罗建伟
湘潭湘军建设有限公司 湖南 湘潭 411228
摘要：在建筑工程中，预应力（prestressing force）技术常用于建筑物混凝土结构的设计和施工中，是一项比较成熟的建筑工艺。本文将对预应力施工技术在建筑工程中运用的要求和方法做出讨论。
关键词：建筑工程；预应力；施工技术；应用
1.预应力混凝土结构的受力原理和优势
预应力混凝土结构（prestressed concrete structure）是指通过特殊的设计和施工方法，在混凝土结构投入使用前，预先在结构内部形成一种压应力状态。如此一来，在该结构实际使用过程中结构受到的拉应力会被压应力全部或部分抵消，从而推迟结构裂缝的出现时间，并且限制裂缝的扩张，提高混凝土结构的刚度，在建筑工程中得到了广泛的运用。
1.1有效提高了混凝土结构的抗裂能力
普通的钢筋混凝土结构中不存在预应力，在拉应变超过该结构的极限拉应变时就会出现开裂的现象，抗裂能力较低且寿命相对较短[1]。而预应力混凝土结构的内部可以产生一个向上的等效荷载，同时在板中生成一个轴向压力。在结构承受外部荷载时，内部预应力力会与外部拉应力相互抵消，只有当混凝土结构的预应力被全部抵消，且拉应变超过极限拉应变时才会出现开裂现象，抗裂性能大幅提高。因此在建筑工程中，经过精心设计的预应力混凝土结构很可能只会产生较小裂缝或不会出现开裂的情况，刚度有所提升。
1.2预应力混凝土结构应用范围更广
由于预应力混凝土结构的的抗裂能力更强，因此在某些具有特殊要求的建筑工程（如防水、抗腐蚀、高温高压环境）中得到广泛应用。从普通的民用建筑与工业建筑，到设计要求较高的核电站、海上钻井平台等都有采用该种结构，其独特的优势很难被其他类型的结构所取代。
1.3减少了建筑材料消耗
预应力混凝土结构在建筑工程中的大量应用最早出现在第二次世界大战结束之后，欧洲国家为解决钢材短缺的问题，开始尝试以预应力混凝土结构取代某些传统的钢结构工程，有效减少了钢材消耗，降低构件成本。同时，跨度相同的情况下，预应力混凝土结构比钢筋混凝土结构所使用的混凝土和钢筋材料更少，重量较轻，经济效益更好。
2.预应力技术的应用要求和注意事项
虽然预应力混凝土结构在建筑工程中有着许多的优势，但我们也不能忽视该结构存在的缺陷，如生产工艺比钢筋混凝土复杂，施工技术相对较高，且需要专门的生产设备等，因此在建筑工程中不能完全取代传统钢筋混凝土构件[2]。预应力混凝土结构内部的预应力强度主要取决于结构中使用的钢筋拉应力及其数量，因此对钢筋的强度、可塑性以及黏结能力要求较高；同时，为减少钢筋在一定拉应力值与恒定温度下应力的减少程度，预应力混凝土结构中钢筋需要具有低松弛的特性，
预应力技术危险性较高，为保证施工安全，在技术应用过程中首先需要对相关技术操作人员开展技术培训，做到熟练掌握工艺流程和操作方法，在施工开始前做好相关设备的检查和维护工作，确保施工安全和工程质量。在构件生产过程中，必须在操作区域周围设置安全警示牌，禁止非操作人员接近操作台，操作人员也必须远离操作台外侧的扇形危险区，防止突发状况下出现人员受伤的情况。
3.预应力混凝土构件常用的生产方法
3.1先张法（长线法）
首先根据建筑工程要求和理论预应力计算，通过张拉设备将预应力筋拉伸，达到计算中的预应力强度；第二步，用锚具将预应力筋锚在台座两端支墩上锚固，在预应力筋上安装零件、构造钢筋和模板；第三步，在组合件上灌筑混凝土，对生产出的构件雏形进行养护，当混凝土达到施工要求的强度后，放松两端支墩的预应力筋，通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预应力。因为在该生产方法中，所使用的台座在一定范围内越长越好，有时候台座长度会超过一百米，又被称为长线法。
3.2后张法
