窺探大跨度預應力混凝土結構的設計

顏鳳玲 徐旺雄 陶文斌

（柳州歐維姆機械股份有限公司 545036）

窺探大跨度預應力混凝土結構的設計

顏鳳玲 徐旺雄 陶文斌

（柳州歐維姆機械股份有限公司 545036）

隨著時代的不斷發展和進步，當前社會上越來越多的大型建筑出現，大跨度預應力混凝土結構的建設在當今建筑行業已經得到了普遍使用。本文重點針對大跨度預應力混凝土結構設計中的重點問題進行了分析。

大跨度；預應力；混凝土結構；結構設計；大型建筑

隨著建筑工程數量的不斷增加，在對建筑結構進行設計時也有很大程度的創新和改革，各種全新的設計及施工技術被運用到建筑工程中，尤其是大跨度預應力混凝土結構，讓原本不可能實現的設計方案變得有可能，特別是在體育館、戲劇院、展覽館等大型公共建筑中使用的更為廣泛，該結構的使用促使建筑設計工作開辟了更為廣闊的發展空間。大跨度預應力混凝土結構發展到今天，其結構形式主要有膜結構、網架結構及網殼結構等，而混凝土結構也多會選取鋼與混凝土混合的混合結構及預應力結構，該種結構以其眾多的優點被越來越多的建筑設計工作人員所認可并重視。

1 建筑工程中預應力的布置

建筑行業的大力發展提升了人們對施工環節的重視程度，尤其是其中的預應力施工。當前在施工中普遍使用的預應力鋼筋有以下幾種：①熱處理鋼筋，此鋼筋具有良好的強度，而且不容易出現松弛，在運輸中也非常便捷，用起來十分方便；②去除應力鋼絲，這種鋼筋應用于具體的施工時，使用也很方便，且有多種形式可以選擇，如光面鋼絲、刻痕鋼絲等；③鋼絞線，此種鋼筋通常會由具有較高強度的鋼絲絞制而成，通常為三股或七股直徑不同的鋼絲，這種鋼筋形式在使用時十分方便，且能夠較好地瓢附于混凝土中。

在每個設計方案中總會有重點和側重點，而設計時需要對重點問題加大重視度。在大跨度預應力混凝土結構設計中的重點則是鋼筋布置，其布置方案有多種，普遍使用的是跨中板帶，而布置在柱上板帶的鋼筋也很重要。此方案針對普通鋼筋設計來講，既可以保證板帶受力合理，同時也最省原材料。但在設計板跨相差超過20%及以上的多跨連續板時，設計采用長跨方向集中布筋，跨中板帶布13左右或均勻布置，短跨方向柱上板帶布23的布置方案更節省原材料，同時也能夠達到較好的載荷承載能力。實際設計過程中也應根據邊跨板的受力特點，更多考慮采用二段拋物線或三段拋物線形式布置。

實際施工過程中需要注意以下幾點問題：①嚴格按照標準要求對預應力筋的鋪放進行規劃，保證鋼筋鋪放位置與管道安置及鋼筋綁扎順序之間的合理性。嚴格按照設計方案的要求進行標準的布設；②必須保證鋼筋的保護層厚度；③應在上、下層鋼筋間設置專門保證矢高的措施，注意防止鋼絞線的互相纏繞，以保證預應力筋的矢高；絞線的互相纏繞，以保證預應力筋的矢高；④鋼絞線每隔一定距離（約500mm）應進行固定，以防止澆搗混凝土時變位；⑤當鋼絞線與預埋管路系統發生矛盾時，應以鋼絞線優先。

2 建筑工程抗震設計中對預應力混凝土結構的使用

不管是什么樣的建筑工程，在施工過程中都要注重其抗震性能的良好性，而設計抗震結構時一般都以預應力混凝土結構為重點，在一些大型公共建筑中都普遍運用大跨度預應力混凝土結構，這種建筑一般是人員比較密集的地方，如果相應的大跨度預應力混凝土結構沒有達到一定的抗震等級，那么一旦發生地震等自然災害就會造成大量的人身及財產損失，因此在進行大跨度預應力混凝土結構設計時，尤其要注重抗震性能設計。目前國際混凝土結構研究領域都十分關注預應力混凝土結構的抗震問題。

在實際的設計過程中可以重點依靠豎向預應力加固鋼筋混凝土結構進行抗震設計，這種結構具有良好的抵制水平載荷的能力，同時在地震結束后能夠恢復到原來的樣子。此外，地震多發區域的建筑結構需要有良好的延性，一般在大跨度預應力混凝土結構中要通過小配筋率對預應力鋼筋進行限制，從而避免出現裂紋。在具體的預應力筋設計中，要注意按照以下步驟進行設計：

①對建筑結構的基本情況進行了解，尤其是針對豎向作用力與橫向作用力的結構件內里進行詳細的計算，同時還要針對支座與跨中截面的次應力進行計算；②通過計算所得結構對非預應力鋼筋進行安置，并參照內力反算出預應力鋼筋的配置；③根據相關的核算結果，補上非預應力鋼筋設計；④完成相關設計后，進行方案核查，發現問題及時調整并改進。

3 預應力混凝土結構中連續構件設計

通過對工程建筑實際的過程調查和了解發現，在大型建筑工程的施工過程中想要達到連續結構目的，可以將單跨預應力梁截面延伸方式運用到大跨度預應力混凝土結構設計中，從而順利完成連續結構件的設計。此設計方法有多個方面的優勢，特別是在多跨結構超載、內力重力分布能力較強時，能夠有效提高彎承載能力。此外，一束預應力筋能夠用于正彎及負彎兩種彎矩筋，這種形式相應地降低了支座處附加彎矩對柱的有害影響，且其受力情況更趨于合理性。當有預應力施于大梁時，就會使大梁較易發生附加彎矩并彎形，這時可對大梁使用多跨連續布置，多排柱共同工作可相應地削弱這預應力。

4 預應力混凝土結構中防火設計

防火是建筑工程在施工中需要重點關注的問題，因為一旦引發火災，將直接威脅到人們的生命和財產安全，所以，在建筑設計過程中應重視預應力混凝土結構的防火能力。實際上鋼筋混凝土結構自身不易燃燒，但是其防火隔熱性能比較差，所以當高溫出現時就會超出其抵御范圍，高并達到鋼筋強度臨界點時，預應力鋼筋就會出現屈服點下滑的現象，使得其相變及蠕變加快，進而造成預應力板強度和剛度都急劇下降，并出現結構裂縫，使其喪失了原有的結構功能，同時，處于高溫環境下的混凝土也會發生撓度變化的情況，同樣造成了結構失穩，如果達到一定的溫度和時間，那么這種大跨度預應力混凝土結構就會表現出明顯的不穩定狀態，甚至發生坍塌等危險事故。因此在進行大跨度預應力混凝土結構設計時，應特別注意所設計的結構要符合國家的設計防火相關規范及規定內容。

5 結語

總而言之，為了能夠更好的保證大型建筑工程的質量和實用性，在建設過程中應重視對大跨度預應力混凝土結構的設計，通過預應力混凝土結構能夠使高強度混凝土和鋼筋的性能全面發揮出來，同時還能節省原材料，保證相應的施工質量，故被廣泛地應用于現代大型建筑中。

[1]劉雙慶.對大跨度預應力鋼筋混凝土結構設計的技術探討[J].廣東科技，2009，14：128～129.

TU318

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