預(yù)應(yīng)力技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢(xún)電話(huà)：400-8352-114

隨著人們消費(fèi)觀念的改變，對(duì)住房和工作環(huán)境及消費(fèi)水平的要求也越來(lái)越高，住宅要求有較好的內(nèi)景，辦公室要求有開(kāi)闊舒暢的空間，建筑要追求較大的凈高……預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，輕松的實(shí)現(xiàn)了這些要求。
    預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門(mén)架結(jié)構(gòu)和吊車(chē)梁以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉(cāng)、大懸挑結(jié)構(gòu)等。
    （一）預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)
    傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)，降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對(duì)空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場(chǎng)建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，以上問(wèn)題則迎刃而解；工程若采用普通鋼筋混凝土無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)隔墻較多，附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級(jí)及撓度滿(mǎn)足規(guī)范要求，計(jì)算所需板厚較厚，同時(shí)普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。因此，為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高其使用功能，采用近年來(lái)在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無(wú)梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內(nèi)明梁全部取消，僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個(gè)室內(nèi)頂板為一整塊的平面。
    這種結(jié)構(gòu)具有各種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的許多共性，其優(yōu)點(diǎn)主要有：
    （1） 有利于減少地下室埋深及基坑開(kāi)挖深度
    對(duì)于有地下室的大型建筑或高層建筑，常常把地下室作為車(chē)庫(kù)或商場(chǎng)。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板；局部配電房，發(fā)電機(jī)房等需層高較高者，可局部下挖，使之達(dá)到設(shè)備高度要求；這樣，在地下室中，則降低了層高，減少了水壓力，減少了底板支模工序及基坑開(kāi)挖深度，減少了外墻砼用量，從而降低造價(jià)。若是把上部結(jié)構(gòu)也做成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，或選平板結(jié)構(gòu)或選有梁大板結(jié)構(gòu)，均能擴(kuò)大柱距，使柱子和基礎(chǔ)數(shù)量減少，也增加了室內(nèi)的凈面積。車(chē)庫(kù)可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個(gè)車(chē)位出來(lái)，商場(chǎng)則可以擺放更多的貨品欄。
    （2）利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高
    對(duì)于6~9m跨度的樓蓋體系若采用普通鋼筋混凝土梁—板結(jié)構(gòu)，梁板需要占去700~1000mm的凈空，若采用預(yù)應(yīng)力樓板后，室內(nèi)明梁取消，板厚為180~200mm（托板部分總高度300~350mm），這樣在凈空部變的情況下，每層可以減小500mm以上的層高。
    （3）利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能
    現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自已的愛(ài)好，經(jīng)營(yíng)商品的組成變化，需要對(duì)商場(chǎng)及辦公樓進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時(shí)期因業(yè)主的變化，都會(huì)有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對(duì)用途的改變極容易適應(yīng)，在任意位置均可以設(shè)置隔墻，方案可以是多種多樣，可給用戶(hù)最大的自由度，使房屋使用功能及檔次得到很大的提高，是房屋銷(xiāo)售的一大賣(mài)點(diǎn)。另外預(yù)應(yīng)力樓板取消了室內(nèi)明梁，避免了由于管線(xiàn)及通風(fēng)管道的鋪設(shè)使層高大大降低的問(wèn)題，同時(shí)也為管道的安裝提供較大的方便，預(yù)應(yīng)力平板的分隔墻可以任意間隔，更是解決了各層各戶(hù)布置均不同帶來(lái)的普通梁—板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及使用之間的矛盾，這點(diǎn)也對(duì)回遷房的分割帶來(lái)極大方便。 
    （4）具有優(yōu)越的抗裂性，減少鋼筋用量 ，降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)。 
    在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)種預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個(gè)向上等效荷載，同時(shí)在板中產(chǎn)生一個(gè)軸向壓力，使平板剛度提高，撓度大大減少，抗裂性能也大為提高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)的造價(jià)是因?yàn)?，第一普通鋼筋用量減少，因?yàn)?）預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度高（是普通鋼筋強(qiáng)度的3-4倍），且一條預(yù)應(yīng)力筋在跨中作底筋而在支座又彎上做面筋，使預(yù)應(yīng)力筋的使用效率大大提高；2）有梁板往往以極值代替平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì)，無(wú)梁板直接以平均值進(jìn)行抗彎設(shè)計(jì)；3）無(wú)梁板充分利用了混凝土的抗剪能力，較有梁結(jié)構(gòu)箍筋用量省很多；4）預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不需要為控制裂縫或提高剛度增加普通配筋，裂縫控制要求越高，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)越大（如地下室底板、有填土的頂板等）；5）規(guī)范規(guī)定的預(yù)應(yīng)力板的構(gòu)造配筋率比普通板低；6）有消防車(chē)這種特殊可變荷載活動(dòng)的區(qū)域（如有些地下室頂板）無(wú)梁結(jié)構(gòu)的縱筋箍筋都比有梁結(jié)構(gòu)省。第二對(duì)于車(chē)庫(kù)、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、有吊頂?shù)霓k公樓，可以在柱頭處加托板，使結(jié)構(gòu)的斷面與彎矩圖較充分地協(xié)調(diào)，大大減少預(yù)應(yīng)力筋用量。第三模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25-35%，而且預(yù)算定額直接費(fèi)較低。第四無(wú)梁板混凝土可用較大粒徑碎石，定額價(jià)一般較低。大量的工程實(shí)踐及對(duì)比分析表明，結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)合理的預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫(xiě)和滌蕩者無(wú)梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價(jià)高的傳統(tǒng)觀念（這種觀念在一般的教科書(shū)中都有表述，因此根深蒂固）。
    （5）施加預(yù)應(yīng)力后樓板的模板就可以拆除，施工方便，速度快
    采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，施工進(jìn)度可以加快，這主要是因?yàn)椋?
