王保貞

【摘 要】現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的總趨勢是通過不斷改進設(shè)計、施工方法及采用高強、高性能的輕質(zhì)材料來建造更為經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)。高強、高性能輕質(zhì)材料的發(fā)展，對加筋混凝土結(jié)構(gòu)來說尤為重要?；炷潦且环N抗壓強度高、抗拉強度低的結(jié)構(gòu)材料，它不僅抗拉強度很低，而且很不可靠，它的抗拉變形能力也很小，其脆性破壞沒有明顯預(yù)兆。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼筋來承受混凝土的抗應(yīng)力，但仍存在兩個問題：一是在帶裂縫工作狀態(tài)下裂縫的存在不僅造成受拉區(qū)混凝土材料不能充分利用、結(jié)構(gòu)剛度下降和自重比例上升，而且限制了它的使用范圍；二是從保證結(jié)構(gòu)耐久性的要求出發(fā)，必須限制混凝土裂縫開展的寬度，這就使高強度鋼筋無法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其作用，相應(yīng)地也不可能使高強度混凝土的作用發(fā)揮出來。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到進一步發(fā)展，就必須解決混凝土抗拉性能弱這一缺陷。

為克服鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點，經(jīng)人們長期實踐而創(chuàng)造出一種具有廣泛發(fā)展?jié)摿?、性能?yōu)良的結(jié)構(gòu)—預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。本文將圍繞預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要從發(fā)展史、應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用前景等方面進行闡述，了解預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重要性和發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力是預(yù)加應(yīng)力的簡稱。預(yù)加應(yīng)力能使混凝土在使用狀態(tài)下成為彈性材料；預(yù)加應(yīng)力能使高強鋼材和混凝土共同工作并發(fā)揮兩者的潛力；預(yù)加應(yīng)力實現(xiàn)了荷載平衡。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，通常是以預(yù)拉的高強鋼筋的彈性回縮力對混凝土結(jié)構(gòu)施加一個預(yù)設(shè)的應(yīng)力，使混凝土在荷載作用下以最適合的應(yīng)力狀態(tài)工作，從而克服混凝土結(jié)構(gòu)性能的弱點，充分發(fā)揮材料強度，達到結(jié)構(gòu)輕型、大跨、高強、耐久的目的。

為此本文從以下三方面進行簡單的闡述：一是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史；二是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域；三是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用前景。

一 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展史

19世紀(jì)20年代，波特蘭水泥制成后混凝土問世了?；炷凉橇峡梢跃偷厝〔?，混凝土構(gòu)件易于成型，但混凝土的抗拉強度很小，用途受到限制。19世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料，其中鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點。20世紀(jì)初以來，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于土木工程的各個領(lǐng)域。從20世紀(jì)30年代開始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力大大高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣闊。土木工程進入了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的歷史時期?；炷恋某霈F(xiàn)給建筑物帶來了新的經(jīng)濟、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。

從19世紀(jì)中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強度都很高且延性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強度的鋼絲、鋼索。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。除應(yīng)用原有的梁、拱結(jié)構(gòu)外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)逐漸推廣，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)形式百花爭艷的局面。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼筋來承受混凝土的抗應(yīng)力，但仍存在兩個問題：一是在帶裂縫工作狀態(tài)下，裂縫的存在不僅造成受拉區(qū)混凝土材料不能充分利用、結(jié)構(gòu)剛度下降和自重比例上升，而且限制了它的使用范圍；二是從保證結(jié)構(gòu)耐久性的要求出發(fā)，必須限制混凝土裂縫開展的寬度，這就使高強度鋼筋無法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其作用，相應(yīng)地也不可能使高強度混凝土的作用發(fā)揮出來。為了使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能得到進一步發(fā)展，就必須解決混凝土抗拉性能弱這一缺陷。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就是為克服鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點，經(jīng)人們長期實踐而創(chuàng)造出來的一種具有廣泛發(fā)展?jié)摿?、性能?yōu)良的結(jié)構(gòu)。

在預(yù)應(yīng)力原理和技術(shù)運用最廣泛的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，通常是以預(yù)拉的高強鋼筋的彈性回縮力對混凝土結(jié)構(gòu)施加一個預(yù)設(shè)的應(yīng)力，使混凝土在荷載作用下以最適合的應(yīng)力狀態(tài)工作，從而克服混凝土結(jié)構(gòu)性能的弱點，充分發(fā)揮材料強度，達到結(jié)構(gòu)輕型、大跨、高強、耐久的目的。

