羅鉅華

摘要：隨著現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，普通混凝土在抗裂方面的性能很弱，而預(yù)應(yīng)力混凝土剛才彌補(bǔ)了普通混凝土這一缺陷，使得混凝土的使用范圍更加廣泛，然而預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也越來(lái)越豐富多樣，預(yù)應(yīng)力技術(shù)己在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，本文通過(guò)對(duì)有梁大板框架結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)這三種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)明預(yù)應(yīng)力技術(shù)在施工以及應(yīng)用方面的一些優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力技術(shù)；混凝土；建筑施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1674-3954（2013）21-0064-02

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)其工作和生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，對(duì)住宅要求有較舒適的內(nèi)部環(huán)境，對(duì)辦公室要求有開(kāi)闊明朗的空間，對(duì)建筑要求有較大的凈高，而預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這些要求都可以輕松實(shí)現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的形式多種多樣，常見(jiàn)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式有：有梁大板框架結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)、吊車梁結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)以及特殊結(jié)構(gòu)等。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土的定義與原理

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的定義：結(jié)構(gòu)在受外部荷載作用之前，預(yù)先人為地在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形成一種應(yīng)力狀態(tài)，使建筑結(jié)構(gòu)在使用階段會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力的部位先受到壓應(yīng)力的作用，這股壓應(yīng)力將與使用階段荷載作用于結(jié)構(gòu)上的拉應(yīng)力抵消一部分或者是全部。從而大大地推遲了裂縫的出現(xiàn)，減緩了裂縫的擴(kuò)張，提高了結(jié)構(gòu)的剛度，這種混凝土被稱為預(yù)應(yīng)力混凝土。

預(yù)應(yīng)力混凝土的工作原理（如圖1所示）：

（1）由于在混凝土梁的內(nèi)部預(yù)先施加了壓應(yīng)力Np，混凝土梁在均勻分布的荷載Ⅱ的作用下，混凝土梁下緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力被預(yù)先施加到梁上壓應(yīng)力完全抵消，這樣可以推遲甚至避免裂縫的出現(xiàn)，混凝土梁始終以全截面參加工作。

（2）預(yù)應(yīng)力的施加必須要依據(jù)在荷載作用下可能產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)。預(yù)先所施加的壓應(yīng)力Np不僅與荷載q有關(guān)，而且還與偏心距離e的大小有關(guān)。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)

3.1 增強(qiáng)構(gòu)件的剛度

當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在正常使用時(shí)，在荷載的作用下可能只產(chǎn)生很小的裂縫甚至不會(huì)產(chǎn)生裂縫，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本處于彈性工作狀態(tài)，因此預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的剛度較普通鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度有所增大。

3.2 擴(kuò)大構(gòu)件的使用范圍

預(yù)應(yīng)力混凝土大大改善了構(gòu)件的抗裂能力，因此預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可以用于有抗腐蝕、防水和抗?jié)B透要求的環(huán)境；高強(qiáng)度材料、變形小、剛度大以及結(jié)構(gòu)輕巧，可以用于重荷載、承受反復(fù)荷載和大跨度的結(jié)構(gòu)。

如今預(yù)應(yīng)力混凝土己被廣泛應(yīng)用于民用建筑、交通運(yùn)輸建筑及構(gòu)筑物和工業(yè)建筑物中。如：預(yù)應(yīng)力屋架、空心樓板、吊車梁、門形屋面板、預(yù)應(yīng)力橋梁、屋面大梁、鐵路軌枕、預(yù)應(yīng)力空心樓板等已經(jīng)大量采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。在水利工程中也已經(jīng)被廣泛用于棧橋、調(diào)度室、圓形水池、水電站廠房的屋面梁、碼頭、樁、壓力水管、工作橋、吊車梁閘門、渡槽、公路橋等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的修建，也可以應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)來(lái)加固襯砌隧洞和大壩。對(duì)于某些有特殊要求的結(jié)構(gòu)，如：需要耐高溫和高壓的核電站壓力電容器和需要防止被海水侵蝕的海上采油平臺(tái)等，采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)可以大提高這些構(gòu)件的優(yōu)越性。

3.3 提高構(gòu)件的抗裂能力

由于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受拉區(qū)在承受外部荷載之前已經(jīng)有預(yù)先施加的壓應(yīng)力存在，所以只有當(dāng)混凝土構(gòu)件所受到拉應(yīng)力完全抵消預(yù)壓應(yīng)力且在抵消預(yù)壓應(yīng)力以后的拉應(yīng)力超出了混凝土構(gòu)件的極限拉應(yīng)變時(shí)，混凝土構(gòu)件才會(huì)開(kāi)始開(kāi)裂。而普通的鋼筋混凝土構(gòu)件中因?yàn)椴淮嬖陬A(yù)應(yīng)力，所以其開(kāi)裂荷載的大小僅決定于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，因而普通鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂能力很低。

