探討預應力混凝土技術在建筑工程中的應用

羅鉅華

摘要：隨著現代市場經濟的不斷發展，普通混凝土在抗裂方面的性能很弱，而預應力混凝土剛才彌補了普通混凝土這一缺陷，使得混凝土的使用范圍更加廣泛，然而預應力結構的形式也越來越豐富多樣，預應力技術己在建筑領域得到廣泛應用，本文通過對有梁大板框架結構、轉換層結構和無梁平板結構這三種預應力結構形式來說明預應力技術在施工以及應用方面的一些優點。

關鍵詞：預應力技術；混凝土；建筑施工技術

中圖分類號：TU757 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0064-02

1 前言

隨著經濟的不斷發展和人們物質生活水平的不斷提高，人們對其工作和生活環境的要求也越來越高，對住宅要求有較舒適的內部環境，對辦公室要求有開闊明朗的空間，對建筑要求有較大的凈高，而預應力結構的出現，這些要求都可以輕松實現。預應力的結構的形式多種多樣，常見的預應力結構形式有：有梁大板框架結構、轉換層結構、無梁平板結構、吊車梁結構、門架結構以及特殊結構等。

2 預應力混凝土的定義與原理

預應力結構的定義：結構在受外部荷載作用之前，預先人為地在結構的內部形成一種應力狀態，使建筑結構在使用階段會產生拉應力的部位先受到壓應力的作用，這股壓應力將與使用階段荷載作用于結構上的拉應力抵消一部分或者是全部。從而大大地推遲了裂縫的出現，減緩了裂縫的擴張，提高了結構的剛度，這種混凝土被稱為預應力混凝土。

預應力混凝土的工作原理（如圖1所示）：

（1）由于在混凝土梁的內部預先施加了壓應力Np，混凝土梁在均勻分布的荷載Ⅱ的作用下，混凝土梁下緣產生的拉應力被預先施加到梁上壓應力完全抵消，這樣可以推遲甚至避免裂縫的出現，混凝土梁始終以全截面參加工作。

（2）預應力的施加必須要依據在荷載作用下可能產生的應力狀態。預先所施加的壓應力Np不僅與荷載q有關，而且還與偏心距離e的大小有關。

3 預應力混凝土的優點

3.1 增強構件的剛度

當預應力混凝土構件在正常使用時，在荷載的作用下可能只產生很小的裂縫甚至不會產生裂縫，預應力混凝土構件基本處于彈性工作狀態，因此預應力混凝土構件的剛度較普通鋼筋混凝土構件的剛度有所增大。

3.2 擴大構件的使用范圍

預應力混凝土大大改善了構件的抗裂能力，因此預應力混凝土構件可以用于有抗腐蝕、防水和抗滲透要求的環境；高強度材料、變形小、剛度大以及結構輕巧，可以用于重荷載、承受反復荷載和大跨度的結構。

如今預應力混凝土己被廣泛應用于民用建筑、交通運輸建筑及構筑物和工業建筑物中。如：預應力屋架、空心樓板、吊車梁、門形屋面板、預應力橋梁、屋面大梁、鐵路軌枕、預應力空心樓板等已經大量采用預應力混凝土技術。在水利工程中也已經被廣泛用于棧橋、調度室、圓形水池、水電站廠房的屋面梁、碼頭、樁、壓力水管、工作橋、吊車梁閘門、渡槽、公路橋等結構構件的修建，也可以應用預應力混凝土技術來加固襯砌隧洞和大壩。對于某些有特殊要求的結構，如：需要耐高溫和高壓的核電站壓力電容器和需要防止被海水侵蝕的海上采油平臺等，采用預應力混凝土技術可以大提高這些構件的優越性。

3.3 提高構件的抗裂能力

由于預應力混凝土構件的受拉區在承受外部荷載之前已經有預先施加的壓應力存在，所以只有當混凝土構件所受到拉應力完全抵消預壓應力且在抵消預壓應力以后的拉應力超出了混凝土構件的極限拉應變時，混凝土構件才會開始開裂。而普通的鋼筋混凝土構件中因為不存在預應力，所以其開裂荷載的大小僅決定于混凝土的極限抗拉強度，因而普通鋼筋混凝土構件的抗裂能力很低。

3.4 使高強度材料得到充分利用

在普通的鋼筋混凝土構件中不能充分利用高強度材料。然而在預應力混凝土構件中，預應力鋼筋預先被拉，在外部荷載的作用下，鋼筋所承受的拉應力進一步增大，然而鋼筋始終處于高拉應力的狀態，這便能有效地利用高強度鋼筋，提高鋼筋的強強可以減小需要的截面面積。同時，應盡量采用高強度等級的混凝土，使其與高強度的鋼筋相配合，以獲得比較經濟的構件截面尺寸。

