分析预应力技术在工民建结构设计中的应用

王金金 雷兵

【摘要】针对工民建结构设计中的预应力技术，分析该技术应用原理，了解先张法预应力技术、后张法预应力技术、预应力加固技术、预应力混凝土技术、转换层结构预应力技术的应用要点，总结技术实际使用成效，肯定预应力技术在优化结构强度、稳定性方面的作用，为今后工民建结构设计提供技术参考。

【关键词】预应力技术;工民建结构;承载力;混凝土结构

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.02.139

预应力技术是建筑行业结构设计的关键技术手段，应用预应力技术可以提升结构性能，减少结构裂缝的产生，避免材料浪费，还能够延长结构的使用期限。工民建结构设计中应用预应力技术，可以满足结构基本功能要求，加强整体美观性与安全性。但是预应力技术的应用，还需要深入分析技术和工民建结构的契合性，通过预应力技术加强结构设计质量，以免结构被破坏。

1、预应力技术应用原理

工民建结构设计中运用预应力技术最为明显的优势，是提高混凝土结构的抗拉强度与抗压性能，但是结合一直以来积累的经验发现，预应力技术的抗压性能还需要提升[1]。外部荷载作用进行至混凝土构件之前，需要通过人工的方式向其施加压力，混凝土结构内部钢筋张拉形成预压应力，便可以将外部荷载产生拉应力抵消或是减弱。对钢筋混凝土受拉部位施压，凭借所具备的抗压强度将抗拉程度提高，便是工民建结构设计中运用预应力技术的基本原理。

2、不同种类预应力技术的应用

2.1先张法预应力技术

预应力技术包括先张法、后张法两种，一般先张法预应力技术适合中小型构件的生产，先张法预应力技术需要提前张拉预应力钢筋，将其固定制钢模、台座之上。随后开始混凝土浇筑、放松张拉钢筋，操作期间混凝土强度要达到设计标准75%[2]。

2.2后张法预应力技术

后张法预应力技术在工民建结构设计中比较常用，浇筑混凝土环节，需要先保证混凝土强度达到设计标准75%之后方可张拉钢筋，保证预应力技术的实际应用效果。采用后张法预应力技术，开始混凝土浇筑前预留钢筋孔道，当满足预定强度后孔道内部插入预应力钢筋，随后开始张拉，在孔道中灌入水泥浆便可以构成整体结构。通常预应力技术利用锚具达到预应力传递的效果，并且也不会对整体强度造成明显的影响。通过混凝土收缩或者分割之后再拼接这种方法，构建大件整体能够保证生产环节的质量。

2.3预应力加固技术

要想提高工民建结构承载力，延长建筑物的使用期限，在结构设计阶段建议运用补强构件，可以满足设计规范。预应力加固技术在实际应用中，可以通过调整结构受力体系加固、体外预应力加固或是建筑面补强层加柱加固的方式，达到预期加固效果。实际施工环节工作人员要对混凝土结构加固过程中初始应变卸载情况进行观察，不同种类的构件要提前施加预应力，确保构件受拉区能够形成压应力之后，可以优化初弯矩阶段构件压应变与拉应变参数值。受弯构件应用预应力加固技术，建议采用粘贴碳纤维片材，因为该类型的片材具有较高的强度，施工环节也十分方便，结构设计与施工环节如果混凝土内已有初始内应力存在，抗应变结构作业完成、初始压应变加工处理已经获得相对满意的效果，那么混凝土受压区的压应变大于极限压应变，就有可能会超出构件极限承载力[3]。通过粘贴碳纤维片材，针对受弯结构进行处理，提前施加预应力，确保碳纤维片材形成初始抗应力，之后施工环节的碳纤维片材能够具备强度与应力，避免混凝土构件破损。

2.4预应力混凝土技术

工民建结构中运用预应力平板开展地下室建筑的设计与施工，是相对常见的设计方法。采用预应力扁梁楼板、预应力密肋板，也可以分别进行商场、教学楼、车站、体育馆等不同建筑的结构设计。应用预应力混凝土技术作用在于降低结构层的高度，如果跨度一致，那么预应力结构层的高度低于普通结构，便可以保证室内净空高度，工民建建筑的总高度也会因此降低，达到节省材料与成本的效果。如果建筑物高度一致，可以能够增加建筑楼层数量，地下室部位的施工，有利于减少基坑开挖这一环节的工作量，发挥预应力混凝土技术作用，提高工作效率。

2.5转换层结构预应力技术

在结构转换层应用预应力技术需要结合楼层实际用途，明确相应的结构形式。工民建结构轴线与墙体的设置、室内空间与用房设置，或者公共空间的布置，均需要通过预应力技术，保证设计合理性。基于预应力技术的转换层结构设计，由于结构下部的楼层有比较大的受力，以免楼层受力不均匀降低结构稳定性，通过预应力混凝土，并且凭借混凝土在强度、承受能力等方面的优势，加强转换层结构稳定性。

3、工民建结构设计中预应力技术的应用效果

应用预应力技术需要明确产生预应力的来源。结构设计时，施加预应力之后可以优化使用结构的效果。现阶段工民建结构设计，结构使用过程中预应力将荷载引发拉应力抵消，施工阶段预应力技术通过混凝土模块提高结构承载力。结构在外力影响下，还可以通过预应力技术进行调整，保证结构承载力。

预应力技术在预应力混凝土管桩阶段的设计中得到应用。预应力混凝土管桩连接承台，预应力钢筋插入至管桩的顶部位置，并錨入基础承台长度不小于La。混凝土填芯混凝土强度等级不小于C30，抗压桩填芯长度大于1.2 m，抗拔桩填芯混凝土高度不小于3 m。与此同时，混凝土预应力混凝土管桩的拼接，通过焊接连接的方法，有效优化了管桩内部钢筋和端板之间的传力，使得接头连接强度超过管桩桩身强度，保证结构稳定性。

结语：

综上所述，预应力技术作为一种建筑领域的常用工艺手段，在结构设计时，可以加强结构整体稳固性，减少材料、成本大量投入，提高结构设计各个环节的工作效率，强化工民建结构的性能，以免后期建筑物面临质量问题。

参考文献：

[1]朱建甫，熊小林，冯远，等.预应力技术在某机场航站楼大厅结构设计中的应用[J].建筑结构，2018，048（001）：1-4.

[2]孙岩波，李晨光，彭雄，etal.装配式预应力混凝土框架-剪力墙结构施工技术应用研究[J].施工技术，2018（4）：32-34.

[3]贾斌，李柯燃，黄友帮.大跨斜拉空间结构预应力施工控制及监测技术[J].施工技术，2018，v.47;No.514（15）：78-82.

作者简介：王金金（1988-），山东泰安人，硕士研究生，工程师，主要从事建筑工程结构设计工作。