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)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁，以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉、大懸挑結(jié)構(gòu)等。

二 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.預(yù)應(yīng)力無梁平板結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系需要在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯，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。特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑，若設(shè)計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)，以上問題則迎刃而解；而工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(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及撓度滿足規(guī)范要求，則計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟。因此，為了提高整個樓蓋的抗裂性能，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)，將整個樓蓋設(shè)計為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)就是一個良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無梁平板，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)點主要表現(xiàn)在以下方面。

第一，有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度。對于有地下室的大型建筑或高層建筑，常常把地下室作為車庫或商場。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板；局部配電房、發(fā)電機房等需層高較高者可局部下挖，使之達到設(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挖深度，減少了外墻砼用量，從而降低造價。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。車庫可以比上部結(jié)構(gòu)做普通結(jié)構(gòu)多出許多個車位出來，商場則可以擺放更多的貨品欄。

第二，有利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高。對于6～9米跨度的樓蓋體系，若采用普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，梁板需要占去700～1000毫米的凈空，若采用預(yù)應(yīng)力樓板后，室內(nèi)明梁取消，板厚為180～200毫米（托板部分總高度300～350毫米），這樣在凈空不變的情況下，每層可以減小500毫米以上的層高。

第三，有利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能。業(yè)主根據(jù)自己的愛好或者所經(jīng)營商品的組成變化，需要對辦公樓及商場進行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時期，因業(yè)主的變化都會有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對用途的改變極易適應(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，是房屋銷售的一大賣點。另外，預(yù)應(yīng)力樓板取消了室內(nèi)明梁，避免了由于管線及通風(fēng)管道的鋪設(shè)使層高大大降低的問題，同時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布置均不同帶來的普通梁—板結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用之間的矛盾，這點也為回遷房的分割帶來極大方便。

第四，具有優(yōu)越的抗裂性，減少鋼筋用量，降低結(jié)構(gòu)的造價。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個向上等效荷載，同時在板中產(chǎn)生一個軸向壓力，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)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以降低結(jié)構(gòu)造價。主要原因：一是普通鋼筋用量減少。預(yù)應(yīng)力筋強度高（是普通鋼筋強度的三至四倍），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；有梁板往往以極值代替平均值進行抗彎設(shè)計，無梁板直接以平均值進行抗彎設(shè)計；無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；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)勢越大（如地下室底板、有填土的頂板等）；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；有消防車這種特殊可變荷載活動的區(qū)域（如有些地下室頂板）無梁結(jié)構(gòu)的縱筋箍筋都比有梁結(jié)構(gòu)省。二是對于車庫、商場、倉庫、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。三是模板較普通梁板結(jié)構(gòu)少25%～35%，而且預(yù)算定額直接費較低。四是無梁板混凝土可用較大粒徑碎石，定額價一般較低。

大量的工程實踐及對比分析表明，結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計合理的預(yù)應(yīng)力無梁樓板結(jié)構(gòu)已經(jīng)不斷地改寫和滌蕩著無梁板結(jié)構(gòu)比有梁板結(jié)構(gòu)造價高的傳統(tǒng)觀念（這種觀念在一般的教科書中都有表述，因此根深蒂固）。

第五，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)，施工進度可以加快，這主要是因為：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，而且模板安裝簡單方便，節(jié)省時間；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時費力的梁鋼筋，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行，節(jié)省時間；當(dāng)混凝土強度達到設(shè)計強度的75%時即可進行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，張拉過程中可以照常進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)省了時間。大量工程實例表明并不會因為采用了預(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（從而人工費用減少）的特點，有過體驗的土建施工單位更樂于選用這種結(jié)構(gòu)的施工。

2.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)與平板結(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)錯綜復(fù)雜的次梁，因而內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，節(jié)省了材料、模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大限度地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450毫米高，比做普通預(yù)應(yīng)力梁650毫米減少200毫米高，比普通混凝土梁800毫米減少350毫米。

由于結(jié)構(gòu)中還帶有明梁，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，也利于住戶自行隔斷房間以實現(xiàn)不同的功能。即使更換了新住戶，改造房子時仍然可以再次自行布置房間。例如，長沙市高12～16層的亞華住宅小區(qū)和16層的湘名園住宅小區(qū)都是采用的這種結(jié)構(gòu)形式，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系適同樣合用于商場等公共建筑。

