大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

文/侯少璞　鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司　河南鄭州　450000

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大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

文/侯少璞鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司河南鄭州450000

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，促使我國(guó)的高層建筑也日益增多，各種新穎的建筑結(jié)構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，建筑工程的設(shè)計(jì)以及施工技術(shù)水平也在不斷提升，在一些大型的、大空間的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)也更多的普及和應(yīng)用。本文就大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及在建筑框架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和探討。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力技術(shù)；建筑；框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了一定提高，也更加注重精神享受及生活的品質(zhì)。因此，對(duì)工作環(huán)境和住房提出更高的要求。在這種市場(chǎng)需求下，逐漸形成了舒適的住宅建筑、開(kāi)闊的辦公環(huán)境，這些都對(duì)建筑物的大空間、大跨度提出來(lái)更高的要求，也促使了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和應(yīng)用，它的出現(xiàn)滿足了人們對(duì)建筑物空間和功能上的需求，同時(shí)豐富多樣預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式為建筑行業(yè)也做出了極大貢獻(xiàn)。

一、預(yù)應(yīng)力技術(shù)概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑項(xiàng)目也越來(lái)越多，鋼筋的應(yīng)用數(shù)量也在不斷增加，鋼筋混凝土已經(jīng)成為當(dāng)前工程建筑中使用最多的材料，而預(yù)應(yīng)力技術(shù)通常都應(yīng)用在混凝土中。預(yù)應(yīng)力技術(shù)就是指在建筑工程結(jié)構(gòu)還未受到外界壓力時(shí)，建筑單位通過(guò)提前給構(gòu)件模塊中的鋼筋施加預(yù)應(yīng)力和壓應(yīng)力，提高構(gòu)件的剛度，推遲結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的額時(shí)間，增加構(gòu)件的耐久性，有效減少應(yīng)力荷載，減小了結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生[1]。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運(yùn)用，提高了構(gòu)造本身剛度，減少了構(gòu)件的彈性變形，可有效提高工程建筑質(zhì)量，使建筑材料充分發(fā)揮自身強(qiáng)度，同時(shí)也有效的避免了建筑裂痕的問(wèn)題。基于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，使其在建筑工程中廣泛應(yīng)用。

二、大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)也被廣泛的稱(chēng)為大面積混凝土技術(shù)，它在現(xiàn)在建筑工程中被廣泛使用，其中在設(shè)計(jì)工作中，主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有以下四個(gè)方面：

（一）大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)方案選擇

大面積預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)柱網(wǎng)尺寸的大小選擇不同的結(jié)構(gòu)方案，跨度較小且跨數(shù)較多的框架結(jié)構(gòu)，一般適宜采用梁高稍小的寬梁結(jié)構(gòu)[2]。在跨度相同的條件下，采用預(yù)應(yīng)力方案的結(jié)構(gòu)層高度可比普通結(jié)構(gòu)層低300～500mm，這樣可在保證滿足室內(nèi)凈高的要求下，降低樓層高度，進(jìn)而降低建筑物總高度，在抗震等級(jí)不變的情況下，增加建筑物層數(shù)，在節(jié)省建筑材料和設(shè)備產(chǎn)品的同時(shí)，產(chǎn)生更多使用空間。同時(shí)，對(duì)地下工程而言，可在滿足使用功能的情況下，降低地下室層高，減少土方開(kāi)挖量，節(jié)約大量的工程造價(jià)和人力成本。

（二）預(yù)應(yīng)力度與抗裂控制

所謂預(yù)應(yīng)力度，即預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中所施加的預(yù)應(yīng)力大小的程度，它直接影響結(jié)構(gòu)在荷載作用下受拉區(qū)截面的應(yīng)力狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力度常按以下幾種方式定義：按彎矩（內(nèi)力）比或應(yīng)力比；按預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋混合配筋的部分預(yù)應(yīng)力比或預(yù)應(yīng)力指標(biāo)表示；按平衡荷載比表示。預(yù)應(yīng)力構(gòu)件從“使用階段構(gòu)件的截面應(yīng)力狀態(tài)”及“構(gòu)件的截面配筋方式”可以分為全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力。全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在荷載反復(fù)作用下，鋼筋應(yīng)力變化幅度小，因此耐疲勞性能較好，抗裂度高；部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，結(jié)構(gòu)延性和能量吸收能力較好，有效避免構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，同時(shí)，其中的普通鋼筋有利于分散裂縫以減小裂縫寬度，增強(qiáng)構(gòu)件的耐久性。

（三）伸縮縫的設(shè)置問(wèn)題

由于現(xiàn)在社會(huì)的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，因而高層建筑不斷涌起，住房問(wèn)題也顯得更加緊缺。由于工程建筑平面尺寸面積的不斷增大，所以工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面盡量少設(shè)或不設(shè)伸縮縫，采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，可以增大伸縮縫的間距[3]。從現(xiàn)有的工程實(shí)踐中看，只要預(yù)應(yīng)力筋是連續(xù)的，都可以不設(shè)縫。但是也要針對(duì)所建工程的具體情況，要綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)等因素，確定是否需要設(shè)縫，不能自己隨意設(shè)置設(shè)縫的長(zhǎng)度，特別要注意的是大噸位有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的施工難度和避免預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大。

