預應力技術在裝配式建筑中的應用

文＿楊智慧（南寧職業技術學院建筑工程學院，副教授，高級工程師，碩士）

邢耀文（廣西珠委南寧勘測設計院有限公司，高級工程師，碩士）

一、預應力技術

（一）應用范圍

預應力技術是指在建筑工程施工時提前向各結構構件施加壓力，使結構在工程中實現部分或完全消除負載產生的應力。該項技術主要應用于混凝土結構中，能有效解決建筑設計結構大、亂、雜等問題，進而大大提升工程項目施工質量，增強安全性并延長工程的使用壽命，有著廣闊的發展前景。

（二）技術原理及施工條件

預應力技術應用于裝配式建筑結構，通常是在結構受外荷載前，將結構受拉區進行人工張拉鋼筋處理，使結構中的鋼筋彈性收縮達到受力狀態，再依次施加預應力。以預應力混凝土為例，施加預應力可使結構在涂裝階段抵消部分或全部的壓應力和拉應力，從而擴展構件范圍。此方式在實際施工中不僅能提升混凝土的抗裂性能和結構剛度，還能利用強度數據來減輕構件重量，達到提高結構耐久度的效果。需要注意的是，預應力大小與預應力鋼筋數量、拉應力等密切相關，因此施工單位需確保結構具備較高的強度，否則可能會導致組件丟失，影響其制造和使用，預應力混凝土要確保足夠的塑形和黏性，使混凝土結構在損壞前具有良好的變形能力。

（三）施工工藝差異化

預應力技術包括預拉伸預應力和后拉伸預應力，這兩種工藝既有相同點也有不同點，各有優劣，在實際應用中相互配合使用，可達到最佳施工效果。例如，組合式預應力混凝土技術可以先在結構構件中預留管道，待混凝土強度達到預應力要求后施加預應力；利用特殊錨桿將結構張力固定后在管道中倒入水泥，彌補了單一工藝應用需要灌漿的不足。大空間、大跨度的框架結構應用組合式預應力技術可最大限度提高結構構件的力學性能，進而節約鋼材等原材料損耗，大幅降低施工成本，提高經濟效益。

二、建筑工程中預應力技術相關要點

（一）準備階段

準備階段主要包括施工設備和材料的準備，應選擇較高資質的生產廠家，且具備合格證及質量報告，以確保設備和材料符合行業施工標準。在使用設備前需進行二次檢驗，以確保設備和材料外觀良好，各項性能參數均達標，方能滿足實際施工要求。

（二）預應力鋼筋下料及錨固控制要點

在進行預應力鋼筋下料時需要根據實際施工情況掌握鋼絞線長度，鋼絞線放置在設計區域內，其長度和數量均不能超出范圍。錨具則在施工現場合適位置制作好后運送到施工現場安裝。

（三）預應力鋼筋定位要點

通常情況下，施工人員利用固定架完成預應力鋼筋的豎向垂直度固定，允許在一定范圍內有合理偏差。固定好之后在波紋管頂部鉆直徑20毫米的孔安裝排氣管，安裝后用海綿包裹并纏繞鋼絲固定，接頭處用膠帶密封，以免泄露泥漿，排水管用長度500毫米、直徑25毫米的圓管與塑料板連接制作。

（四）對原材料的質量控制

原材料的質量控制對預應力技術在裝配式建筑中的應用效果具有直接影響力，因此施工單位應確保原材料采購質量并保留原始數據，一旦使用了不合格的原材料，不僅無法發揮預應力技術的實質價值，還會影響建筑物的整體質量。

（五）建筑工程預應力技術

應用預應力技術的施工單位可在施工前完成建筑物的計算，預估建筑物在施工和投入使用后所承受的應力總和。對建筑材料結構進行早期施壓，可顯著提高材料結構的載荷能力，使其在施工和投入使用后發揮力學性能，提升建筑物整體質量，避免因為施工或使用不當造成結構破壞，出現墻體開裂、下陷等問題。另外，在實際應用預應力技術中，施工人員需詳細了解選擇材料、鋼筋選擇與切割、創建合理操作曲線、焊接支架等技術應用流程。從操作流程來看，該技術并不比其他施工技術難度高，但在實際應用中存在多處細節問題，對施工人員專業水平有一定要求，若要發揮更大的技術應用價值，施工人員應注重建筑物細節，在確保施工安全的前提下優先處理所有細節，以提高建筑物整體性能。

三、預應力技術在裝配式建筑中的應用

（一）預應力技術在裝配整體式預應力混凝土框架中的應用

1.技術應用

將預應力技術應用在裝配整體式預應力混凝土框架中，主要由預制柱、預應力疊合梁、現澆節點核心區組成，采用后張、連續、曲線預應力筋等工藝施加預應力，灌注套筒連接預制框架柱的豎向鋼筋，將曲線型波紋管預埋在預制框架疊合梁中，通過現澆混凝土連接梁柱節點，以形成完整的裝配整體式預應力混凝土框架（見圖1）。

2.設計要點及難點

一是在工程施工時配合使用預制多段柱技術，以減少灌漿套筒的使用數量，提高預制構件的吊裝效率。預制多段柱能夠更好滿足施工吊裝要求，但節段處的處理和施工是一大難點，需施工人員具有專業水平和經驗。二是應用預制多段柱技術，吊裝時可能會在中層節點處遇到空間不足的問題，使預制梁無法完成安裝，這一點需要在前期施工設計中著重考慮。三是多段柱節點有大量的交叉梁柱和縱筋，這會增加鋼筋布置與連接施工的難度，需要提前做好梁鋼筋位置安排，以免安裝時發生沖突（見圖2）。四是采用預制預應力梁解決大跨度框架梁截面大的問題，能有效提高建筑物凈高，但會增加疊合梁和預應力線性的設計難度。

