预应力钢结构技术创新研究

徐致君

摘 要：随着社会生产力的提升和科学技术的不断进步，我国的预应力钢结构技术经过长期的发展和推广，不仅具有夯实可靠的理论基础，还在实际应用等方面取得了极大的进步。我国对于预应力钢结构的研究成果也是硕果累累。本文就是针对预应力钢结构技术的创新进行探讨研究。

关键词：预应力钢结构；技术创新；建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.173

0 前言

1990年以后，我国大量兴建公共建筑，公共建筑跨度较大，因此促进了预应力技术与钢结构的结合，产生了多种钢结构体系，包括索网、斜拉、索桁架等。在兴建公共建筑的过程中，充分发挥了预应力的强度潜力，其具有结构轻盈，时代感强的特点，大大促进了预应力施工技术。

1 应力钢结构技术在我国的发展概况

1.1 20世纪80年代前发展情况

1950s预应力钢结构被引入中国，一大批结构专家在传统钢结构的基础上对预应力钢结构进行研究和探索，针对其结构特点、效益进行了深入细致地研究，并据此完成了一批预应力钢结构试点项目，包括太原钢厂——五十三跨、大武口电厂——六十跨等。这些项目都兼具工程性和经济性，且经济效益较好。随后，1960s和1970s期间，预应力结构的研究和发展出现了停滞，直至1980s才再次开始发展。随着科学技术和工业生产的进一步发展，预应力钢结构技术突破了平面钢体系，并与计算机编程技术融合，生成三维空间体系，从该体系衍生出多种复合预应力钢结构。这些空间结构应用广泛，所应用的项目经济效益良好、耗钢量较少，施工精良、技术先进，具备世界一流水平。

1.2 21世纪以来的发展情况

2000年后，我国开始兴建北京奥运会场馆，这些场馆都是大跨度的公共建筑，促进了预应力钢结构的进一步发展和应用。预应力钢结构的实际工程，有力地支撑了该结构类型的科学性、实用性和经济性。2006年，在多年理论研究和工程实践的基础上，我国编制并出版了第一部预应力钢结构技术规程，编号CECS212：2006。这一规范的出台旨在促进预应力钢结构的规范化发展，推动预应力钢结构的健康发展。时至今日，预应力钢结构在我国已经具备完善的教研、设计、施工力量，各种技术人员和施工人员会促进预应力钢结构持续健康发展。虽然我国对预应力钢结构的研究还存在有待突破的地方，但总体来说我国在这方面仍然处在国际前列，保持领先地位。

2 预应力钢结构发展中存在的问题

（1）技术人员的专业知识欠缺。钢筋混凝土结构是我国当前城市建设中最常用、最成熟的建筑结构，在这样的背景下，设计师、工程技术、施工工人等对预应力钢结构的了解是不充分的、对于预应力钢结构的理解是不成熟的。由于对钢材的生产和加工工艺知之甚少，更无法清楚钢材内部受力情况，因此无法充分合理地对钢结构进行设计和利用。

（2）结构设计中出现的问题。尽管有一部分设计师是勇于接受新知识、新技术，但他们未经过科学系统的学习，缺乏实践经验和理论指导，他们也无法掌握预应力钢结构的设计方法。因此工程设计师和施工人员难免在工作过程中出现一些失误，为实际工程项目带来不可预估的损失。这对预应力钢结构的发展十分不利。

（3）设计从业者的误解与偏见。当前从事建筑设计的设计师们大多接受的是学院派的设计理念，他们偏好四平八稳、结构简单明了、造型对称均衡的建筑，这种稳定的建筑形象也更适合传统的建筑结构和材料。而预应力钢结构属于新的建筑结构类型，采用的也是新式建筑材料组合形式，这让接受传统建筑教育并且从业期间鲜少变化的建筑师们感到无所适从，并且产生排斥心理。

（4）规范化设计有待提升。如果在一项工程的设计施工过程中，没有规范约束、没有章程指导，那么这项工程的完工必定是困难重重，整个工程的实施和管理也必定是混乱的，还会造成不必要的浪费。因此我国出版的《预应力钢结构技术规程》是及时的、有利于预应力钢结构发展的。

3 预应力钢结构技术的创新设想

（1）应力钢结构技术创新需求。科学的发展只有开始而没有终点。应力钢结构是一门新兴的应用科学，从它的诞生之始就表现了强大的生命力。由于它的问世和应用，解决了二次世界大战后一些国家的经济恢复和物资匮乏的困难。预应力技术应用在钢结构体系中具有提高结构性能。所以在预应力钢结构发展的时期，学科的理论研究和工程实践得到快速发展。20世纪80代至今，仅在我国就兴建了近百座大型预应力钢结构工程。

（2）预应力钢结构技术创新基础。 当前，预应力钢结构亟待创新，笔者认为其创新基础是十分坚实的。首先，汉城奥运会场馆等建筑物是建立在人工边界基础上的；美国Ruck-A-Chucky悬索桥则是以自然边界条件为基础建成的。此桥由林同炎先生于1977年设计完成，桥体恢弘、横跨亚美利坚河，桥身为双曲面悬索，并且连接至两岸的峭壁，承担固定桥体的功能；这样的结构使得桥面荷载转移至两岸的悬崖陡壁之上，以岩石山体代替传统工程结构物。这种充分利用自然条件，大胆采用张拉力系统的做法，是我们对预应力钢结构进行创新所应该学习的。另外，宇宙天体运转理论以具有极强张力的引力场为理论基礎的，即此引力场中一个体积约为米粒大小的物质质量单位为百万吨。根据上述讨论，改进后的预应力钢结构应当扎根于自然界的山体岩石中，形成以自然条件为边界的的预应力钢结构创新体系了，也就是零强度、零稳度、零刚度的新体系。

（3）零强度、零稳度、零刚度结构方案的设想。在多个实际项目的基础上我们发现，预应力技术能够优化结构刚度，改变结构条件。前述天体理论为我们提供了新型结构体系的设计思路，就是利用预应力技术把杆件中各种内应力转换为拉力和压力。从而将原本具备承压的结构边界转换为成拉边界，这样一来就改变了力的传到方式，生成新的结构体系。

4 结语

当前，关于预应力钢结构技术的应用已经十分广泛，大量的实践证明了这项技术的适用性和科学性，这使笔者相信预应力钢结构技术会在建筑工程中有着光明的应用前景。当然我们也应当保持理性，认识到预应力钢结构的发展还存在很多不足，理论、技术都有待提升。

参考文献：

[1]陆赐麟.预应力钢结构发展五十年[J].钢结构，2002（4-5）.

[2]董石麟.预应力大跨度空间钢结构的应用与展望[J].空间结构，第七卷第四期.

[3]刘晶波，杜修力.结构动力学[M].北京：机械工业出版社，2005.