3.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

近年來我國高層建筑發(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，從受力的角度來講這是不合理的，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)力材料及施工費不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經(jīng)濟上考慮比較預(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。因此我國高層建筑轉(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。例如，位于8度抗震設(shè)防區(qū)高64.2米的北京市公安局刑科樓就是做了跨越2～4層高達4800毫米的預(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2000毫米的預(yù)應(yīng)力厚板和3500×3200毫米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，上下層錯位，采用厚970毫米長約140米寬為40米～70米不等的不規(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)帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點，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。并且由于減小了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的尺寸，對抗震也是有利的。

4.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。

第一，預(yù)應(yīng)力混凝土在多層大跨結(jié)構(gòu)中的發(fā)展方向。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。例如，南京為承辦第三屆城運會而興建的四座體育館，其關(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、無錫市體育場和南京師范學(xué)院體育場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，但是造價和維修費用都比較高，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。

第二，儲罐與筒倉。一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要是利用預(yù)應(yīng)力主動軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力以提高抗裂性能。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)力混凝土水池在國內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強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，帶來可觀的經(jīng)濟效益。

第三，其他途徑的應(yīng)用。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。預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見，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)中采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中，工程實例也越來越多。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能已成為當(dāng)今最有發(fā)展前途的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)之一。現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要特征由原來簡單受力結(jié)構(gòu)構(gòu)建轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)應(yīng)力復(fù)雜結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域（除大量的混凝土結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等）。此外，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)還不斷追求自身理論、技術(shù)和材料的革新，以最大限度發(fā)揮其潛在的性能優(yōu)勢。

三 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用前景

1.新材料技術(shù)開發(fā)應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力砼材料技術(shù)的發(fā)展從來都是預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)革命的先驅(qū)，預(yù)應(yīng)力砼筋除了目前使用的高強度鋼材外，未來新型預(yù)應(yīng)力砼筋應(yīng)是強度高、自重輕、彈性模量大的聚碳纖維、玻璃纖維和聚醋纖維類非金屬預(yù)應(yīng)力砼筋。

2.預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)在我國房屋建筑中將扮演重要角色

第一，預(yù)應(yīng)力混凝土在多層大跨結(jié)構(gòu)中的發(fā)展方向。建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，旺盛的建筑需求，日新月異的生產(chǎn)工藝變革，以及人們對物質(zhì)文化生活需求的迅速提高，使建筑結(jié)構(gòu)正面臨新的挑戰(zhàn)。近代建筑結(jié)構(gòu)正在向大柱網(wǎng)、大開間、大跨度、多功能方向發(fā)展，人們總想在有限的建筑面積和空間內(nèi)獲得最好的使用功能和最佳的投資回報。預(yù)應(yīng)力混凝土正以其跨度大、自重輕、節(jié)約材料、節(jié)省層高、改善功能等突出優(yōu)點，迎合了近代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨向。經(jīng)驗證明，8～18米柱網(wǎng)（或跨度）的房屋正處于預(yù)應(yīng)力混凝土建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟跨度范圍內(nèi)，對于大多數(shù)多層工業(yè)廠房，各類公共建筑如文化娛樂建筑、體育建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)建筑、辦公建筑、航站建筑等，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)常常是最佳的選擇，它不僅有良好的技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)，而且能明顯加快施工速度。因此，建設(shè)部、科技部均將其列為“九五”及2010年發(fā)展綱要中的新技術(shù)推廣項目。

第二，高層建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展方向。近年來，預(yù)應(yīng)力混凝土在高層建筑中的應(yīng)用有很大發(fā)展，尤其是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板和預(yù)應(yīng)力砼扁梁用于高層建筑的樓蓋，具有降低層高，簡化模板，加快施工等明顯效果，受到建設(shè)單位、設(shè)計和施工單位的普遍歡迎。預(yù)應(yīng)力混凝土除用于樓蓋外，有時還用來解決大跨度、大空間部位柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換桁架，以及復(fù)雜柱網(wǎng)情況下的轉(zhuǎn)換板。此外8～l8米跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，外墻用的裝飾保溫復(fù)合預(yù)應(yīng)力混凝土墻板在高層建筑中的應(yīng)用前景也很廣闊。目前，高層建筑的外墻材料大都是紅磚、小型砌塊、實心混凝土或玻璃幕墻等，墻體材料的改革勢在必行。

