化結構強度、穩定性方面的作用，為今后工民建結構設計提供技術參考。

【關鍵詞】預應力技術;工民建結構;承載力;混凝土結構

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.139

預應力技術是建筑行業結構設計的關鍵技術手段，應用預應力技術可以提升結構性能，減少結構裂縫的產生，避免材料浪費，還能夠延長結構的使用期限。工民建結構設計中應用預應力技術，可以滿足結構基本功能要求，加強整體美觀性與安全性。但是預應力技術的應用，還需要深入分析技術和工民建結構的契合性，通過預應力技術加強結構設計質量，以免結構被破壞。

1、預應力技術應用原理

工民建結構設計中運用預應力技術最為明顯的優勢，是提高混凝土結構的抗拉強度與抗壓性能，但是結合一直以來積累的經驗發現，預應力技術的抗壓性能還需要提升[1]。外部荷載作用進行至混凝土構件之前，需要通過人工的方式向其施加壓力，混凝土結構內部鋼筋張拉形成預壓應力，便可以將外部荷載產生拉應力抵消或是減弱。對鋼筋混凝土受拉部位施壓，憑借所具備的抗壓強度將抗拉程度提高，便是工民建結構設計中運用預應力技術的基本原理。

2、不同種類預應力技術的應用

2.1先張法預應力技術

預應力技術包括先張法、后張法兩種，一般先張法預應力技術適合中小型構件的生產，先張法預應力技術需要提前張拉預應力鋼筋，將其固定制鋼模、臺座之上。隨后開始混凝土澆筑、放松張拉鋼筋，操作期間混凝土強度要達到設計標準75%[2]。

2.2后張法預應力技術

后張法預應力技術在工民建結構設計中比較常用，澆筑混凝土環節，需要先保證混凝土強度達到設計標準75%之后方可張拉鋼筋，保證預應力技術的實際應用效果。采用后張法預應力技術，開始混凝土澆筑前預留鋼筋孔道，當滿足預定強度后孔道內部插入預應力鋼筋，隨后開始張拉，在孔道中灌入水泥漿便可以構成整體結構。通常預應力技術利用錨具達到預應力傳遞的效果，并且也不會對整體強度造成明顯的影響。通過混凝土收縮或者分割之后再拼接這種方法，構建大件整體能夠保證生產環節的質量。

2.3預應力加固技術

要想提高工民建結構承載力，延長建筑物的使用期限，在結構設計階段建議運用補強構件，可以滿足設計規范。預應力加固技術在實際應用中，可以通過調整結構受力體系加固、體外預應力加固或是建筑面補強層加柱加固的方式，達到預期加固效果。實際施工環節工作人員要對混凝土結構加固過程中初始應變卸載情況進行觀察，不同種類的構件要提前施加預應力，確保構件受拉區能夠形成壓應力之后，可以優化初彎矩階段構件壓應變與拉應變參數值。受彎構件應用預應力加固技術，建議采用粘貼碳纖維片材，因為該類型的片材具有較高的強度，施工環節也十分方便，結構設計與施工環節如果混凝土內已有初始內應力存在，抗應變結構作業完成、初始壓應變加工處理已經獲得相對滿意的效果，那么混凝土受壓區的壓應變大于極限壓應變，就有可能會超出構件極限承載力[3]。通過粘貼碳纖維片材，針對受彎結構進行處理，提前施加預應力，確保碳纖維片材形成初始抗應力，之后施工環節的碳纖維片材能夠具備強度與應力，避免混凝土構件破損。

2.4預應力混凝土技術

工民建結構中運用預應力平板開展地下室建筑的設計與施工，是相對常見的設計方法。采用預應力扁梁樓板、預應力密肋板，也可以分別進行商場、教學樓、車站、體育館等不同建筑的結構設計。應用預應力混凝土技術作用在于降低結構層的高度，如果跨度一致，那么預應力結構層的高度低于普通結構，便可以保證室內凈空高度，工民建建筑的總高度也會因此降低，達到節省材料與成本的效果。如果建筑物高度一致，可以能夠增加建筑樓層數量，地下室部位的施工，有利于減少基坑開挖這一環節的工作量，發揮預應力混凝土技術作用，提高工作效率。

2.5轉換層結構預應力技術

在結構轉換層應用預應力技術需要結合樓層實際用途，明確相應的結構形式。工民建結構軸線與墻體的設置、室內空間與用房設置，或者公共空間的布置，均需要通過預應力技術，保證設計合理性。基于預應力技術的轉換層結構設計，由于結構下部的樓層有比較大的受力，以免樓層受力不均勻降低結構穩定性，通過預應力混凝土，并且憑借混凝土在強度、承受能力等方面的優勢，加強轉換層結構穩定性。

3、工民建結構設計中預應力技術的應用效果

應用預應力技術需要明確產生預應力的來源。結構設計時，施加預應力之后可以優化使用結構的效果。現階段工民建結構設計，結構使用過程中預應力將荷載引發拉應力抵消，施工階段預應力技術通過混凝土模塊提高結構承載力。結構在外力影響下，還可以通過預應力技術進行調整，保證結構承載力。

預應力技術在預應力混凝土管樁階段的設計中得到應用。預應力混凝土管樁連接承臺，預應力鋼筋插入至管樁的頂部位置，并錨入基礎承臺長度不小于La。混凝土填芯混凝土強度等級不小于C30，抗壓樁填芯長度大于1.2 m，抗拔樁填芯混凝土高度不小于3 m。與此同時，混凝土預應力混凝土管樁的拼接，通過焊接連接的方法，有效優化了管樁內部鋼筋和端板之間的傳力，使得接頭連接強度超過管樁樁身強度，保證結構穩定性。

結語：

綜上所述，預應力技術作為一種建筑領域的常用工藝手段，在結構設計時，可以加強結構整體穩固性，減少材料、成本大量投入，提高結構設計各個環節的工作效率，強化工民建結構的性能，以免后期建筑物面臨質量問題。

參考文獻：

[1]朱建甫，熊小林，馮遠，等.預應力技術在某機場航站樓大廳結構設計中的應用[J].建筑結構，2018，048（001）：1-4.

[2]孫巖波，李晨光，彭雄，etal.裝配式預應力混凝土框架-剪力墻結構施工技術應用研究[J].施工技術，2018（4）：32-34.

[3]賈斌，李柯燃，黃友幫.大跨斜拉空間結構預應力施工控制及監測技術[J].施工技術，2018，v.47;No.514（15）：78-82.

作者簡介：王金金（1988-），山東泰安人，碩士研究生，工程師，主要從事建筑工程結構設計工作。