    a. 預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)取消了許多梁，模板用量明顯減少；而且模板安裝簡(jiǎn)單方便，節(jié)省時(shí)間。
    b. 采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)后，樓面結(jié)構(gòu)的普通鋼筋用量將減少，而且減少的大多是綁扎費(fèi)時(shí)費(fèi)力的梁鋼筋，平板鋼筋綁扎快捷方便，預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋的綁扎可以交叉進(jìn)行，節(jié)省時(shí)間。
    c. 當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉過(guò)程中可以照常進(jìn)行上一層樓面的施工。張拉完成后，即可拆除模板，而預(yù)應(yīng)力張拉不占施工工期，節(jié)省了時(shí)間。大量工程實(shí)例表明，并不會(huì)因?yàn)椴捎昧祟A(yù)應(yīng)力而增加工期，相反，預(yù)應(yīng)力平板的施工速度要快于一般的梁板體系，這與常規(guī)想象有很大的不同。
    由于以上預(yù)應(yīng)力無(wú)梁結(jié)構(gòu)施工省人力、省模板及鋪材、模板周轉(zhuǎn)加快、施工周期縮短（從而人工費(fèi)用減少）的特點(diǎn)，有過(guò)體驗(yàn)的土建施工單位，更樂(lè)于這種結(jié)構(gòu)的施工。
    （二）有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)
    有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子于柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點(diǎn)。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如9米跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。
    由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。
    有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設(shè)次梁，既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀，也利于住戶(hù)自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能，即使更換了新住戶(hù)，改造房子時(shí)仍然可以再次自行布置房間。長(zhǎng)沙市高12~16層的亞華住宅小區(qū)和16層的湘名園住宅小區(qū)都是采用這種結(jié)構(gòu)形式的，住宅的使用功能得到了住戶(hù)的一致好評(píng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系仍然適合用于商場(chǎng)等公共建筑。
    （三）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)
    最近我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來(lái)比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來(lái)越多，大多數(shù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有成功地采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的例子：如位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2m的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2~4層高達(dá)4800mm的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換大梁；寧波浙海大廈，地上52層，地下2層，在6層處設(shè)置了2000mm的預(yù)應(yīng)力厚板和3500x3200mm的暗梁作為該超高層建筑的轉(zhuǎn)換層；上海乾鴻苑大廈由九座塔樓組成，塔樓在60米左右不等，塔樓扭轉(zhuǎn)48度，上下層錯(cuò)位，采用厚970mm長(zhǎng)約140m寬為40m~70m不等的不規(guī)則梯形預(yù)應(yīng)力厚板作為該多塔高層的轉(zhuǎn)換層。
    采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)帶來(lái)許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減少截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等。只要采用預(yù)應(yīng)力度適當(dāng)，構(gòu)造處理得當(dāng)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震是可以得到保證的。且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對(duì)抗震也是有利的。
    （四）特種結(jié)構(gòu)及其他
    隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。
    （1）大懸挑結(jié)構(gòu)
    體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)；江蘇省的儀征化纖體育場(chǎng)、無(wú)錫市體育場(chǎng)、南京師范學(xué)院體育場(chǎng)的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，可以獲得更大跨度，但是造價(jià)和維修費(fèi)用都比較高，所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢(shì)。
    （2）儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)
    一般地，儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)對(duì)抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來(lái)抵抗混凝土拉應(yīng)力來(lái)提高抗裂性能；尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國(guó)內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來(lái)抵消由于水對(duì)筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
    （3）其他
    各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。還有預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見(jiàn)，主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，疊合結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中，工程實(shí)例也越來(lái)越多。
    （五）結(jié)語(yǔ)
    預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過(guò)了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢(shì)，在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。