在房屋建筑工程中預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用的作用及發(fā)展

張大權(quán)

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展，建筑工程早已成為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的重要的一部分。而房屋建筑作為建筑工程的重要內(nèi)容也必將受到社會(huì)重視。房屋建筑工程施工過程中，需要根據(jù)工程施工的具體需求選擇與之相適應(yīng)的材料與技術(shù)，才能最大程度地提高工程質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用到房屋建筑中，一方面可以有效縮短施工工期。另一方面對(duì)于工程質(zhì)量也有所提高。本文將針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土在房屋建筑工程中的應(yīng)用作用及發(fā)展展開討論。

關(guān)鍵詞：房屋建筑工程；預(yù)應(yīng)力；混凝土；發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.072

1 預(yù)應(yīng)力混凝土概況

預(yù)應(yīng)力混凝土（Prestressed Concrete）是指一彌補(bǔ)混凝土過早出現(xiàn)裂縫為目的，在構(gòu)件使用或加載以前，預(yù)先給混凝土一個(gè)預(yù)壓力，即在混凝土受拉區(qū)可承受范圍內(nèi)，利用人工加力的方法，將鋼筋進(jìn)行張拉，利用鋼筋的回縮力，使混凝土手拉區(qū)預(yù)先受壓力。該材料的結(jié)構(gòu)運(yùn)用了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼材、工藝、設(shè)備及設(shè)計(jì)過程。到預(yù)應(yīng)力這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于在構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生的拉力時(shí)，最先對(duì)受拉區(qū)混凝土中的預(yù)壓力進(jìn)行抵消，接著隨荷載增加，才使混凝土手拉，從而限制混凝土伸長(zhǎng)，有效阻止或延緩了裂縫的出現(xiàn)。與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，其不需要預(yù)留孔道，亦不需要灌漿，具備以下優(yōu)點(diǎn)：1）抗裂性好，剛度大。2）節(jié)省材料，減輕重量。3）增強(qiáng)受壓構(gòu)件穩(wěn)定性。4）增強(qiáng)構(gòu)件的耐受性。除此之外，預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用起來(lái)施工簡(jiǎn)便快捷，且成本較低，故在當(dāng)今房屋建筑中應(yīng)用廣泛。

就目前來(lái)看，預(yù)應(yīng)力混凝土在實(shí)際應(yīng)用中存在一些需要改進(jìn)的地方：

（1）由于預(yù)應(yīng)力混凝土工藝復(fù)雜，且有嚴(yán)格的質(zhì)量要求，因此對(duì)于施工技術(shù)人員的要求也非常高。因此造成該方面專業(yè)人員較為缺乏的現(xiàn)狀。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)雖在材料方面節(jié)省了成本，但其開工費(fèi)用大，在某種程度上提高了工程成本。

（3）混凝土的增加引起預(yù)應(yīng)力反拱度的增加，導(dǎo)致施工表面不平的后果。

因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用過程中，應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，將其優(yōu)點(diǎn)凸顯出來(lái)，保證在施工正常進(jìn)行的基礎(chǔ)上，提高房屋建筑的工程質(zhì)量。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土主要應(yīng)用

2.1 預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件

上世紀(jì)八十年代，我國(guó)新建單層工業(yè)廠房較少，且其房屋構(gòu)件多采用過去的圖紙，當(dāng)然運(yùn)用的也是過去的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在預(yù)應(yīng)力材料運(yùn)用方面則采用較高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼絲。部門地震區(qū)臨時(shí)用房為增強(qiáng)其抗震呢能力，也采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋、低高度屋面梁的材料與結(jié)構(gòu)。除此之外，部分民用建筑中，也用高強(qiáng)鋼絲替代了傳統(tǒng)建筑中的多孔空心樓板。其中V型折板引起節(jié)省材料且應(yīng)用起來(lái)房屋的防水性能、密封性等都能有效提高而應(yīng)用廣泛，且沿用至今。

2.2 現(xiàn)澆后張預(yù)應(yīng)力樓蓋結(jié)構(gòu)

