摘要：现代建筑工程中高层建筑和大跨度建筑的数量不断增加，这些大型工程的混凝土结构长度通常在几十米甚至百米以上，超长混凝土结构容易出现结构变形和裂缝等问题，严重影响高层建筑的质量安全。预应力技术作为防止混凝土出现结构裂缝的常用技术，得到了广泛应用。进行科学的预应力设计，除了可以保证混凝土结构安全外，也能够提高高层建筑的美观度。本文以某高层建筑工程为例，首先对工程情况和设计原则进行了概述，随后分别从预应力计算、后浇带设计等方面，就预应力混凝土超长结构设计要点展开了简要分析。
关键词：高层建筑；预应力设计；超长混凝土；后浇带
引言：
高层建筑设计与施工中，需要重点关注混凝土结构的抗裂问题。超长混凝土结构的裂缝原因主要来自两方面，其一是外部荷载，其二是混凝土自身的温度应力、收缩应力。因此，在进行高层建筑预应力设计时，必须要严格按照相关规范、制度，做好超长混凝土结构的预应力计算，并组好配套的锚具、张拉槽等设计，为后期建筑施工提供详细、科学的设计参考，保证高层建筑施工质量。
图1 建筑结构平面布置图
一、工程概况
某商业办公楼总建筑面积135000m2，地下3层，地上15层，总高度为68m，其中1-4层为大型超市，5、6层为娱乐场所，7层以上为商业办公场所。因为该建筑使用功能的限制，业主方提出结构设计不留伸缩缝的要求。为了防止超长混凝土结构因为温度应力或荷载影响出现裂缝问题，决定采取设置后浇带等补偿方式，以保证高层建筑的结构稳定性。图1为七层结构平面图。
二、结构设计原则
高层建筑预应力混凝土超长结构设计，需要综合考虑来自混凝土内部和建筑外部的双重影响，为了提高设计方案的科学性和实用性，在开展结构设计时，设计人员应注意遵循以下几项原则：首先，在混凝土结构的水平和垂直方向的梁上，布设预应力筋，可以降低层高，从而控制混凝土应力裂缝。同时，按照高层建筑预应力设计规范，对于梁、板的预应力筋设计，需要按照有粘结预应力进行设计；而对于跨后浇带上的锁缝，则按照无粘结预应力进行设计。其次，基于以往的设计经验，大体积混凝土有效应力如果超过了0.7MPa，能够有效避免因为水化热产生的温度裂缝。在设计时，可以在主梁和次梁中间增加预应力，并保持在0.7-1.0MPa之间。
三、预应力混凝土超长结构设计
1、预应力计算
考虑到该高层建筑的不同楼层的使用功能有差异，结构设计上较为复杂，因此对于不同的构件，选择不同的控制标准，如表1所示。材料强度等级：混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土；有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3%，符合规范要求。
表1 预应力计算控制标准
2、后浇带设置
三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100%强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。
3、锚具设计
由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。
4、张拉槽设计
为了防止后浇带施工中张拉槽可能会因为应力集中出现张拉变形的问题，因此在张拉槽设计时，还需要灵活的转换设计思路，例如使用变角张拉技术。但是在进行变角张拉设计时，还需要解决梁面钢筋的间隔距离问题，如果相邻的钢筋或箍筋距离过近，可能会导致整体强度不足，因为钢筋结构承载力不强，而造成混凝土超长结构出现变形。因此，张拉槽设计要做好钢筋排布，提高张拉槽的设计实用性。
5、张拉顺序设计
科学设计张拉顺序，不仅能够在一定程度上简化设计方案，而且还能够为后期的施工提供便利条件。理论上来说，张拉顺序应当按照先张拉次梁、后张拉梁板结构，最后再完成主梁张拉的顺序。但是也要考虑实际情况下，主梁张拉过程中可能会对已经张拉完成的次梁、板等结构产生挤压影响，导致开裂的问题。因此，科学的张拉顺序应当是先沿着同一方向张拉纵向的次梁，然后再纵向张拉主梁。按照此顺序，完成横向张拉。
四、设计效果
经过科学设计和不断完善，本次高层建筑预应力混凝土超长结构施工顺利完成，将检测后未发现结构裂缝等质量问题，工程项目顺利交付。总结来说，对于高层建筑预应力混凝土超长结构的设计，应重点把握一下设计要点：
（1）预应力混凝土的裂缝是一种质量通病，通过提前计算混凝土预应力，并设置后浇带，能够有效避免混凝土超长结构后期出现裂缝的问题。
（2）对于高层建筑来说，使用预应力方案能够在保证建筑物总体高度不变的情况下，增加建筑层数，对于施工单位来说，增加了经济收入。
（3）在进行预应力结构配筋设计时，需要综合考虑建筑整体结构形式，以及功能需求，这些因素都会对具体的设计方案产生影响。综合上述需求，可以制定更加科学的设计方案，提高了施工参考价值。
结语：
高层建筑对结构稳定性提出了更加严格的要求，为了节约施工成本、保证高层建筑质量安全，必须要提前开展预应力混凝土超长结构的科学设计。同时，还要综合考虑建筑形式、施工顺序等，对设计方案进行不断的优化和调整，提高结构设计方案的参考和指导价值。
参考文献：
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[2]高峰，熊学玉，苑辉，等.大跨后张有粘结预应力型钢混凝土框架梁结构设计[J].建筑结构，2018（8）：16-20.
论文作者:肖松涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/25
标签：预应力论文; 混凝土论文; 结构论文; 高层建筑论文; 裂缝论文; 应力论文; 混凝土结构论文; 《基层建设》2019年第4期论文;