摘要：建筑行业的发展促进了相应的建筑结构形式的革新，各种新型的、更加符合工程要求的设计及施工技术开始被广泛地应用到了建筑项目中，尤其是预应力混凝土结构的使用，使得许多不可实现的建筑设计方案得以施行，为建筑设计工作开辟了更为广阔的发展空间。
关键词：预应力混凝土；结构设计
前言
随着建筑业的飞速发展，各种建筑及结构形式层出不穷，结构受力情况愈发复杂，构件设计要求也越来越高，为了适应新形势下建筑行业的发展，预应力混凝土结构设计水平与技术也在不断进步与完善。
1预应力混凝土结构概述
混凝土结构在受力过程中受拉区早期容易出现裂缝，为了克服其抗拉强度低的缺点，在构件使用之前，预先在混凝土受拉区施加一个预压力，通过张拉钢筋，浇筑混凝土，待钢筋与混凝土之间具有足够粘结力时放张钢筋，利用钢筋回弹力使该部位混凝土预先受压。构件在未使用的情况下，其内部已经储存有预压力，当构件工作过程中受到外荷载作用发生变形局部受拉时，这部分拉力须先抵消混凝土内存在的预压力，随着荷载及形变的增大，构件施加预压力部分逐渐从受压状态过渡到不受力，再到受拉，大大延缓甚至阻止了混凝土裂缝的出现，从根本上改变了混凝土的受力性能，通过配置高强钢筋及高强度等级的混疑土，能大幅度提高混凝土构件的承载力及抵抗变形的能力，这种形式的混凝土就称为预应力混疑土。
2预应力混凝土结构设计要点
2.1预应力筋的合理布置
预应力筋的合理布置是预应力混凝土结构设计的重要组成部分，如图1为某工程预应力筋的分布图。当下我国建筑施工中较为常用的预应力钢筋种类如下：（1）热处理钢筋，这种钢筋通常具有较高的强度，且松弛较小，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，用起来十分方便。（2）去除应力钢丝，这种钢筋应用于具体的施工时，使用也很方便，且有多种形式可以选择，如光面钢丝、刻痕钢丝等。（3）钢绞线，此种钢筋通常会由具有较高强度的钢丝绞制而成，通常为三股或七股直径不同的钢丝，这种钢筋形式在使用时十分方便，且能够较好地瓢附于混凝土中。
钢筋布置是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13左右，另外23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。但在设计板跨相差超过20%及以上的多跨连续板时，设计采用长跨方向集中布筋，跨中板带布13左右或均匀布置，短跨方向柱上板带布23的布置方案更节省原材料，同时也能够达到较好的载荷承载能力。实际设计过程中也应根据边跨板的受力特点，更多考虑采用二段抛物线或三段抛物线形式布置。
在具体的施工中应注意以下环节的操作：（1）预应力筋的铺放顺序及位置，必须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。（2）必须保证钢筋的保护层厚度。（3）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；（4）钢绞线每隔一定距离（约500mm）应进行固定，以防止浇捣混凝土时变位；（5）当钢绞线与预埋管路系统发生矛盾时，应以钢绞线优先。（6）预应力筋的布置要符合受力特点，满足受力需要，既能满足施工时的受力需要，又能满足日后建筑使用时各种荷载组合的受力需要，同时还要考虑使用阶段因负荷不同而产生的弹力的需要，以及结构在老化出现破坏情况后的受力需求。
2.2预应力结构抗震性能设计
抗震性能设计是建筑结构设计中不可忽视的要点，当前混凝土结构工程研究领域也十分重视预应力混凝土结构的抗震问题。而预应力混凝土结构是研究的重点，其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，因此在进行预应力混凝土结构设计时，尤其要注重抗震性能设计。经过大量的研究后得出，这种预应力混凝土结构是可以在地震区使用的，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。
竖向预应力加固钢筋混凝土结构在预应力混凝土结构设计过程中的使用，能够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。与此同时，处于震区的建筑结构要求具备较好的延性，一般在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，要注意按照以下步骤进行设计:
（1）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；（2）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；（3）根据相关的核算结果，补上非预应力钢筋设计；（4）完成相关设计后，进行方案核查，发现问题及时调整并改进。
2.3防火设计
应力混凝土楼板的防火问题往往会受到人们的忽视，钢筋混凝土虽然不是易燃材料，实际上防火隔热性能较差，当温度达到临界点时，预应力钢筋的屈服点开始下降，蠕变加快，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《建筑设计防火规范》规定的一、二级耐火等级建筑物的需要，因此要进行处理。
预应力混凝土结构设计常见防火设计有两种：（1）加厚保护层。试验表明，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。一般当主筋保护层为1cm、2cm、3cm时，其预应力空心楼板耐火极限分别为25min、40min和50min。（2）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。
2.4连续构件设计
通过大量的建筑工程实践案例分析，可知在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，可以有效地实现连续结构，进而完成连续结构件的设计。这种设计方式具有很多的优点，特别是在多跨结构超载、内力重力分布能力较强时，能够有效提高弯承载能力。此外，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。当有预应力施于大梁时，就会使大梁较易发生附加弯矩并弯形，这时可对大梁使用多跨连续布置，多排柱共同工作可相应地削弱这预应力。
3结语
近年来，预应力混凝土结构的发展，为建筑行业的设计与施工给予了巨大的技术支持，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，通常其截面较小，自重以及弯矩等也就随之降低，从而其跨越能力会更强，非常适合在电影院等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，故被广泛地应用于现代大型建筑中。
参考文献：
[1]徐杰，戴航，傅传国．预应力钢骨混凝土梁裂缝控制试验研究与理论分析[J]．工业建筑，2008（38）
[2]徐杰．预应力型钢混凝土结构试验研究与理论分析[D]．南京：东南大学，2010：1-110
[3]熊学玉，高峰，李亚明．预应力型钢混凝土框架梁试验研究及抗裂度分析[J]．工业建筑，2011（16）
论文作者:张海兵1,苏良卫2
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月上
论文发表时间:2016/9/8
标签：预应力论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 混凝土结构论文; 受力论文; 结构设计论文; 楼板论文; 《建筑建材装饰》2015年10月上论文;