关键词：大跨度预应力；混凝土结构设计；要点
1、预应力混凝土结构的优势
1.1能够提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，以致丧失稳定性而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，不但预应力钢筋本身不容易压弯，而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。
1.2能够提高构件的耐疲劳性能。因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，所以可以提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。
1.3能够节省材料，减小自重。由于必须采用高强度材料，可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。
1.4能够提高构件的抗剪能力。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与展开，预应力混凝土梁的曲线钢筋合力的竖向分力还将部分地抵消剪力。
1.5抗裂性好，刚度大。由于对构件施加预应力，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝或使裂缝推迟出现，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。
2、大跨度预应力混凝土结构设计要点分析
2.1预应力筋的合理布置
2.1.1热处理钢筋。热处理钢筋具有较高的强度，且松弛较小的特点，同时在进行材料运输时都是以盘式储存并供应，免掉了整直及对焊等工艺，方便使用。
2.1.2去除应力钢丝，这种钢筋有多种形式可以选择，如光面钢丝、刻痕钢丝等，使用也较方便。
2.1.3钢绞线，此种钢筋由具有较高强度的钢丝绞制而成，分为三股和七股直径不同的钢丝，这种钢筋形式在使用时十分方便，且能够较好地黏附于混凝土中。
钢筋布置方案是大跨度预应力混凝土结构设计的重点，其布置方式有多种，最常用的是在跨中板带中占1/3左右，另外2/3钢筋布置在柱上板带中。这种布筋方案对普通钢筋的设计来说，不仅能确保板受力合理，同时也最省原材料。在进行施工时注意事项几点：预应力筋的铺放顺序及位置，要正确处理好钢筋铺放顺序与管道敷设、钢筋铺放顺序与钢筋绑扎顺序之间的关系；铺放时，应尽量减少交叉穿束，严格按设计图纸中要求的细部构造执行，布置并固定好承压板及梁端钢筋网片等；预应力钢筋形式须综合考虑弯矩、剪力、扭矩和轴力的共同作用，还要考虑构造及施工上的可行性；应在上、下层钢筋间设置专门保证矢高的措施，注意防止钢绞线的互相缠绕，以保证预应力筋的矢高；钢绞线每隔一定距离应进行固定，以防止浇捣混凝土时变位。
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2.2防火设计
预应力钢筋混凝土楼板的防火问题时常忽略的问题，钢筋混凝土虽然不是易燃材料，但防火隔热性能较差，当温度达到临界点时，预应力钢筋的屈服点开始下降，致使预应力板的强度、刚度迅速下降，使板的挠度变化加剧，板下面出现裂缝；另外，在高温下混凝土性能也非一成不变，楼板受拉的方向与板下混凝土受热膨胀一致，加速了板中挠度的变化。当遇到部分预应力混凝土建筑构件的耐火极限达不到有关国家设计防火规范的要求，如预应力混凝土楼板当受力钢筋的保护层为10mm时，耐火极限小于0.5h达不到相关规范规定的一、二级耐火等级建筑物的需要，因此要进行处理。
常见的处理方法主要有：一是加厚保护层。当预应力空心楼板上总荷载不变时，楼板的耐火极限随保护层加厚而增加。一般当主筋保护层1cm，2cm，3cm时，其预应力空心楼板耐火极限分别为25min，40min和50min。二是用预应力混凝土防火隔热涂料处理。目前在我国106和TA预应力混凝土楼板防火隔热涂料已广泛应用，表面喷涂5mm厚的106预应力混凝土楼板防火隔热涂料层和8mm厚的预应力混凝土板防火隔热涂料层时，其耐火极限分别由0.5h以下提高到1.8h和1.6h以上。
2.3抗震性能设计
不管是什么建筑，建筑本身都应具有一定的抗震能力，而在全球的混凝土结构工程研究界中，都十分重视预应力混凝土结构的抗震问题，大跨度预应力混凝土结构多是用于一些大型的公共建筑之中，在其建成使用后多为人员密集型环境，如果相应的大跨度预应力混凝土结构没有达到一定的抗震等级，那么一旦发生地震等自然灾害就会造成大量的人身及财产损失，因此在进行大跨度预应力混凝土结构设计时，要注重抗震性能设计。目前国际混凝土结构研究领域都十分关注预应力混凝土结构的抗震问题，这种大跨度预应力混凝土结构可以在地震区使用，但其与一般的钢筋混凝土结构一样都要进行相应的抗震设计及施工。
在具体的大跨度预应力混凝土结构设计过程中，可使用竖向预应力加固钢筋混凝土结构来达到一定的抗震目的，该结构能有效地抵御水平载荷，并于震后恢复如初。同时，处于震区的建筑结构要求具备较好的延性，一般在大跨度预应力混凝土结构中要通过小配筋率对预应力钢筋进行限制，从而避免出现裂纹。在具体的预应力筋设计中，要按照几个步骤进行设计，首先，在详细分析结构件的基础上，对处于竖向作用力及横向作用力的结构件的内力进行计算，还要计算支座及跨中截面的次应力等；其次，依据上步的计算结构布置非预应力钢筋，并参照内力反算出预应力钢筋的配置；再次，根据相关的核算结果，补上非预应力钢筋设计；最后，完成相关设计后，进行方案核查，发现问题及时调整并改进。
2.4连续构件设计
对大量的工程建筑实践案例进行详细的分析后，得出在大跨度预应力混凝土结构设计中采用单跨预应力梁截面延伸的方式，因为多跨结构在超载情况下，内力重分布能力强，可提高受弯承载力。同一束预应力筋不仅可用作正弯矩筋亦能用作负弯矩筋，受力合理，削弱了支座处附加弯矩对柱子的不利影响。除此之外，一束预应力筋能够用于正弯及负弯两种弯矩筋，这种形式相应地降低了支座处附加弯矩对柱的有害影响，且其受力情况更趋于合理性。当大梁被施加预应力时，易产生轴向力压缩变形，对柱产生较大附加弯矩。可采用对大梁进行多跨连续布置，多排柱共同工作可相应地削弱这预应力，可减轻这种作用力。
结束语
随着综合国力的不断提升，建筑业也随着得到了飞速的发展，而在建筑施工的的过程中大跨度预应力混凝土建筑结构起到了越来越重要的作用。预应力混凝土结构的使用可以将高强度混凝土及钢筋的性能发挥到极佳的状态，适合在大型建筑结构中使用，既节省了材料，又保证了相应的施工质量，相对于传统建筑设计，大跨度结构建筑设计更合理、更健全，促进了建筑行业的大规模、良性发展。
参考文献
[1]叶修喜，张锦松，赖海斌.双向大跨度预应力混凝土厂房结构设计[J].工程建设与设计，2011.
[2]方强.基于大跨度建筑结构形式与设计的研究[J].山西建筑，2015.
论文作者:董崇海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/14
标签：预应力论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 大跨度论文; 弯矩论文; 构件论文; 混凝土结构论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;