摘要：钢结构自身比较具有优势，在结构中比较理想，现在广泛使用于各个方面，比如桥梁、电视台、体育馆等各类结构跨度大，层度高的地方。其技术类型繁多，特点显著，在实际操作应用中应把握好这一特性，并合理的加以使用，以便发挥出最大的作用，文章将着重介绍预应力钢结构的发展趋势，预应力钢结构的主要特点以及类型，和随之产生的问题。
关键词：预应力；钢结构；强度
刚材质其特性优良，在桥梁、车站、体育场馆、跨度大的结构、高层建筑物等地方都被使用到。预应力钢结构技术由此被完全利用加以使用，通过调节结构的刚度，增大钢材的抗拉性、抗压性，合理利用钢材，减少不必要的浪费，提高整体结构的稳定性，防止其产生结构形变，预应力钢材有三个系列，分别是膜系统系列、悬挂系统系列以及网壳系列，用它们建造的建筑，风格新颖多变，给人们极佳的视觉体验。
一、预应力钢结构的特征
1.充分利用材料的弹性强度
非预应力钢材强度最大的时候，材料可运用于幅度大小减半的实物中，在引入与预应力杆符号呈对立关系的预应力负荷力时，在原有实力的基础上，其载客容量将增加一倍，而普通钢材从零开始受力，并不断加大负载，强制限制拉伸强度和抗压强度的变化。材料强度横截面面积的大小决定了承载能力的强弱，应力在0至f之间变化，当引进的预应力技术其拉应力和压相等时，可以使用棒穿在预应力锚索上，加大拉杆预紧力，从而加大张力构件的刚强度，压缩应力值在-F至F之间改变，最后使得杆承载力在原有基础上扩大一倍，这显示出了引入预应力钢结构技术可以极大地增强结构的弹性和负载能力。
2.改变结构的受力
引进预应力杆可以改变其状态特性，使结构配件或者系统受力，其中包括剪切力，弯曲力以及轴向力。重新分配力峰，保持不同部分产生不同程度的下降，节省钢材使用量，使得结构的设计更加经济合理。
3.增强结构的刚性及稳固性，提高其整体的动力性能
当外部的预应力反向作用具有相同位移的结构时，可以增强结构的刚性，不同的预应力体系结构使用不同大小的预应力将带来不一样的基本杆振动频率和振动周期，从而进行动态性能的调整。
二、预应力钢结构的类型
根据力学特征，可把空间钢结构划分为以下几种类型：
1.传统型
在传统的空间运用预应力钢结构体系技术，比如为了提高刚度的高峰值，从而在平板网格或网壳内部运用预应力器件；为了加快经济的增长速率，在天津修建了宁和体育馆；为了推广多倍预应力技术，在攀枝花修建了球场。
2.吊挂型
直接将电缆与传统斜拉桥钢相连，而并非是挂于由支点程序扩展形成的内部空间中，它展示在最上面的屋顶承重结构，其种类繁多、建筑风格多变、样式新颖，就拿慕尼黑奥林匹克公园的滑冰馆中悬挂的有线网络来说，它就像一个大拱挂网挂于大拱江西体育场馆。整体拉伸型
由于连续不断和间歇性地拉伸电线柱，最终形成了拉伸型预应力钢结构，最早在慕尼黑举办奥运会的活动地点，不具有平衡体系，反观1988年的汉城奥运会，其击剑馆和博物馆的屋顶全部采用张力索穹技术，使得屋顶整体的质量很轻，平衡建筑结构，充分地在各种建筑中展现其出色的平衡能力，广泛运用于各种各样大型的建筑中，比如1996年的亚特兰大奥运会的主体育场馆。
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3.张弦梁型
它是由一个平缓的空间系统预应力梁慢慢地演变而来，像名字中暗藏的一样，由预应力张弦梁电缆通过极点支撑上部、中部的刚性梁，最终形成这种特殊的结构，这种结构作为预应力钢筋的一种初始形态，通过刚性梁上面和下面的和弦相连，两个杆间可施加合适的力，进行加工和运输。增加跨度，形成用绕组部分扩大晶格的空间形式，就像广州会展中心的屋顶一样，由三个倒三角截面组成张弦梁绕线管，张弦梁也可采用正交的排列方式，最终在长方形的建筑平面中形成张弦梁空间系统。
