預應力技術在工民建結構設計中的研究

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1 預應力技術概述

1.1 基本概念

預應力技術的應用主要是針對工民建建筑中的混凝土工程。將預應力技術應用到混凝土工程當中是為了在結構中構建預應力狀態，以便抵消或減弱工民建建筑外部荷載產生的拉應力。在具體施工過程中，各類混凝土構件需要承載外部壓力，抵抗混凝土開裂問題，而預應力技術的加持能夠有效改善鋼筋混凝土構件的抗壓、抗剪、抗滲、抗疲勞能力，同時節約混凝土、鋼筋等用量，降低工民建建筑結構自重，減少建筑構件開裂情況及撓度，實現工民建建筑外觀美化的功能。

1.2 結構原理

預應力技術應用到工民建建筑當中，能夠改善混凝土結構強度及抗壓能力，但其對于拉力的抵抗能力相對較弱，為改善這一問題，同時對混凝土開裂問題進行防治，在外部荷載作用到混凝土構件前，對其進行人工施加壓力。通過對混凝土結構中的鋼筋進行張拉，產生一定的預壓應力，以便減弱或抵消外部荷載所產生的拉應力。對鋼筋混凝土可能受拉部位施壓，利用其自身抗壓強度提升抗拉程度，即為預應力技術在工民建結構中的應用原理。

1.3 主要分類

預應力技術的分類方法主要有以下5 種方式：

1）根據預應力度進行分類，包括：全預應力混凝土技術、限值預應力混凝土技術、部分預應力混凝土技術、普通鋼筋混凝土技術。

2）根據黏結方式進行分類，包括：有黏結預應力混凝土技術、無黏結預應力混凝土技術、緩黏結預應力混凝土技術。

3）根據預應力筋束位置進行分類，包括：體內預應力混凝土技術、體外預應力混凝土技術。預應力筋束布置于混凝土構件體內的稱為體內預應力混凝土技術，其中，先張預應力混凝土技術、后張預應力混凝土技術、有黏結預應力混凝土技術、無黏結預應力混凝土技術均為體內預應力混凝土技術不同依據下的分類。預應力筋束布置于混凝土構件體外的稱為體外預應力混凝土技術，預應力束與結構主體截面直接或間接相連傳遞預應力。

4）根據施工工藝進行分類，包括：先張法、后張法、橫張法。

5）根據預應力結構構件制作方式進行分類，包括：現澆預應力構件、預制預應力構件、預制現澆組合預應力構件。

當前，工民建建筑工程中先張法及后張法應用較多。后張法是先制作混凝土構件，并在構件上預留預應力筋孔道，后續通過構件養護使其強度滿足工程設計標準，待構件達標后，使用預應力筋穿過孔道，并張拉錨固，處理完成后向構件孔道內灌注混凝土砂漿。先張法是混凝土構件在制作過程中要先拉伸預應力筋，然后進行混凝土澆筑，最后再釋放預應力筋，實際制作的情況需要結合工民建工程規劃實施【1】。

1.4 自身優勢

預應力構件因其工藝特殊性，具有非預應力構件缺少的多項優勢。具體內容包括4個方面：（1）預應力構件截面面積較小、自重較輕，能夠更好地應對疲勞、損傷問題；（2）使用性能、耐久性等得到較大強化；（3）具有更加優秀的裂縫閉合及變形恢復性能；（4）能充分發揮高性能鋼筋性能。

2 預應力技術在工民建結構設計中的應用情況

2.1 預應力先張法的應用

預應力混凝土先張法在工民建建筑施工過程中，需要將預應力鋼筋先張拉，然后再開展混凝土澆筑。通過專用生產臺座、夾具來張拉、錨固預應力鋼筋，在混凝土達到工民建設計強度標準要求后，將預應力鋼筋放松。先張法更適用于中小型預應力混凝土構件的生產，這種技術方式將預應力鋼筋與混凝土間的黏結力傳遞到混凝土上，達到相應的設計、施工效果。先張法的預應力施工必須遵循相應設計要求和工藝標準，選擇滿足現場施工要求的專業設備，所選擇的先張力座必須滿足相應的強度和剛度要求，并注意錨板受力中心與預應力筋合力的受力中心是否一致，對于多根預應力筋的初始應力也要保持一致。

2.2 預應力加固技術應用

為提升工民建建筑承載能力，延長建筑使用壽命。一般會在工民建結構中使用補強構件來改善結構性能，達到建筑設計標準要求。當前較為常見的預應力加固技術應用包括：改變結構受力體系加固、建筑面補強層加固、體外預應力加固的方式。具體施工過程中，需要重點關注混凝土結構加固施工的初始應變是否卸載，對于各類構件來說，可以先施加預應力，使構件受拉區產生壓應力，以便降低初彎矩時構件壓應變、拉應變2個參數。對于受彎構件采用預應力加固時，多使用粘貼碳纖維片材的方式進行處理，這主要是由于碳纖維片材強度高、施工便利。進行結構設計、施工時要注意，若混凝土內部已出現初始內應力，且已做過抗應變結構、初始壓應變加工處理，則混凝土受壓區壓應變達到并超出極限壓應變就會趕超混凝土構件極限承載能力。利用粘貼碳纖維片材處理受彎結構時，要先對其施加預應力，保證碳纖維片材具有初始抗應力，只有這樣，才能保證后續施工過程中碳纖維片材具有良好的強度和應力，能夠有效應對混凝土構件的破壞問題【2】。

2.3 預應力混凝土技術的應用

對于工民建樓面結構而言，可以使用預應力平板的方式處理地下室建筑。使用預應力扁梁樓板處理商場、寫字樓、教學樓等建筑。使用預應力密肋板處理車站、體育館建筑。設計過程中采用預應力混凝土技術方式能夠有效降低結構層高度，即當跨度相同時，預應力結構層高度比普通結構低，能夠有效確保室內凈空高度，并降低工民建建筑總高度，節約建筑材料及成本。而在建筑高度相同時，可以建設更多的建筑樓層，對于地下室而言，能夠減少基坑開挖工作量，提升建筑投資效率。

2.4 轉換層結構中的應用

現代高層建筑向多功能和綜合用途發展，不同用途的樓層，需要大小不同的開間，采用不同的結構形式。建筑要求上部采用小開間的軸線布置和設置較多的墻體，中部辦公用房要小的和中等大小的室內空間，下部公用部分則希望有盡可能大的自由靈活空間，柱網要大，墻盡量少。這種要求與結構的合理、自然布置正好相反，因為結構下部樓層受力很大，即正常應當下部剛度大、墻多、柱網密，到上部逐漸減少。為避免出現樓層受力不均影響高層建筑穩固性，可以使用預應力混凝土，借助預應力混凝土的高強度、高承受性能穩固轉換層結構，具體設計過程中要加以關注。

3 結語

綜上所述，工民建結構設計過程中，恰當地處理預應力技術，充分發揮其作用是非常重要的。預應力技術應用過程中對設計、施工的要求極為嚴格。因此，必須從設計之初就認真嚴謹地做好每一步驟的操作，保證工民建結構的科學性、合理性，為后續施工質量、成本、安全、工期等目標的控制奠定堅實基礎。同時，科學、合理的建筑結構設計能夠充分提升企業經濟效益和社會效益，并推動工民建行業更好地發展。