綜上所述，我們可以看出預應力混凝土結構確實具有很多優點，但預應力混凝土也有具局限性，所以預應力混凝土不能完全代替普通鋼筋混凝土。預應力混凝土具有施工技術要求高、需要張拉設備、施工工序多和勞動力費用高等特點，所以預應力混凝土構件比較適用于普通鋼筋混凝土力不及的地方，如：重荷載和大跨度結構。

4 預應立混凝土的應用

4.1 有梁大板框架結構的應用

有梁大板結構指的是在柱與柱之間布明梁，在大板上面布置隔墻的一種結構體系。這種結構體系與平板結構有很多相似的地方，由于省去了次梁，所以在室內就不會有錯綜復雜的次梁，具有：柱距大、內景好、抗裂能力強、施工速度快、凈空高和省材料省模板等優點。如果這種大板配合預應力寬扁梁一起使用，那就可以很大程度地降低層高，提高層凈高，如：跨度為9m的預應力寬扁梁可以做到高450mm，比普通的預應力梁少了200nun，比普通的混凝土梁少了350mm，可以很好地節約鋼筋和混凝土的使用。

有梁大板結構比較適用于辦公樓和住宅，特別是住宅，不設次梁，不但不會影響室內的美觀，又有利于住戶自行隔斷房間，有效地利用室內空間，即便是換了新的住戶，新住戶在改造房子時依然可以自行布置房間，近幾年來很多公共建筑和大型商場都采用這種結構形式，甚至在一些高檔住宅也有應用，在使用功能方面一直到使用者的一致好評，有梁大板結構的發展前景一片光明。

4.2 轉換層結構中的應用

近年來我國的高層建筑和多功能綜合性建筑發展迅速，這種建筑需要下部有大柱網和大空間的公共設施，從受力的角度來講，這是不合理的，設置轉換層是解決這種矛盾的最常用方法。隨著預應力技術的不斷成熟，預應力的施工費用不斷下降，因此在我國高層建筑轉換層結構中開始越來越多應用預應力技術。

4.3 預應力平板結構的應用

普通的鋼筋混凝土結構需要在柱與柱之間以及隔墻下設框架梁和次染，這必然會出現室內明梁縱橫交錯的現象，從而降低了樓層的有效高度，影響了室內空間的使用功能和美觀。由于明梁的存在，從而大大限制了隔墻布置的任意性，要重新調整室內功能就會顯得比較困難，我們很難想象有那一棟建筑在50年甚至70年的使用期內都不需要變換使用功能或對空間重新分隔，特別是住宅建筑和辦公樓。

如果在樓蓋體系的設計中采用預應力平板結構，上述問題便可以迎刃而解，這種預應力平板結構除了在樓板周邊和局部少數有隔墻的地方保留有必要的邊梁以外，室內的明梁全部取消，為了改善樓板的受力性能，只在必要的地方設置暗梁，每個單元的室內頂板都為一整塊平面。

5 預應力混凝土的經濟性

預應力混凝土和普通鋼筋混凝土相比，預應力混凝土對混凝土和鋼筋的使用量會比普通鋼筋混凝土少些，但預應力凝土對鋼筋和混凝土的強度的質量都要高些，所以每種材的單價都比普通鋼筋混凝土所需要的材料的單價要高，且必須考慮預應力混凝土本身存在的附加費用。如果采用大量的預制預應力混凝土構件，那么預應力混凝土構件和普通鋼筋混凝土構件的單價的差別就大大縮小。另外需要注意的是，采用預應力技術可以間接節約維修工作或者是完全避免維修工作，且結構有很好的耐久性，以致使用壽命要比普通鋼筋混凝土結構長。

6 結束語

總而言之，預應力技術是一項比較成熟的工程技術，實踐證明，預應力技術以其自身的各種優勢，在建筑領域占據著強大的競爭力。隨著我國建筑行業的飛速發展，我們有理由相信，預應力混凝土技術必將會有更好的應用前景。

參考文獻

[1]王華，建筑業10項新技術應用，南京：江蘇科學技術出版社，2005

[2]楊宗放，方先和，現代預應力混凝土施工北京：中國建筑工業出版社，2003

[3]吳元乃，等，建筑業10項新技術及其應用，北京：中國建筑工業出版社，2005