上世紀(jì)七十年代，我國(guó)多次進(jìn)行現(xiàn)澆后張預(yù)應(yīng)力混凝土樓板結(jié)構(gòu)的試點(diǎn)工程，由于材料質(zhì)量問題而無(wú)法成功推廣，直至無(wú)粘結(jié)筋的問世，才有效解決了房屋建筑中無(wú)粘結(jié)筋的供應(yīng)問題。從而使其在高層建筑、公寓，商場(chǎng)、車庫(kù)倉(cāng)庫(kù)等大量運(yùn)用。主要包括以下幾種樓板模式：

（1）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力雙向無(wú)梁平板。該模式因其雙向配置的無(wú)粘結(jié)鋼筋相互交叉而產(chǎn)生的編制穿梭，在應(yīng)用時(shí)較復(fù)雜，后期經(jīng)過改良，但仍不及預(yù)應(yīng)力材料的便利。

（2）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力單項(xiàng)平板。該模式通過梁體系支撐與梁或者墻壁上，是我國(guó)最薄單向樓板，應(yīng)用良好。

（3）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力雙向平板。該模式用墻或者梁四邊支撐的平板，為避免雙向預(yù)應(yīng)力筋的編網(wǎng)穿束，其主要采用帶狀集中配束，施工簡(jiǎn)化的同時(shí)保證了鋼筋線形。

（4）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力雙向密肋板。該模式適合用于柱網(wǎng)稍大的樓蓋，目前應(yīng)用較廣。

2.3 后張預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)

后張預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)主要包括橫向框架和縱向框架。橫向框架的布置為大跨用主梁及小跨用次梁。近年來(lái)，橫向框架結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于多層工業(yè)廠房及公用建筑，最大跨度可達(dá)35m。縱向框架的布置為小跨用主梁、大跨用次梁的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其能夠有效降低結(jié)構(gòu)高度貉預(yù)應(yīng)力鋼材用量。最大可降低層高0.5m，能夠有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 高層建筑

梁板潔面高度的降低能夠?qū)p租總高度及水電總線長(zhǎng)度等重要因素產(chǎn)生影響，有效降低了建筑工程中材料的成本。因此預(yù)應(yīng)力混凝土在高層建筑的應(yīng)用也逐漸廣泛。某些著名建筑如北京飯店貴賓樓、廈門國(guó)際金融大廈等都采用了預(yù)應(yīng)力疊合結(jié)構(gòu)。

2.5 舊房改建

在原有建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效改建，能夠節(jié)約資源且在一定程度上揚(yáng)長(zhǎng)避短。例如舊樓加層是，可以利用天井空地建照婚粘土芯筒，建成兩個(gè)菱形相連的方案。刺猬銅價(jià)肚餓圖書館擴(kuò)建的案例。

2.6 抗震加固

隨著地球生態(tài)環(huán)境的變化，地震等自然災(zāi)害頻發(fā)，因此抗震加固是房屋建筑工程中非要必要的一部分。針對(duì)預(yù)制混凝一空心樓板的建筑，采用預(yù)應(yīng)力加固的方式，對(duì)各層樓進(jìn)行永久性雙向預(yù)應(yīng)力加固，從而使建筑的整體性剛度增強(qiáng)，有效抵抗水平震力。

2.7 基礎(chǔ)加固

除抗震加固外，房屋的基礎(chǔ)加固也十分必要，尤其針對(duì)部分老化的建筑或者部分建筑廠房的荷載增大，為保證建筑的使用安全，對(duì)于原有建筑的加固則顯得至關(guān)重要。通常采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固方案，亦適用于曲折地形的建筑，該技術(shù)能夠有效縮短工期，從而降低施工成本。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用的作用

3.1 有效降低工程成本

筆者通過多個(gè)案例考察發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用以其大開間、大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)而顯現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)勢(shì)，除此之外預(yù)應(yīng)力混凝土像教育傳統(tǒng)鋼筋混凝土而言，具有鋼筋用量少、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)有效提高了施工速度，縮短施工工期，節(jié)省了部分人力及物力開支。

3.2 高質(zhì)量及高耐久性endprint

有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的灌漿和無(wú)粘結(jié)筋都具備良好的防水系統(tǒng)以及密閉性，保證了建筑施工的質(zhì)量，這使建筑在后期使用時(shí)的安全隱患降到最低。

