建筑施工应用的预应力技术及问题分析

建筑施工工程中，在结构构件承受外载荷之前，对于受拉区域里的钢筋，施加预压应力，从而提高构件的刚度，并且推迟了裂缝出现的时间，增加了建筑结构的耐久性，这便是预应力技术。建筑施工中应用预应力技术的优点在于，可以对结构构件的刚性进行提高，减少其弹性变形和振动，这样一来可以使材料的使用性能得到改善。正如，一个木桶在没有装水之前用铁箍套紧桶壁，这样就会对木桶的桶壁产生一个环向的压应力，如果施加的压应力超过了水压力，那么木桶就不会产生开裂漏水的现象。预应力结构的形式是多种多样的，常用的形式有：预应力平板结构、有梁大板框架(或剪力墙)结构、转换层结构、预应力钢结构、门架结构和吊车梁以及特殊结构如水池、筒仓、大悬挑结构等。

二、预应力技术的应用

1、预应力平板结构

传统的梁板结构体系，需要在柱间及隔墙下设置框架梁和次梁，结果导致室内的明梁纵横交错，既降低了楼层的有效高度，也影响了室内美观和使用功能，同时装修起来也比较困难。若设计中楼盖体系采用预应力平板结构，以上的问题则迎刃而解。因此，近年来在大量建筑工程中广泛地应用预应力平板结构技术，从而提高整个楼盖的抗裂性能，减少板层厚度，减轻结构自重，提高其使用性能。这种预应力平板结构，只在楼板周边、局部少数有隔墙的地方以及洞口边缘保留必要的边梁，然后在必要的地方设暗梁以改善楼板的承载能力，室内明梁全部取消，这样整个室内顶板为一整块的平面，既简洁又美观。对于地下室作为车库或商场的大型建筑或高层建筑，通常将底板、顶板做成预应力平板，这样，在地下室中，降低了层高和水压力，减少了底板支模工序以及基坑开挖深度，降低了工程造价。若是把上部结构也做成预应力平板结构，便能扩大柱距，使柱子和基础数量减少，增加室内的净面积，这样可以使车库多出许多个车位，商场则可以摆放更多的货品。

2、转换层结构

随着高层建筑的迅速发展，很多综合性建筑在其下部都需要大柱网、大空间的公共设施，从受力的角度讲这样是不合理的，解决这种矛盾的最常用方式就是设置结构转换层。转换层通常采用预应力技术来分阶段承担上部结构的荷载，或者减少厚板中普通钢筋的用量，这样一来，能够减小转换构件的尺寸，也更加容易控制裂缝和挠度，减轻支撑负担。

3、预应力钢结构

社会对各种大型站台，展馆对大跨度和大空间的需求越来越多，采用预应力钢结构就可以很好地解决这个社会需求。近期投建的奥运场馆就是预应力钢结构“撑起”来的场馆，如奥运乒乓球馆。在奥运场馆修建之前，国内并没有一本用来规范预应力钢结构的技术规程，在这个摸索和实践的过程中，我国不仅基本自主建成多个预应力钢结构的奥运场馆，还因为奥运场馆建设，诞生了《预应力钢结构技术规程》，相信这本规程对于我国预应力钢结构的推广会有重大作用。

4、储罐与筒仓

大型筒仓的受力很复杂，既有堆料产生的力，又有日照和季节温差产生张力，甚至有堆料自身产生热量等，因此对抗裂的要求比较高。利用预应力技术可以通过预应力主动轴力来抵抗混凝土的拉应力，从而提高抗裂性能。通过环向预应力筋，解决的不仅是堆料产生的径向力，还能解决相对超长产生的收缩应力。

5、预应力混凝土结构体系

有些地区(如沿海地区)的露天结构，若采用钢结构，施工非常快捷，但是存在维护难度大、维护费用高、结构耐久性略差缺点，采用普通混凝土结构又有自重大、跨度小、无法满足建筑空间需求等缺点，而预应力混凝土结构就能解决大跨度、复杂造型与结构的矛盾问题。预应力混凝土结构能满足高耸、大跨度、大悬挑、重荷载及一些复杂结构(如预应力混凝土的电视塔、压力容器及核安全壳)等的受力要求。

三、对预应力混凝土结构体系进行具体分析

预应力混凝土结构体系的工作原理就是通过其对混凝土结构将预应力的钢筋进行合理地布置，并在混凝土强度达到了一定的要求时，将预应力钢筋进行张拉，从而产生了和外载荷效应相反的载荷，该载荷可以对抵消全部或者部分外载荷，这样就会使混凝土结构受到实际的剩余载荷明显减少，实现了当梁板跨度和其所受的外载荷相同的时候，截面积和尺寸明显减少;截面的尺寸与所受的外载荷相同时，结构的跨度明显增大这一重要的目的。目前，预应力混凝土结构不仅广泛地应用于工业与民用建筑的屋架、空心楼板、吊车梁、大型屋面板，交通运输方面的桥梁、轨枕，以及电杆、桩等方面，而且还应用到矿井支架、海港码头和造船等方面，预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比，除了能提高构件的抗裂性能和刚度外，还能增加构件的耐久性、节约材料、减少自重等优点。

1、预应力混凝土结构在应用中可能产生的问题

(1)混凝土构件内部自身的收缩和水化作用引起的混凝土构件体积的不均匀变化使混凝土内部产生较大的应力而开裂。

(2)外界环境温度变化导致结构构件热胀冷缩，由此引起的构件间的不均匀变形和位移对于超静定结构可能引发较大的约束应力。外界温度的变化也可造成局部构件内部各处的温度差异，从而导致构件内部各个位置的不均匀变形，引起结构的内部约束应力。

2、应对措施

(1)在进行承载能力设计时，应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的原则。避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

(2)严格控制混凝土原材料的质量，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少(1～1.5%以下)，合理掺和塑化剂和减水剂。

(3)加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度;也可采用两次振捣技术，来改善混凝土的强度，提高抗裂性能。

(4)一方面减少混凝土收缩与温差引起的应力，另一方面要选择合适的预应力度，避免施加预应力产生的次内力导致端部抗侧构件的破坏。

(5)增配构造筋以提高抗裂性，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。

(6)在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。

在结构设计中还应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，应该在施工后浇带，带宽度为0.8~1.0m，间距30m左右，一般一个月以后采用强度等级比原混凝土高5MPa的无收缩混凝土浇灌密实。

四、总结