第三，高層建筑結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展方向。先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有工廠化規(guī)模生產(chǎn)的各種優(yōu)點，如質(zhì)量控制水平高，構(gòu)件耐久性好，模板周轉(zhuǎn)率高，損耗??；與現(xiàn)場澆注的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土相比，省去了留管灌漿工序或無粘結(jié)束的注油擠塑工序，省去了管道費用、涂包費用和錨具費用。在道路及運輸?shù)跹b條件較好，運距不太大（200公里以內(nèi)）的情況下，預(yù)制構(gòu)件常常有良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。先進工業(yè)化國家中，預(yù)制先張預(yù)應(yīng)力混凝土的比例很高，美國占70%～80%，法國、德國約占60%?，F(xiàn)代的預(yù)制工業(yè)是一項極具發(fā)展?jié)摿Φ墓I(yè)?，F(xiàn)代化預(yù)制廠的主要生產(chǎn)過程均由計算機控制，高素質(zhì)的技術(shù)工人和高效率施工機械與管理模式保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量，現(xiàn)代預(yù)制工業(yè)已擺脫了構(gòu)件品種、規(guī)格單一，建筑與結(jié)構(gòu)功能脫節(jié)的舊模式。很多工業(yè)發(fā)達國家的預(yù)制構(gòu)件已能將建筑裝飾的復(fù)雜多樣性以及保溫、隔熱、水電管線等多方面的功能與預(yù)制混凝土構(gòu)件結(jié)合起來，滿足用戶各種要求，又不失工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的高效率。我國目前在這方面的差距很大，國內(nèi)房屋建筑中最大量的預(yù)制構(gòu)件仍是6米跨以下的空心樓板和工業(yè)建筑中的屋架、吊車梁、屋面板等。隨著大柱網(wǎng)、大開間多層建筑和高層建筑迅猛發(fā)展，長跨預(yù)應(yīng)力砼空心板、T形板、大型預(yù)應(yīng)力砼墻板等必將逐步興起，預(yù)制梁板現(xiàn)澆柱，或預(yù)制梁、板、柱與現(xiàn)澆節(jié)點相結(jié)合的各種裝配整體式建筑結(jié)構(gòu)體系預(yù)期會迅速發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)體系可以把預(yù)制與現(xiàn)澆二者的優(yōu)點結(jié)合起來，避免純裝配式建筑對產(chǎn)品尺寸的高精度要求，以及結(jié)構(gòu)整體性差和節(jié)點耗鋼量大等缺點，還避免了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)現(xiàn)場濕作業(yè)工程量大，受制于現(xiàn)場施工及氣候條件，耗用大量模板、支撐等缺點。在材料消耗上，預(yù)制也有顯著優(yōu)點，以8～12米跨度的預(yù)應(yīng)力長跨空心板為例，與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆平板相比，一般可節(jié)約混凝土30%～40%，節(jié)約鋼材50%～60%，免去涂包和錨具費用，減輕樓面結(jié)構(gòu)自重10%～15%，節(jié)省模板、支撐等，經(jīng)濟效益十分顯著。

3.其他結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)既是一種結(jié)構(gòu)手段，又是與施工方法結(jié)合形成的一整套以節(jié)段式施工為主體的預(yù)應(yīng)力施工工法或?qū)＠?，主要有預(yù)應(yīng)力懸臂分段施工技術(shù)、分段頂推施工技術(shù)、移動模架逐孔施工技術(shù)、塊體節(jié)段拼裝技術(shù)、大節(jié)段預(yù)制吊裝技術(shù)等。這些施工技術(shù)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)是緊密相關(guān)的。此外，現(xiàn)有橋梁的改造及加固技術(shù)亦是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究開發(fā)方向。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)的其他應(yīng)用也體現(xiàn)了一種施工方法或?qū)＠夹g(shù)，如預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)、重物提升技術(shù)、滑模頂推技術(shù)等，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的合理應(yīng)用可創(chuàng)造一種新型施工方法或?qū)＠夹g(shù)，這亦是它的發(fā)展趨勢。

4.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性、耐久性和經(jīng)濟性將更為協(xié)調(diào)一致

