預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

關(guān)雅賢　李秀芳

摘 要：通過對各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式的分類說明，和對預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)優(yōu)點的重點闡述，分析和比較預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的競爭力所在及其適用范圍，達到預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中推廣的目的。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；現(xiàn)場施工

隨著人們消費觀念的改變，對住房和工作環(huán)境及消費水平的要求也越來越高，住宅要求有較好的內(nèi)景，辦公室要求有開闊舒暢的空間，建筑要追求較大的凈高預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，輕松的實現(xiàn)了這些要求。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉、大懸挑結(jié)構(gòu)等。

1 預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯，降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，由于內(nèi)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(guī)范要求，計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟。這種結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的許多共性，其優(yōu)點主要有：

1.1 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(yù)應(yīng)力平板；局部配電房，發(fā)電機房等需層高較高者，可局部下挖，使之達到設(shè)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(jié)構(gòu)也做成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，或選平板結(jié)構(gòu)或選有梁大板結(jié)構(gòu)，均能擴大柱距，使柱子和基礎(chǔ)數(shù)量減少，也增加了室內(nèi)的凈面積。車庫可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個車位出來，商場則可以擺放更多的貨品欄。

1.2 有利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高

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

1.3 有利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能

現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自已的愛好，經(jīng)營商品的組成變化，需要對商場及辦公樓進行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時期因業(yè)主的變化，都會有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對用途的改變極容易適應(yīng)，在任意位置均可以設(shè)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。

1.4 具有優(yōu)越的抗裂性，減少鋼筋用量 ，降低結(jié)構(gòu)的造價。

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)種預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個向上等效荷載，同時在板中產(chǎn)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。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)的造價是因為，第一普通鋼筋用量減少，第二對于車庫、商場、倉庫、有吊頂?shù)霓k公樓，可以在柱頭處加托板，使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào)，大大減少預(yù)應(yīng)力筋用量。第三模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25-35%，而且預(yù)算定額直接費較低。第四無梁板混凝土可用較大粒徑碎石，定額價一般較低。大量的工程實踐及對比分析表明，結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫和滌蕩者無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價高的傳統(tǒng)觀念（這種觀念在一般的教科書中都有表述，因此根深蒂固）。

1.5 施加預(yù)應(yīng)力后樓板的模板就可以拆除，施工方便，速度快

采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，施工進度可以加快，這主要是因為：

a. 預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)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(jié)省時間。

b. 采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)后，樓面結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進行，節(jié)省時間。

由于以上預(yù)應(yīng)力無梁結(jié)構(gòu)施工省人力、省模板及鋪材、模板周轉(zhuǎn)加快、施工周期縮短（從而人工費用減少）的特點，有過體驗的土建施工單位，更樂于這種結(jié)構(gòu)的施工。

2 有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)

有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子于柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點。若這種大板配合預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。

由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。

3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

最近我國高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經(jīng)濟上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟。因此我國高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多，大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子：如位于8度抗震設(shè)防區(qū)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(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設(shè)置了2000mm的預(yù)應(yīng)力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)48度，上下層錯位，采用厚970mm長約140m寬為40m~70m不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。

4 特種結(jié)構(gòu)及其他

隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。

4.1 大懸挑結(jié)構(gòu)

體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運會興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)；江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學(xué)院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，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(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢。

4.2 儲罐與筒倉

一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力來提高抗裂性能；尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)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(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實踐告訴我們，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢，在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強大的發(fā)展力。

參考文獻

[1]《第十二屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)交流會論文集》2003.10

[2]《現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計》 東南大學(xué) 呂志濤 孟少平

作者簡介：關(guān)雅賢（1963年-），女，遼寧建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗師，主要從事建筑材料檢測方面的研究。