预应力技术在工民建结构设计中的研究

孙 伟

（重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，重庆 401122）

现阶段的建筑不仅要满足基本的使用功能，还要保证其使用年限及安全质量问题，因此在工民建筑结构设计中要重视起框架的整体性和耐久性。近几年来预应力作为建筑结构设计中的基本原理，能够准确的把握建筑结构可能受到的外部荷载，然后进行科学的分析与计算，保证受力情况在允许范围内，从而提高建筑的安全性。所以将预应力技术熟练的运用到工民建筑项目当中，是建筑行业持续发展的必然要求。

1 预应力技术的概念

无论是工民建筑还是其他建筑类型，都存在受力问题，从专业的角度来讲，预应力技术就是在混凝土构件承受荷载前，预先对受拉区施加一个压应力，保证在构件使用时有足够的强度，从而提高建筑的整体质量。预应力技术在建筑工程当中，主要是利用钢筋混凝土构件，通过施加外力使混凝土结构产生比较强的承载能力，能承受全方面带来的综合性压力。预应力技术主要是针对建筑构件中的混凝土强度，能够提前达到预应力状态，以便在使用时抵消或减弱建筑外部荷载带来的应力。此项技术应用到工民建筑工程中，能够有效改善结构的强度和承载能力，同时还能有效防止混凝土产生裂缝等问题的出现，通过对预应力筋的张拉，可以减少钢筋用量，降低建筑结构的自身重量，从而有效提高混凝土构件的抗剪能力，能够更好的保证建筑结构的稳定性。预应力技术在合理的使用下，能够有效提升建筑总体质量，使其建筑结构具有良好的承受荷载的能力，并能减少工程因自身重量过大，而导致结构不稳定现象的发生，减少在外力的作用下，导致建筑结构出现开裂等质量问题。由于预应力技术在混凝土中有很强的抗裂性及耐久性，不仅可以有效保障工民建筑的施工质量，还可以节省建筑材料，从而减少工程总体成本。就目前阶段而言，预应力技术的应用在建筑行业具有重要的意义［1］。

2 工民建筑工程中应用预应力技术注意问题

我国建筑工程项目开展的速度正在逐步提高，预应力技术在施工过程中的作用也越来越重要，为了满足建筑行业发展的需求，在一定程度上，很有必要掌握在施工中预应力技术的使用程序。首先作为新的施工技术，在建筑工程施工前，要对相关的工作人员进行了解和学习一定的预应力知识以及在操作中的安全规则等，例如在每阶段张拉时，要检查对应的预应力筋是否放对位置，千斤顶型号及质量是否按标准进行选择，避免施工过程中出现质量问题。其次在施工过程中要严格按照规范要求进行处理，相关工作人员做好技术及信息内容的交接，例如在钢筋连接过程中，严禁将普通钢筋与预应力筋进行连接，在进行焊接时要在预应力筋周围采取防护措施，在施工中不可有猛烈撞击行为，避免预应力筋遭到破坏；还有当普通钢筋及其他预留管线与预应力筋铺设发生矛盾时，应根据具体的实际情况，按设计要求优先选择预应力筋的留设位置；当其他构件进行安装施工时，应对预应力筋进行保护，防止遭到冲击而失去作用。普通钢筋在铺设时要根据图纸设计不得占用预应力筋的位置，还要保证节点处预应力筋的顺利通过，同时保证钢模的准确安装，孔道留设的大小及位置要正确，以便能够顺利将预应力筋进行穿筋定位操作［2］。

3 预应力技术在施工中的操作方法

3.1 先张法

预应力技术最先应用的方法就是先张法，该方法施工在浇筑混凝土前先将预应力筋固定在台座上，然后进行预应力筋张拉，张拉完成后在浇筑混凝土，切记过程中混凝土的强度要保证达到70%以上，使混凝土与预应力筋之间产生粘结，然后松开施加的应力，借助预应力筋与混凝土之间的粘结性，形成预应力混凝土构件。台座是先张法施工的主要设备之一，大多数施工采用墩式台座，因为台座会承受预应力张拉时的所有力，所以台座必须有很高的强度、刚度。张拉应力的机械主要使用液压张拉机，最常用的有穿心式千斤顶等，要根据张拉的要求严格选择张拉机械的类型和型号。预应力筋在放张操作时要符合顺序的要求，对设计有要求的按要求进行放张，当没有设计要求时，要采用分段，相互错开放张，避免在操作过程中出现预应力筋断裂等现象。在实际应用中这种方法主要应用在小型构件，对于民用建筑还是应用比较广泛的。