當(dāng)前，我國的預(yù)應(yīng)力混凝土房屋建筑設(shè)計水平相對還比較低，丞待完善與提高，主要表現(xiàn)在以下方面：結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土特點對結(jié)構(gòu)的整體布局、概念設(shè)計、方案對比、綜合技術(shù)經(jīng)濟效益的分析研究薄弱，設(shè)計理論上過分強調(diào)了裂縫對耐久性的危害，對某些預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的抗裂要求過嚴，造成用鋼量的顯著增加，而對影響耐久性的其他更重要因素如保護層厚度、以及灌漿質(zhì)量控制，無粘結(jié)的全長密封，尤其是錨具封端的嚴格要求則重視不夠。結(jié)構(gòu)分析方面，則常常把普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則不適當(dāng)?shù)靥子玫筋A(yù)應(yīng)力混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)上。例如，剪力墻框架結(jié)構(gòu)中，由預(yù)應(yīng)力平板與柱構(gòu)成的等代框架，以及由預(yù)應(yīng)力扁梁、柱構(gòu)成的框架，由于預(yù)應(yīng)力配筋的方向性以及耗能特點，通常不宜考慮承受過大的地震內(nèi)力，對這類結(jié)構(gòu)的設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)有所區(qū)別，但目前有關(guān)的規(guī)范還都未涉及，有待補充與完善。隨著我國預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計隊伍的壯大和設(shè)計水平的提高，相信在不久的將來，我們將會在一些重大設(shè)計理論問題上取得共識，實現(xiàn)可靠性、耐久性和經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)一致。

5.預(yù)應(yīng)力工藝將進—步完善，專用產(chǎn)品質(zhì)量提高

盡管我國已能大批量生產(chǎn)高強鋼材、錨具和各類預(yù)應(yīng)力混凝土用專用機具，但就其質(zhì)量的穩(wěn)定性、耐用性及配套性。以及預(yù)應(yīng)力工藝水平而言，與國際先進水平尚有不少差距。預(yù)應(yīng)力混凝土由于其鋼材長期處于高應(yīng)力狀態(tài)以及材料對機械操作或腐蝕的高度敏感，更值得引起我們對產(chǎn)品質(zhì)量和施工工藝問題的關(guān)注。國際上，英國公路局于1992年9月曾下令暫停在新的橋梁工程中使用后張灌漿預(yù)應(yīng)力混凝土橋，曾引起國際工程界的巨大震動，直到1996年新標(biāo)準(zhǔn)出臺后才予以恢復(fù)。目前，國際上對后張灌無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的耐久性，以及與保證質(zhì)量相關(guān)的工藝技術(shù)均給予高度重視。我國應(yīng)加強與國際學(xué)術(shù)界、工程界的交往，廣泛吸取他人的有益經(jīng)驗。比如，英國新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留管道采用不導(dǎo)電、抗腐蝕且耐久的高密度聚乙烯或聚丙烯塑料波紋管替代金屬波紋管，以便提供預(yù)應(yīng)力束的多道空氣和水的絕緣屏障，并對灌漿提出更高要求。國外對無粘結(jié)筋的防腐蝕要求、全封閉要求和構(gòu)造細節(jié)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也都很嚴格，這方面我國還有許多工作要做，技術(shù)質(zhì)量有待提高。此外錨具的生產(chǎn)許可證制度也勢在必行。

6.專業(yè)預(yù)應(yīng)力砼工程公司將集團化、國際化，施工技術(shù)和管理水平大大提高

預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)化施工已勢在必行。我國目前尚處在初級階段，現(xiàn)有的專業(yè)隊伍絕大多數(shù)技術(shù)水平仍然不高，僅僅懂得一般的張拉操作。今后我國應(yīng)發(fā)展大型專業(yè)預(yù)應(yīng)力砼工程公司，專業(yè)大型的預(yù)應(yīng)力砼工程公司不僅擁有自己的預(yù)應(yīng)力砼專用產(chǎn)品和配套的質(zhì)量保證體系，有整套的預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)施工技術(shù)和現(xiàn)場服務(wù)體系，還應(yīng)具有研究、產(chǎn)品開發(fā)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的高水平咨詢能力。發(fā)展大型集團公司對于促進我國預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的完善和發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)化，提高工程質(zhì)量和降低成本，以及適應(yīng)市場的國際化趨勢，增加競爭能力都是十分必要的。預(yù)計經(jīng)過十余年的努力，我國將會樹立起自己的國際名牌預(yù)應(yīng)力體系，建立起能參與國際投標(biāo)競爭的高水平預(yù)應(yīng)力砼專業(yè)公司。

參考文獻

[1]第十二屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)交流會論文集[C]，2003

[2]呂志濤、孟少平.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998

[3]李國平.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：人民交通出版社，2010

[4]陶學(xué)康.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計與施工[M].北京：地震出版社，1993

[5]胡狄.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理[M].北京：中國鐵道出版社，2009

[6]曹明旭.預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2009（2）