3.4 使高強(qiáng)度材料得到充分利用

在普通的鋼筋混凝土構(gòu)件中不能充分利用高強(qiáng)度材料。然而在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)先被拉，在外部荷載的作用下，鋼筋所承受的拉應(yīng)力進(jìn)一步增大，然而鋼筋始終處于高拉應(yīng)力的狀態(tài)，這便能有效地利用高強(qiáng)度鋼筋，提高鋼筋的強(qiáng)強(qiáng)可以減小需要的截面面積。同時(shí)，應(yīng)盡量采用高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，使其與高強(qiáng)度的鋼筋相配合，以獲得比較經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件截面尺寸。

綜上所述，我們可以看出預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)確實(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)應(yīng)力混凝土也有具局限性，所以預(yù)應(yīng)力混凝土不能完全代替普通鋼筋混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土具有施工技術(shù)要求高、需要張拉設(shè)備、施工工序多和勞動(dòng)力費(fèi)用高等特點(diǎn)，所以預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件比較適用于普通鋼筋混凝土力不及的地方，如：重荷載和大跨度結(jié)構(gòu)。

4 預(yù)應(yīng)立混凝土的應(yīng)用

4.1 有梁大板框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

有梁大板結(jié)構(gòu)指的是在柱與柱之間布明梁，在大板上面布置隔墻的一種結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系與平板結(jié)構(gòu)有很多相似的地方，由于省去了次梁，所以在室內(nèi)就不會(huì)有錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，具有：柱距大、內(nèi)景好、抗裂能力強(qiáng)、施工速度快、凈空高和省材料省模板等優(yōu)點(diǎn)。如果這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁一起使用，那就可以很大程度地降低層高，提高層凈高，如：跨度為9m的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到高450mm，比普通的預(yù)應(yīng)力梁少了200nun，比普通的混凝土梁少了350mm，可以很好地節(jié)約鋼筋和混凝土的使用。

有梁大板結(jié)構(gòu)比較適用于辦公樓和住宅，特別是住宅，不設(shè)次梁，不但不會(huì)影響室內(nèi)的美觀，又有利于住戶自行隔斷房間，有效地利用室內(nèi)空間，即便是換了新的住戶，新住戶在改造房子時(shí)依然可以自行布置房間，近幾年來(lái)很多公共建筑和大型商場(chǎng)都采用這種結(jié)構(gòu)形式，甚至在一些高檔住宅也有應(yīng)用，在使用功能方面一直到使用者的一致好評(píng)，有梁大板結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景一片光明。

4.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

近年來(lái)我國(guó)的高層建筑和多功能綜合性建筑發(fā)展迅速，這種建筑需要下部有大柱網(wǎng)和大空間的公共設(shè)施，從受力的角度來(lái)講，這是不合理的，設(shè)置轉(zhuǎn)換層是解決這種矛盾的最常用方法。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的不斷成熟，預(yù)應(yīng)力的施工費(fèi)用不斷下降，因此在我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中開(kāi)始越來(lái)越多應(yīng)用預(yù)應(yīng)力技術(shù)。

4.3 預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要在柱與柱之間以及隔墻下設(shè)框架梁和次染，這必然會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)的現(xiàn)象，從而降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)空間的使用功能和美觀。由于明梁的存在，從而大大限制了隔墻布置的任意性，要重新調(diào)整室內(nèi)功能就會(huì)顯得比較困難，我們很難想象有那一棟建筑在50年甚至70年的使用期內(nèi)都不需要變換使用功能或?qū)臻g重新分隔，特別是住宅建筑和辦公樓。

如果在樓蓋體系的設(shè)計(jì)中采用預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，上述問(wèn)題便可以迎刃而解，這種預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)除了在樓板周邊和局部少數(shù)有隔墻的地方保留有必要的邊梁以外，室內(nèi)的明梁全部取消，為了改善樓板的受力性能，只在必要的地方設(shè)置暗梁，每個(gè)單元的室內(nèi)頂板都為一整塊平面。

5 預(yù)應(yīng)力混凝土的經(jīng)濟(jì)性

預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)混凝土和鋼筋的使用量會(huì)比普通鋼筋混凝土少些，但預(yù)應(yīng)力凝土對(duì)鋼筋和混凝土的強(qiáng)度的質(zhì)量都要高些，所以每種材的單價(jià)都比普通鋼筋混凝土所需要的材料的單價(jià)要高，且必須考慮預(yù)應(yīng)力混凝土本身存在的附加費(fèi)用。如果采用大量的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，那么預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和普通鋼筋混凝土構(gòu)件的單價(jià)的差別就大大縮小。另外需要注意的是，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以間接節(jié)約維修工作或者是完全避免維修工作，且結(jié)構(gòu)有很好的耐久性，以致使用壽命要比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一項(xiàng)比較成熟的工程技術(shù)，實(shí)踐證明，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以其自身的各種優(yōu)勢(shì)，在建筑領(lǐng)域占據(jù)著強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，我們有理由相信，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)必將會(huì)有更好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王華，建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用，南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2005

[2]楊宗放，方先和，現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土施工北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

[3]吳元乃，等，建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)及其應(yīng)用，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005