3.2 后张法

后张法在预应力技术过程中经常被用到，和先张法正好相反存在很大的区别。后张法施工是先浇筑混凝土，在预应力筋的位置留着出孔道，进行养护等到混凝土达到设计强度的70%后，在将预应力筋穿入孔道进行预应力张拉，然后用锚具将预应力筋固定在混凝土构件上，最后在孔道灌浆完成混凝土预应力构件。后张法的原理是通过锚具将预应力传给混凝土的使构件的，锚具和混凝土构件形成一个整体具有永久性。锚具作为预应力构件的一部分，对其性能有严格的要求：锚具上设置孔道灌浆应保证浆液的顺畅流通；出来能满足张拉工艺外还能有放松预应力筋的性能；在进行张拉时不可出现裂缝或破坏现象。预留孔道时后张法的重要工序，孔道的大小及位置必须满足要求，端部预埋件应该用螺栓固定到模板上，防止在浇筑混凝土时发生位置跑遍。孔道留设的常用方法是埋波纹管法。后张的工艺流程相对先张法比较麻烦。但后张法施工的特点是不受限制，适用于施工现场的大型构件，一般在工用建筑上应用较多。

3.3 无粘结预应力

后张法分为有粘结和无粘结两中方法，有粘结后张法在施工当中经常用到，但随着科学技术的不断发展，无粘结预应力是近几年的发展的新型技术。主要施工工艺是在预应力筋表面涂刷一层隔离剂，同普通钢筋铺设在模板中，然后浇筑混凝土待达到一定强度时在进行张拉锚固。无粘结预应力筋施工过程中重点要注意端部锚头处理，不得出现损坏或腐蚀现象。无粘结预应力筋的铺设，在单向板中铺设比较简单，按照普通钢筋铺设要求即可，但在双向板中铺设顺序若不符合要求会造成铺设杂乱给施工增添困难。双向配筋时应先考虑低标高的无粘结预应力筋的位置，在设置标高较高的。无粘结预应力筋要严格按照设计要求形成曲线形状，其曲率可通过垫马凳控制。无粘结预应力技术是通过两端的锚具传递应力，不需要预留孔道，施工工艺简单损耗较小。无粘结预应力适用于工民建筑整体现浇结构，其总体使用还是比较经济合理的［3］。

4 预应力技术在工民建筑结构设计中的具体应用

4.1 抗裂度控制的应用

现如今随着科学技术持续发展，管理措施得到日益完善，工民建筑结构工程中常常会应用连续多跨度预应力混凝土结构。尤其荷载因素是建筑结构设计中的重要环节，荷载作用下在后期使用中弯矩现象要求控制在标准范围之内，在施工过程中要进行合理的受力控制，严格按照规范进行施工。承载力问题就可以通过预应力筋有效的解决，例如，在钢筋混凝土构件承受荷载时出现问题有针对性的埋管和配筋。在结构设计过程中，不能只通过分析满足抗震的要求，就在其位置盲目的增加预应力筋，而是通过科学计算合理配置预应力筋的数量，来满足混凝土结构的抗震性和抗裂性的目的。在工民建筑结构设计中预应力筋的具体施工要求，要结合工程所在地理位置对地震情况的综合因素进行分析，最后在根据结果进行混凝土预应力结构的设计。另外在施工单位保证预应力筋的安全操作情况下，对其应用的最小截面进行控制，进而达到最佳抗裂效果。

4.2 在加固施工过程中的应用

通常情况下为了使建筑承载能力的有效提高，以及延长建筑的使用寿命，施工企业都会选择补强构件和完善结构性能的加固方式，而从满足设计规范要求。就目前阶段来看，在建筑补强加固，改变结构受力体系以及预应力加固等都是施工中常用的加固方式。例如在工民建筑加固过程中，对混凝土构件进行预应力技术的应用，可以很大程度上减低结构加固中的初始应变力，无论是在受压区还是在受拉区都施压外力作用，这样就可以有效减小产生弯矩时构件的变形幅度。还可以在极限荷载状态下提高构件的弹性能力，从而高效发挥预应力筋的加固作用。

4.3 在高层结构中的应用

由于我国土地资源的稀缺，现代建筑物往高层多功能综合性发展，在不同的楼层间需要设计多和房间，采用全方位的设计结构，而引用预应力技术在设计过程中受到了很大的启发，应用该技术可以提高建筑的整体质量。在高层建筑工程当中往往会造成受力不合理的现象，严重的还会发生质量安全事故。在高层建筑中首层的设计是造成整个结构受力不合理的直接原因所在，为能够很好的解决这一问题，引出了转换层结构，为了防止楼层的受力不均，对建筑结构的整体稳定性造成影响，通过预应力技术提高混凝土的承载能力实现楼层转化结构受力，提高整体稳固性［4］。

5 结语

预应力技术在工民建筑结构设计当中的应用，能够建筑业的持续发展，通过采用合理的科学技术，质量也能达到更高标准，同时也为企业带来的很大的经济效益，一定程度上促进了企业的快速发展。预应力技术在我国工民建筑结构设计中发挥重要作用。