4.索膜型
电缆系统中，有主要的承重结构，在其表面涂有增强纤维张力的膜，膜的表层涂有聚氯乙烯和聚四氟乙烯，聚氯乙烯虽然价格实惠，但是性价比不高，而聚四氟乙烯具有较强的机械性能，自清洁能力一流，耐火、耐老化，唯一的缺点就是价格高昂。膜表面下要保持结构的稳定不变，必须确保张力和曲率足够大，才能防御风雪的侵袭带来的压迫。
5.玻璃幕墙型
使用玻璃对墙面进行美化装扮，这种做法最初起源于二十世纪七十年代，最开始使用传统钢架镶嵌衔接，但负载的金属框架不能有效的承载金属的强度，而且透光率极低。直到八十至九十年后，产生了新的技术取代了之前老旧的技术，形成了一种全新的结构系统，即玻璃幕墙型预应力钢结构。
三、预应力钢结构存在的缺陷
1.屋顶系统的风雪荷载能力
电缆结构广泛使用于屋顶中，大而弯曲的屋顶当发生积雪情况时，其电缆的分布情况将变得异常复杂，随之可能产生积雪，在设计前难以准确的估算出负载值，它在国内外都是极其罕见的情况。当给出平面雪荷载分布，考虑雪负载量带来的不利影响，可以发现预应力钢结构分布不均衡，同样可推知风载荷的作用力带来的影响，虽然通过风洞实验可推知得到风荷载形状系数，但很难从实验数据中得出风荷载的组合效应，那么什么样的结构才能保证安全性，遵守市场经济秩序规则呢？这需要我们的科学家进行进一步的研究。
2.变形
柔软的电缆在不具备预应力之前，既没有稳固的形态，也缺乏刚性，想要维持平衡只能依靠张力作用，在外部结构中允许露出负载，电缆变形可以考虑在弹性形变范围内，当负载增加时，将使用大排量的电缆结构，设计并计算相应数值，考虑出现的无法避免的问题的解决方法。在实际生产操作中，为了遵循安全余量的原则，使用安全系数为2.5-3.0的钢线，此时将无法满足电缆的高强度性，因为当可变负载变化时，导线松弛的状态不能忽略不计。
3.多次预应力
第一次使用时，利用强度可以解决平面的组件构建，使得钢材可以被合理使用，但是现在的空间结构指出，不但要节约材料，而且还要保证结构受力均衡、安全可行。由此将产生很多弊端，在结构中聚集了强大的内部力量，但如果突然出现负载作用，将产生严重的影响，比如翻新屋顶的同时想要消除预应力就变得非常困难，所以，针对多次预应力，应根据每个项目类型进行布局，对实际情况锚地结构，遵循以下原则：合理使用预应力钢材，满足其高强度性和安全有效性；结构设计合理，受力均匀；节省材料。
结语
预应力钢结构的快速发展证明了它安全、经济、有效，符合可持续发展的要求，所以，在建筑和工程结构中，它具有广阔的发展前景，但是，也不能忽略其存在的问题，在其理论、方法、技术以及应用中还要进行进一步的优化改善，以此扩大市场。
参考文献
[1]张爱林，赵亮，刘学春，孙勇. 钢框架预应力支撑结构拉索截面面积设计方法[J].北京工业大学学报.2015（03）
[2]张爱林，赵亮，刘学春，孙勇. 钢框架预应力支撑结构拉索初始预拉力设计方法[J].北京工业大学学报.2014（12）
[3]张爱林，刘学春，冯姗，葛家琪，张国军. 大跨度索穹顶结构温度响应分析[J].建筑结构学报.2012（04）
论文作者:钟国光
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/29
标签：预应力论文; 结构论文; 钢结构论文; 负载论文; 电缆论文; 屋顶论文; 钢材论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;