（四）多跨度梁預(yù)應(yīng)力筋的連接與配置

在對(duì)多跨度梁的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行配置時(shí)，首先要確保預(yù)應(yīng)力梁的跨截面以及預(yù)應(yīng)力筋的高度不變；其次，為了保證預(yù)應(yīng)力筋引起的荷載與設(shè)計(jì)要求相符，需使各跨截面的荷載彎矩值相等。通常而言，各跨預(yù)應(yīng)力筋的高度與其外荷載彎矩值之間具有顯著的線性相關(guān)性。

三、建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用分析

在日常的工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)代化建筑的外觀、荷載分布以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)存在差異。與一般的梁大板框架技術(shù)、預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)技術(shù)以及轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)技術(shù)相比，預(yù)應(yīng)力技術(shù)由于其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、跨度大、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)的現(xiàn)代化建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛。

（一）應(yīng)用預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)

如果構(gòu)造的鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)較為普通，施工人員采取的措施常常為將一個(gè)橋梁設(shè)置在隔墻框架和柱體結(jié)構(gòu)之間，但是這種設(shè)置使得房子的明梁顯得比較亂，對(duì)整個(gè)建筑的實(shí)用性和美觀性都有較大的影響，而且還會(huì)在一定程度上影響之后的裝修。我們很難想象，建筑物尤其是比較大的寫(xiě)字樓或者商場(chǎng)，連續(xù)使用幾十年都不重新分隔建筑的空間。實(shí)際上，如果將預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)用于建筑體系中，就不會(huì)出現(xiàn)上述的問(wèn)題。如果將普通鋼筋混凝土無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)應(yīng)用在建筑工程中，會(huì)增加附加荷載，如果內(nèi)墻較多，又要保證裂痕控制等級(jí)與規(guī)范要求相符合，就會(huì)增加普通鋼筋的用量，增加工程造價(jià)。而預(yù)應(yīng)力平板技術(shù)則是在需要的地方設(shè)置一定的暗梁，同時(shí)在樓板周邊設(shè)置一定的邊梁和在局部部位設(shè)置少數(shù)墻，這樣的結(jié)構(gòu)布局不僅沒(méi)有影響房屋的美觀性，同時(shí)改善了樓板的受力性能。有利于增加建筑物樓層的凈空高度和改善結(jié)構(gòu)的使用功能。

一般現(xiàn)在的多數(shù)業(yè)主會(huì)根據(jù)自己喜好及需求，把辦公樓和商場(chǎng)進(jìn)行了分隔，便于自己合理利用資源，這種現(xiàn)象比較常見(jiàn)。因此，預(yù)應(yīng)力樓板可以在任意位置設(shè)置內(nèi)隔墻，設(shè)計(jì)方案可以靈活多樣，使房屋的使用功能和檔次得到很大的提高。

（二）有梁大板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

有梁大板結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)有一定的相似之處，有梁大板結(jié)構(gòu)是在預(yù)應(yīng)力技術(shù)中在柱子和柱子之間設(shè)置一個(gè)明梁，在混凝土樓板中布置隔墻，由于柱子之間的距離比較大所以省去了次梁的施工，同時(shí)也避免了室內(nèi)明梁結(jié)構(gòu)的布置交錯(cuò)，有梁大板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以使樓層結(jié)構(gòu)抗裂性能高、室內(nèi)結(jié)構(gòu)好。由于這種結(jié)構(gòu)設(shè)置帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架結(jié)構(gòu)，可以用于抗震設(shè)防烈度比較大的地方[4]。有梁大板結(jié)構(gòu)適用于住宅，可以不設(shè)次梁，提高了室內(nèi)的美觀性，也有利于用戶(hù)后期自行隔斷房間，即使換了新住戶(hù)，仍然可以自行設(shè)置房間結(jié)構(gòu)，這種有梁大板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到了廣大住戶(hù)的好評(píng)。

（三）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

近些年，我國(guó)高層結(jié)構(gòu)正在飛速發(fā)展，且在很大數(shù)量上都是綜合性的建筑，需很多大柱網(wǎng)與大空間公共設(shè)施，根據(jù)受力角度來(lái)看這不合理，則便需要應(yīng)用到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。伴隨預(yù)應(yīng)力技術(shù)的日漸提升，促使著預(yù)應(yīng)力材料以及施工的價(jià)格逐漸降低，通常狀況下，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言要更加的經(jīng)濟(jì)實(shí)用。所以，目前我國(guó)的高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中運(yùn)用到預(yù)應(yīng)力技術(shù)的時(shí)候逐漸變多。

結(jié)語(yǔ)：

在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效運(yùn)用大面積預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可提高抗裂性能，從而增加建筑物版面抵抗拉應(yīng)力的能力，有效避免超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)必須留設(shè)伸縮縫相關(guān)問(wèn)題，在一定程度上也節(jié)約了原材料，同時(shí)也降低了結(jié)構(gòu)的造價(jià)。這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過(guò)了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究，已經(jīng)逐漸走向成熟，在今后的發(fā)展應(yīng)用中還會(huì)更加完善。預(yù)應(yīng)力技術(shù)設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量要求是影響是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全的基礎(chǔ)[5]，在某些建筑領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，在建筑領(lǐng)域具有強(qiáng)大的發(fā)展力。

參考文獻(xiàn)：

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