3.技術應對方式

針對上述設計要點及難點，在施工中采取以下技術應對：一是采用鋼筋灌漿套筒，考慮到現場施工人員可能無法精準掌握鋼筋籠綁扎的精度，而后期模板支設或混凝土澆筑、振搗等工序均會影響鋼筋的位置與穩定性，因此可以借助可調式插筋定位器和定型化定位鋼板，起到精準定位柱縱筋的作用。先利用圓孔插入鋼筋限位，再用混凝土澆筑，待強度達到初凝標準后將定位器回收。二是預制多段柱質量較大，可采用單個預制多段柱構件的方式，利用汽車式起重機完成預制多段柱的翻身和起吊處理，使用鐵扁擔（工具）進行脫模和轉運，起吊部位選擇柱身側邊提前埋設好的4個吊環，安裝預制柱前需清理基礎頂面和插筋，抄測基礎頂面的標高，用墊塊調節預制柱的高程；安裝時先將軸線布置在基礎地面，在預制柱上彈出對應軸線，應用套筒完成預制柱下落位置的初步定位，待預制柱插入套筒后緩慢下放，需確保預制構件彈線對齊基礎地面軸線；利用臨時支撐穩固安裝并將吊裝掛鉤摘除，通過臨時支撐調節裝置使預制柱與基礎地面垂直，再完成套筒灌漿。三是預應力筋的位置會直接影響預應力實施的最終效果，施工人員應確定預應力筋在梁中的位置，并做好定位處理，選取預應力鉸線中心到底面、梁頂的垂直距離，在定矢高前將預應力鋼絞線綁在梁箍筋上，再根據實際圖紙定位矢高鋼筋并固定。

（二）預應力技術在疊合樓蓋中的應用

當前，我國裝配式建筑應用廣泛，預制疊合樓蓋便是其中一種，可以實現“等效現澆”卻直接影響建筑物結構，預制疊合樓蓋能按照投影面積計算預制率。市場上最常用的預應力疊合板有預應力帶肋混凝土疊合板、預應力混凝土空心板、預應力混凝土雙T板3種，其特點及適用性如表1所示。

表1 預應力疊合板特點及適用性

（三）預應力技術在裝配式剪力墻中的應用

根據《裝配式混凝土結構技術規程》《裝配式建筑評價標準》規定，高寬比大的裝配式剪力墻底部加強區應具有拉、彎受力明顯的特點。因此，為了便于設計和施工，應在剪力墻結構、框支剪力墻結構底部加強區采用現澆混凝土。但在實際施工中發現，大部分施工單位無法解決裝配式剪力墻底部加強區接縫因承載力小而無法裝配的問題，故在施工現場會用到兩種施工方法，這將導致施工效率與質量下降，無法發揮預應力技術促進高效施工的優勢。因此，針對裝配式剪力墻，需解決底部加強區拉彎受力時接縫承載力較小、不適宜裝配建造等問題。

預應力技術可有效改善混凝土結構的拉、彎性能，將其應用于裝配式剪力墻預制中，以實現快速拼裝預制墻結構，使其具備自復位功能，能夠在拉彎受力后恢復到原本的正常位置。

可使用無黏結后張預應力技術，先在墻體底部開水平縫，將其與基礎地面局部分離，再制作自復位搖擺剪力墻（見圖3），使其具有低能耗、較好自恢復性能并具備抗震性能，同時采用黏滯流體阻尼器、軟鋼阻尼器來降低自復位搖擺剪力墻的能耗。通過對比試驗分析預應力筋大小和位置、錨固措施和豎向荷載大小是否會對剪力墻自恢復性能、抗震性能造成影響，影響規律如何，從試驗結果中不難發現，通常情況下有黏結的預應力結構相比于無黏結的預應力結構需要更多能耗，但所形成的搖擺結構抗側剛度也相對更低。因此，山東建筑大學傅日榮團隊研究了有黏結預應力技術預制預應力剪力墻的效果，研究結果表明在軸壓比不超過0.4的情況下，剪力墻具備較高的抗震性能。通過有限元模型進一步分析在裝配式剪力墻底部加強區施加有黏結后張預應力技術的效果，結果發現：將預應力施加在裝配式剪力墻底部加強區不會影響整體墻體的特性，即預應力剪力墻與普通剪力墻的周期和模態相同。由于剪力墻結構具有內力重的分布特點，在底部加強區施加預應力無法達到理想狀態，會損耗大約50%，如果將預應力施加在底部加強區的附近，則剪力墻上部普通墻體則會明顯產生拉力，且拉力與距離呈負相關，故會在一定區域的形成拉力區。同時，預應力剪力墻底部加強區在拉、彎工況軸拉力下，墻體接縫承載力更高，抗震性能更好，在具體施工過程中可以通過提高配箍率來增強抗震性能。

四、結語

裝配式建筑的廣泛應用，對提高施工效率和施工質量具有較高意義。預應力技術在裝配式建筑中的應用，能進一步提升裝配式建筑結構構件的性能，預應力混凝土相比于普通混凝土，強度、剛度和抗裂性能會更優。本文詳細闡述了預應力技術在裝配整體式預應力混凝土框架、疊合樓蓋以及裝配式剪力墻中的應用，在預應力技術的實際應用中，施工單位需掌握其原理、技術要點、施工重難點，并根據施工現場具體情況科學調整，嚴格把控技術應用過程中的質量關卡，以最大限度發揮預應力技術在裝配式建筑中的最大作用。