预应力技术在建筑工程中的应用

摘 要：通过对各种预应力结构形式的分类说明，和对预应力平板结构优点的重点阐述，分析和比较预应力结构的竞争力所在及其适用范围，达到预应力技术在建筑工程中推广的目的。

关键词：预应力；现场施工

随着人们消费观念的改变，对住房和工作环境及消费水平的要求也越來越高，住宅要求有较好的内景，办公室要求有开阔舒畅的空间，建筑要追求较大的净高……预应力结构的出现，轻松的实现了这些要求。

预应力结构的形式也是多样丰富的，常用的形式有：无梁平板结构、有梁大板框架（或剪力墙）结构、转换层结构、门架结构和吊车梁以及特殊结构如水池、筒仓、大悬挑结构等。

1 预应力平板结构

传统的普通钢筋混凝土梁板结构体系，需在柱间及隔墙下设置框架梁和次梁，这必然导致室内明梁纵横交错，降低了楼层的有效高度，影响了室内美观和使用功能，装修也较难处理；由于室内明梁的存在，隔墙布置的任意性受到限制，室内功能的重新调整比较困难，而一栋建筑物在其50年甚至70年使用期内都不需对空间重新分隔和变换使用功能是很难想象的，特别是一般的商场建筑及办公楼建筑。若设计中楼盖体系采用普通钢筋混凝土平板结构或预应力平板结构，以上问题则迎刃而解；工程若采用普通钢筋混凝土无梁平板结构，由于内隔墙较多，附加荷载较大，要使普通钢筋混凝土平板的裂缝控制等级及挠度满足规范要求，计算所需板厚较厚，同时普通钢筋用量也较大，不经济。因此，为了提高整个楼盖的抗裂性能，减薄板厚，减轻结构自重，提高其使用功能，采用近年来在大量工程中得以广泛应用的现代高效预应力混凝土结构技术，将整个楼盖设计为后张部分预应力混凝土无梁平板结构是一个良好的选择。这种预应力无梁平板，除在楼板周边保留必要的边梁和在局部少数有隔墙的地方及洞口边缘保留梁之外，室内明梁全部取消，仅在必要的地方设暗梁以改善楼板的受力性能，每单元整个室内顶板为一整块的平面。

2 有梁大板框架（或剪力墙）结构

有梁大板结构是柱子于柱子之间布明梁，大板上布置隔墙的结构体系。这种结构于平板结构有很多相似之处，柱距比较大，由于省去了次梁，避免了室内错综复杂的次梁，内景好，增加净空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等优点。若这种大板配合预应力宽扁梁使用，则也能很大限度的减低层高或提升层净高，如9米跨的预应力宽扁梁可以做到450mm高，比做普通预应力梁650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm。

由于结构种还带有明梁，结构仍然属于框架或剪力墙结构，可以用于平板结构所不太适宜的高层或抗震设防烈度比较大的地方。

有梁大板结构适合用于住宅和办公楼，尤其是住宅，不设次梁，既避免了室内难看的次梁景观，也利于住户自行隔断房间以实现不同的功能，即使更换了新住户，改造房子时仍然可以再次自行布置房间。长沙市高12～16层的亚华住宅小区和16层的湘名园住宅小区都是采用这种结构形式的，住宅的使用功能得到了住户的一致好评。当然这种结构体系仍然适合用于商场等公共建筑。

3 转换层结构

最近我国高层建筑发展迅速，且多为多功能综合性建筑，需要大柱网、大空间的公共设施在下部，从受力的角度讲这是不合理的，解决这种矛盾的最常用方式就是设置结构转换层。随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，即使用材料等强代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构，在许多情况下后者并不比前者经济。因此我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多，大多数转换层结构形式有成功地采用预应力技术的例子：如位于8度抗震设防区高64.2m的北京市公安局刑科楼就是做了跨越2～4层高达4800mm的预应力转换大梁；宁波浙海大厦，地上52层，地下2层，在6层处设置了2000mm的预应力厚板和3500x3200mm的暗梁作为该超高层建筑的转换层；上海乾鸿苑大厦由九座塔楼组成，塔楼在60米左右不等，塔楼扭转48度，上下层错位，采用厚970mm长约140m宽为40m～70m不等的不规则梯形预应力厚板作为该多塔高层的转换层。

采用预应力技术带来许多结构和施工上的优点，如减少截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等。只要采用预应力度适当，构造处理得当，预应力结构的抗震是可以得到保证的。且由于减小了转换构件的尺寸，对抗震也是有利的。

4 特种结构及其他

随着公共事业的发展，各种特殊功能的构筑物不断出现，有些特殊构筑物的使用功能及受力性能常常需要预应力技术才能实现，预应力技术在这些特殊功能构筑物中发挥了重要的作用。

4.1 大悬挑结构

体育建筑在各大中城市兴起，体育建筑的形式多样，风格各异，使预应力技术的应用丰富多彩。如南京为承办第三届城运会兴建的四座体育馆，关键结构部位都是采用预应力技术；江苏省的仪征化纤体育场、无锡市体育场、南京师范学院体育场的观众席都采用了大悬挑的预应力混凝土雨蓬。随着钢结构的发展，许多雨蓬采用钢结构，可以获得更大跨度，但是造价和维修费用都比较高，所以在适当跨度内预应力混凝土结构还是有很大的优势。

4.2 储罐与筒仓

一般地，储罐与筒仓对抗裂要求比较高，预应力技术广泛用于这种结构主要利用预应力主动轴力来抵抗混凝土拉应力来提高抗裂性能；尤其是圆筒结构，环壁的混凝土只受环向轴力作用，正是预应力最适合的结构形式。绕丝后张预应力混凝土水池在国内应用了几十年，主要采用预压应力来抵消由于水对筒壁产生环向拉应力。这样用高强钢材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂条件下减小截面尺寸，带来可观的经济效益。

4.3 其他

各种用途的塔式结构如电视塔、通信塔、灯塔及各种水塔中，预应力技术同样得到了广泛应用。还有预应力技术基础也不少见，主要形式是预应力条基、箱基和筏基。此外，预应力钢结构，叠合结构采用预应力的技术也在不断成熟中，工程实例也越来越多。

5 结语

预应力技术经过了几十年的工程实践和不断研究，已经是比较成熟的一项工程技术，在今后的发展中，还将日臻完善。工程实践告诉我们，预应力技术以种种优势，在某些建设领域有着强大的生命力和竞争力，甚至在其还未完全占领的领域仍然具有强大的发展力。

作者简介：

周娇峰，身份证号码：411323197310070558