3.3 理論新高度

預(yù)應(yīng)力混凝土的理論打破了創(chuàng)痛饞鬼，采用冷加工材料作配筋，保持了有效預(yù)應(yīng)力。到目前為止，預(yù)應(yīng)力混凝土扔保持其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)房屋建筑方面發(fā)揮其頑強(qiáng)的生命力。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土在我國(guó)房屋建筑工程中的發(fā)展

4.1 早期發(fā)展

預(yù)應(yīng)力混凝土從1945年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后開始發(fā)展，自西歐傳向世界各地。上世紀(jì)五十年代，我國(guó)開始建國(guó)后第一個(gè)五年計(jì)劃，在此政策的引導(dǎo)下，興建大量工業(yè)廠房和民用建筑，而我國(guó)處在建國(guó)初期，建筑材料及其缺乏，國(guó)內(nèi)鋼筋、木材奇缺，為了解決廠房等建筑工程的結(jié)構(gòu)材料問題，我國(guó)開始應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土于建筑工程中。中建科學(xué)院接受了國(guó)家的任務(wù)，為響應(yīng)國(guó)家政策開始了發(fā)展中國(guó)特色的預(yù)應(yīng)力材料的道路。時(shí)隔十年左右，中建科學(xué)院混凝土研究室完成了300*及400*混凝土的研制任務(wù)，接著研究先張法預(yù)應(yīng)力及其相關(guān)生產(chǎn)工藝并取得成功。一年之后，也就是1955年，該研究室完成了鋼筋冷拉工藝以及冷拉螺紋鋼的制作。該年秋天，我國(guó)工程師通過學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的廠房屋面設(shè)計(jì)圖，研制出冷拉鋼5螺紋鋼筋，該材料的問世替代了冷軋鋼筋生產(chǎn)先張法預(yù)應(yīng)力及后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。同時(shí)掌握了先張法梁及后張法梁的生產(chǎn)工藝。

為了預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)的普及，1956年中國(guó)建筑科學(xué)院首次創(chuàng)辦了預(yù)應(yīng)力混凝土培訓(xùn)班。隨之而來(lái)的預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)驗(yàn)基地、預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)習(xí)班等都相繼開放。從1956年到1978年，我國(guó)初于預(yù)應(yīng)力早期發(fā)展階段，奇主要發(fā)展中、低強(qiáng)度的鋼材，直到改革開放以來(lái)，大量預(yù)應(yīng)力材料高強(qiáng)鋼絲等才被我國(guó)采用。

4.2 近期發(fā)展

改革開放以來(lái)，我國(guó)通過特區(qū)建設(shè)，對(duì)房屋建筑工程方面提出了更高的現(xiàn)代化要求，隨著我國(guó)預(yù)應(yīng)力材料工藝的成熟，以及高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線供應(yīng)量的充足，以及預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)理念逐漸普及等各方面的因素，我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展逐漸進(jìn)入新的發(fā)展階段，并在質(zhì)量及數(shù)量上發(fā)生了巨大的跨越。與傳統(tǒng)的高截面、小跨度、單調(diào)形式等不利因素相比，現(xiàn)代房屋建筑正逐漸向高跨度、低節(jié)目、材料纖細(xì)輕巧的方面轉(zhuǎn)變。除此之外，我國(guó)房屋建筑在平面布置、結(jié)構(gòu)布局、藝術(shù)設(shè)計(jì)等方面也逐漸摒棄傳統(tǒng)建筑弊端，以實(shí)用、經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)而發(fā)展。預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用使現(xiàn)在建筑的預(yù)裝配，開始后張結(jié)構(gòu)，主要以現(xiàn)澆整體式及半裝配式為主。

5 有關(guān)預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展的認(rèn)識(shí)

5.1 國(guó)家政策輔助預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展

由我國(guó)建國(guó)初期的第一個(gè)五年計(jì)劃可以看出，建筑工業(yè)的發(fā)展需要與國(guó)家政策相輔相成。國(guó)家對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的推廣能夠有效促進(jìn)其在我國(guó)房屋建筑的發(fā)展，以及有關(guān)科學(xué)理論知識(shí)的普及。

5.2 預(yù)應(yīng)力混凝土具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)

預(yù)應(yīng)力混凝土因其生產(chǎn)成本低，質(zhì)量保障等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用，隨著我國(guó)高層建筑的普及化，預(yù)應(yīng)力混凝土的年用量也逐漸提高，因此預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)也逐步發(fā)展，且在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系下，逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。

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