后张法会先完成混凝土构件的灌筑，然后直接在构件上施加预应力。一般来说，该方法首先将后张预应力筋成孔的套管、零件和构造钢筋组合起来，随后安装模板并灌筑混凝土。在养护混凝土使其达到要求强度之后，通过千斤顶张拉，使预应力筋获得施工要求所需的应力强度并在梁的两端使用锚具锚固。为防止预应力筋被腐蚀、预应力恢复，也为了保证预混凝土与应力筋之间的粘结力，在套管与预应力筋之间需要用水泥浆灌实，消除其中的空隙。在实际施工过程中为了方便操作，有时会将预应力筋做好防锈蚀工作后，直接使用油纸或塑料套管包裹置入混凝土[3]。
在预应力筋张拉之前，首先需要根据工程设计图计算预应力筋的理论伸长值，同时对精密压力表读数及千斤顶出力进行检验，以便施工现场张拉作业的准确控制。
预应力筋理论伸长值计算方法如下：
式中，L：预应力筋的实际长度；
Rm:预应力筋平均拉应力；
Ep：预应力筋弹性模型。
4.预应力混凝土结构在建筑工程中的实际运用
4.1在预应力混凝土无梁平板结构中的应用
在房屋建设工程中，若采用传统钢筋混凝土无梁平板结构，会导致平板厚度较高，且钢筋消耗量较多，建筑成本更高；同时，该结构内隔墙数量多，附加荷载大，平板抗裂缝能力与挠度相对难以达到建筑工程规范的要求。若在房屋楼盖中采用后张部分预应力混凝土无梁平板结构的设计，能够在提高楼盖抗裂缝能力的同时，减少平板厚度，从而减轻整个平板结构的重量[4]。这样的平板结构设计在房屋实际使用中主要有三个优点：首先，由于预应力混凝土结构的特点，在同样荷载条件下预应力混凝土构件比普通的钢筋混凝土构件抗裂能力更强；其次，由于该结构重量较轻且平板厚度相对更小，有利于降低房屋基坑深度和地下室埋深，同时增加了房屋楼层的净空高度；最后，业主可以根据自己的需求和喜好随意设计房间，结构优势更明显。
4.2在预应力有梁大板结构中的应用
有梁大板结构即在建筑物柱子与柱子之间不设置次梁，只建设主梁。该结构适用于住宅楼和写字楼建设，特别是在住宅楼中的应用比较广泛，可以避免室内出现数量多且错综复杂的次梁结构，增加了净空，使得室内景观更加美观；同时，该结构抗裂能力更强，节省了施工材料和结构模板的成本支出，能有效缩短工程时间，也有利于业主在购房后对房间结构进行二次改造，以实现不同的功能需求。
4.3在高层建筑结构转换层中的应用
近年来，随着我国社会经济水平的不断提高，高层建筑工程数量增长迅速。在多功能综合性高层建筑中，需要大空间、大柱网的公共设施往往设置在建筑物的下部。这样的设计方法从建筑物整体受力的角度来看是不合理的，而设置结构转换层能够很好的解决这一问题。并且，随着国内建筑工程水平的不断提高，预应力技术发展日趋成熟，预应力材料和技术人员成本不断降低，从经济层面考量，设置结构转换层也显得更具优势。
5.结束语
经过几十年的研究和应用实践，预应力技术在建筑工程中的运用已经相对成熟，能够有效针对混凝土因超出荷载而产生的裂缝现象，并且还可以有效减少钢筋消耗。因此，预应力技术受到世界各国的广泛欢迎，是建筑行业应该大力推广的建筑工艺之一。
参考文献
[1]陶明明. 预应力技术在道路桥梁施工中的应用浅析[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2016(1):118-118.
[2]汪锡明. 预应力施工技术在建筑工程施工中的应用[J]. 建材发展导向:下, 2017, 15(5):203-204.
[3]周増强. 后张预应力混凝土梁施工技术在建筑工程中的应用[J]. 技术与市场, 2017, 24(6):199-200.
[4]刘琼. 预应力施工技术在当前高层建筑施工中的应用分析[J]. 科学技术创新, 2016(8):219-219.
论文作者:罗建伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/4
标签：预应力论文; 结构论文; 混凝土结构论文; 建筑工程论文; 混凝土论文; 应力论文; 钢筋论文; 《防护工程》2018年第25期论文;