建筑预应力混凝土结构设计探究

【摘要】随着人们对建筑功能性和安全性要求的提高，对建筑的抗震性、耐久性、抗渗性等等都提出了更高的要求，基于此预应力混凝土在建筑行业中被广泛的应用。

【关键词】建筑预应力；混凝土；结构设计

1、建筑工程中预应力混凝土结构特点

1.1预应力混凝土概述

预应力混凝土是为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在構件加载以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。预应力混凝土结构相比于普通钢筋混凝土结构，优点众多，这种结构的抗裂度与抗渗性都得到了大幅提高，使结构的受力性能发生了变化，构建的实际刚度得到了增强，构件的变形量逐步减小，应用预应力混凝土技术制作的梁，会减少梁实际承受的剪力与主拉应力，这种梁耐疲劳性强，稳定性更强，更安全。

1.2预应力混凝土特点介绍

1.2.1抗裂性好、刚度大

在很多的建筑工程中，最经常遇到的问题就是混凝土的开裂问题，这在很大程度上影响了工程的质量和破坏了建筑的结构，其主要产生的原因是因为混凝土钢筋受到剪力和应力而产生的形变。预应力混凝土能够对构件提供预应力，从而在一定程度上减弱了混凝土受到的应力，降低了形变的发生概率，从而保证了混凝土结构的稳定性，提高了刚度，增加了耐久性。

1.2.2节省材料、重量较轻

预应力混凝土采用的材料具有高强度、高轻度、高耐久性的建筑材料，与普通的钢筋混凝土相比，在建筑施工中只需要很少的材料就可以达到理想的应用效果，因此在结构上预应力混凝土的自重较轻。在施工阶段比较具有优势。

1.2.3抗震性、抗渗性好

预应力混凝土的结构较为均匀，并且收缩性低，不会产生明显的空隙，因此与普通的钢筋混凝土相比，其在施工工程中对雨水的抵抗能力较强，防渗能力优秀，并且其具有很好的刚度和稳定性，因此又具备足够的抗震性。

2、建筑预应力混凝土结构设计内容

2.1预应力混凝土的设计验算

在对建筑预应力混凝土结构进行设计验算时，首先要满足施工阶段的条件。在荷载方面，预应力荷载必须由减去第一批预应力损失的预应力来确定，至于其他方面要以实际施工情况的极限荷载来确定。在实际施工时，设计人员应考虑好实际的支撑条件来进行方案的设计运作，通过模板的周转情况，确定施工阶段的支撑条件和荷载条件。对于施工中的设计验算内容，首先要保证在支撑条件和相应的荷载下，混凝土结构必须具有安全性、科学性和稳定性。然后，在实际的施工阶段中，所选用的建筑材料不可以超过规定允许的范围。

2.2抗震性能的设计

无论什么建筑，都应该具有一定的抗震性能，这个问题在全国乃至全世界都是一个重点的问题。但跨度预应力混凝土结构大多应用于大型的公共建筑之中，这些公共建筑建成之后，人员都相对密集，若是其抗震等级不达标的话，一旦发生地震等一系列自然灾害，将会造成重大的人员伤亡与财产损失，因此，在对其进行设计时，抗震性的设计师重中之重。在进行具体的设计中，可以通过利用竖向的预应力加固其结构来达到抗震目的，这种形式的结构可以邮箱的对水平荷载进行抵御，有利于在震后的恢复。此外，在震区的建筑应对结构的延性提出更高的要求，一般措施是用小配筋率对其钢筋进行限制，避免出现裂纹等。

2.3混凝土结构的属性设计

混凝土在当今建筑中起到了核心的作用，所以在设计中，一定要注意验算混凝土的适用性和耐久性。首先，对荷载下的混凝土结构的挠度进行检验，一定要注意挠度值不能超过规定范围。如果发生意外，相关工作人员必须尽快采取补救措施。另一方面，就是对裂缝的控制要求，针对每一种情况，在规定范围内对裂缝的要求都有所不同。例如，对于有粘结预应力的混凝土在短期荷载情况下，则不能出现裂缝。在长期荷载情况下，则不能有拉应力。而对于无粘结预应力的混凝土，对裂缝的控制则分为一和二两个等级，每个等级的要求大不相同。如果进行一级控制，不能出现拉应力。如果进行二级控制，则不能出现裂缝。并且，如果相关人员要进行设计验算时，针对预应力混凝土的拉应力，要准确确定数值，短期效应取值0.6，长期效应取值0.25。经过多年设计经验表明，如果在施工中，混凝土结构的外界环境和自身状态保持良好，则可适当针对短期荷载的裂缝减小控制力，对于裂缝的控制可以降低限度。对于裂缝宽度的限制应确保裂缝最大宽度不能大于0.22mm。

3、预应力混凝土技术在建筑施工中的应用

3.1先张法预应力混凝土技术的应用

在建筑项目中，通过先张法形成的预应力混凝土，其对建筑项目的钢筋及对锚固建筑的预应力钢筋等，都产生了明显的张拉作用，且效果显著。首先张拉钢筋，之后向混凝土内部浇筑，再对预应力进行传送，传送需要借助钢筋和周围混凝土间形成的粘度完成，最后，当达到既定的强度要求后，松开钢筋两侧，在此浇筑生产环节，需使用专门的夹具及其他相关工具。在整个施工项目中，若混凝土强度达到了设计要求，即与设计强度完全相同时，则预应力钢筋无需进行拉近操作。与此同时，无论是小型预应力混凝土构架，还是中型预应力混凝土构架，其都可采用先张法完成预应力混凝土的生产。先张法预应力混凝土技术在操作过程中，需要对预应力进行传送，传送需要借助钢筋和周围混凝土间形成的粘度完成。在操作时，应严格根据相关法律规章进行。同时，在施工时应注意以下两点，一是先张力台座应达到既定要求，即强度值、刚度值在规定范围内；二是就受力中心而言，锚板的高度应和预应力钢筋保持一致，不能出现比预应力钢筋高，抑或低的情况。

3.2后张法施工技术

后张法是指构件或浇注混凝土结构的制造。预应力筋在孔位置向前移动。混凝土强度等级达到设计标准后，预应力筋穿过预应力孔，并根据设计要求控制拉应力。最后，预应力锚索用于部件的有限元分析。孔灌浆方法预应力钢，使混凝土的结构或结构可以预先张紧。后张紧方法的特征在于预应力肋直接朝向部件延伸。因此，混凝土的弹性压缩不直接影响预应力筋有效预应力的建立。后张法适用于大型构件（如桁架）的现场生产。避免长距离运输大型零件的麻烦。后张法是一种预应力工艺。它也可以用来组装预制件。诸如大跨度屋顶等大型构件可以预先成形为小块并运输至施工现场。预应力组合成一个整体。或者在各种部件到位之后，它们可以组装成预应力、预应力结构。预张紧预应力的传递主要取决于两端预应力筋的锚固。

结语：

预应力混凝土在建筑工程结构设计施工中的应用，能够有效的提升建筑结构的强度，使建筑的耐久性以及稳定度得到有效的提升，为人民的生命财产安全提供稳定的保障。随着我国经济的发展与进步，我国建筑工程项目的数量也在不断的增加，在工程项目结构设计施工的过程中，科学合理的应用预应力混凝土能够有效的提升建筑的质量，确保我国建筑行业的持续稳定发展和社会的和谐与经济的稳定。

参考文献：

[1]李莉，郭圣有.浅谈大跨度预应力混凝土结构设计[J].城市建设理论研究：电子版，2013（18）.

作者简介：

张博智，泛华建设集团有限公司，北京。