预应力技术在工民建结构设计中的研究

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1 预应力技术概述

1.1 基本概念

预应力技术的应用主要是针对工民建建筑中的混凝土工程。将预应力技术应用到混凝土工程当中是为了在结构中构建预应力状态，以便抵消或减弱工民建建筑外部荷载产生的拉应力。在具体施工过程中，各类混凝土构件需要承载外部压力，抵抗混凝土开裂问题，而预应力技术的加持能够有效改善钢筋混凝土构件的抗压、抗剪、抗渗、抗疲劳能力，同时节约混凝土、钢筋等用量，降低工民建建筑结构自重，减少建筑构件开裂情况及挠度，实现工民建建筑外观美化的功能。

1.2 结构原理

预应力技术应用到工民建建筑当中，能够改善混凝土结构强度及抗压能力，但其对于拉力的抵抗能力相对较弱，为改善这一问题，同时对混凝土开裂问题进行防治，在外部荷载作用到混凝土构件前，对其进行人工施加压力。通过对混凝土结构中的钢筋进行张拉，产生一定的预压应力，以便减弱或抵消外部荷载所产生的拉应力。对钢筋混凝土可能受拉部位施压，利用其自身抗压强度提升抗拉程度，即为预应力技术在工民建结构中的应用原理。

1.3 主要分类

预应力技术的分类方法主要有以下5 种方式：

1）根据预应力度进行分类，包括：全预应力混凝土技术、限值预应力混凝土技术、部分预应力混凝土技术、普通钢筋混凝土技术。

2）根据黏结方式进行分类，包括：有黏结预应力混凝土技术、无黏结预应力混凝土技术、缓黏结预应力混凝土技术。

3）根据预应力筋束位置进行分类，包括：体内预应力混凝土技术、体外预应力混凝土技术。预应力筋束布置于混凝土构件体内的称为体内预应力混凝土技术，其中，先张预应力混凝土技术、后张预应力混凝土技术、有黏结预应力混凝土技术、无黏结预应力混凝土技术均为体内预应力混凝土技术不同依据下的分类。预应力筋束布置于混凝土构件体外的称为体外预应力混凝土技术，预应力束与结构主体截面直接或间接相连传递预应力。

4）根据施工工艺进行分类，包括：先张法、后张法、横张法。

5）根据预应力结构构件制作方式进行分类，包括：现浇预应力构件、预制预应力构件、预制现浇组合预应力构件。

当前，工民建建筑工程中先张法及后张法应用较多。后张法是先制作混凝土构件，并在构件上预留预应力筋孔道，后续通过构件养护使其强度满足工程设计标准，待构件达标后，使用预应力筋穿过孔道，并张拉锚固，处理完成后向构件孔道内灌注混凝土砂浆。先张法是混凝土构件在制作过程中要先拉伸预应力筋，然后进行混凝土浇筑，最后再释放预应力筋，实际制作的情况需要结合工民建工程规划实施【1】。

1.4 自身优势

预应力构件因其工艺特殊性，具有非预应力构件缺少的多项优势。具体内容包括4个方面：（1）预应力构件截面面积较小、自重较轻，能够更好地应对疲劳、损伤问题；（2）使用性能、耐久性等得到较大强化；（3）具有更加优秀的裂缝闭合及变形恢复性能；（4）能充分发挥高性能钢筋性能。

2 预应力技术在工民建结构设计中的应用情况

2.1 预应力先张法的应用

预应力混凝土先张法在工民建建筑施工过程中，需要将预应力钢筋先张拉，然后再开展混凝土浇筑。通过专用生产台座、夹具来张拉、锚固预应力钢筋，在混凝土达到工民建设计强度标准要求后，将预应力钢筋放松。先张法更适用于中小型预应力混凝土构件的生产，这种技术方式将预应力钢筋与混凝土间的黏结力传递到混凝土上，达到相应的设计、施工效果。先张法的预应力施工必须遵循相应设计要求和工艺标准，选择满足现场施工要求的专业设备，所选择的先张力座必须满足相应的强度和刚度要求，并注意锚板受力中心与预应力筋合力的受力中心是否一致，对于多根预应力筋的初始应力也要保持一致。

2.2 预应力加固技术应用

为提升工民建建筑承载能力，延长建筑使用寿命。一般会在工民建结构中使用补强构件来改善结构性能，达到建筑设计标准要求。当前较为常见的预应力加固技术应用包括：改变结构受力体系加固、建筑面补强层加固、体外预应力加固的方式。具体施工过程中，需要重点关注混凝土结构加固施工的初始应变是否卸载，对于各类构件来说，可以先施加预应力，使构件受拉区产生压应力，以便降低初弯矩时构件压应变、拉应变2个参数。对于受弯构件采用预应力加固时，多使用粘贴碳纤维片材的方式进行处理，这主要是由于碳纤维片材强度高、施工便利。进行结构设计、施工时要注意，若混凝土内部已出现初始内应力，且已做过抗应变结构、初始压应变加工处理，则混凝土受压区压应变达到并超出极限压应变就会赶超混凝土构件极限承载能力。利用粘贴碳纤维片材处理受弯结构时，要先对其施加预应力，保证碳纤维片材具有初始抗应力，只有这样，才能保证后续施工过程中碳纤维片材具有良好的强度和应力，能够有效应对混凝土构件的破坏问题【2】。

2.3 预应力混凝土技术的应用

对于工民建楼面结构而言，可以使用预应力平板的方式处理地下室建筑。使用预应力扁梁楼板处理商场、写字楼、教学楼等建筑。使用预应力密肋板处理车站、体育馆建筑。设计过程中采用预应力混凝土技术方式能够有效降低结构层高度，即当跨度相同时，预应力结构层高度比普通结构低，能够有效确保室内净空高度，并降低工民建建筑总高度，节约建筑材料及成本。而在建筑高度相同时，可以建设更多的建筑楼层，对于地下室而言，能够减少基坑开挖工作量，提升建筑投资效率。

2.4 转换层结构中的应用

现代高层建筑向多功能和综合用途发展，不同用途的楼层，需要大小不同的开间，采用不同的结构形式。建筑要求上部采用小开间的轴线布置和设置较多的墙体，中部办公用房要小的和中等大小的室内空间，下部公用部分则希望有尽可能大的自由灵活空间，柱网要大，墙尽量少。这种要求与结构的合理、自然布置正好相反，因为结构下部楼层受力很大，即正常应当下部刚度大、墙多、柱网密，到上部逐渐减少。为避免出现楼层受力不均影响高层建筑稳固性，可以使用预应力混凝土，借助预应力混凝土的高强度、高承受性能稳固转换层结构，具体设计过程中要加以关注。

3 结语

综上所述，工民建结构设计过程中，恰当地处理预应力技术，充分发挥其作用是非常重要的。预应力技术应用过程中对设计、施工的要求极为严格。因此，必须从设计之初就认真严谨地做好每一步骤的操作，保证工民建结构的科学性、合理性，为后续施工质量、成本、安全、工期等目标的控制奠定坚实基础。同时，科学、合理的建筑结构设计能够充分提升企业经济效益和社会效益，并推动工民建行业更好地发展。