预应力技术在建筑中的应用

　　引言：我国预应力混凝土发展始于50年代中期，随着国家当时建设任务规模扩大，钢材、水泥供应非常紧缺，迫切要求发展预应力混凝土以节约钢材，经过半个世纪努力，特别是近20年，我国预应力混凝土从过去主要用于建造单层和多层房屋、公路和铁路桥梁，现已扩大到高层建筑、地下建筑、压力容器、电视塔等领域，并且无论在设计理论，高强度材料和配套施工工艺及设备以及工程实践均能与世界各国同步进行。

　　预应力的施工工艺

　　1、预应力筋的铺设

　　①、施工工艺流程：板底摸→板底筋→预应力筋→电气管→上部钢筋→浇注混凝土→张拉→封锚

　　2、浇筑混凝土

　　①、在浇筑混凝土之前需要对预应力束形、失高及埋入端锚具进行认真检查，发现问题及时改正;

　　②、浇筑混凝土时，严禁碰压预应力筋及触碰锚具，确保预应力筋的束形和失高准确;

　　③、混凝土应振捣密实，尤其预埋垫板处不允许出现孔洞;

　　3、张拉

　　①、按设计要求，混凝土强度达到设计强度的75%以上方可进行张拉，短束采用一端张拉工艺，长束采用两端张拉工艺;

　　②张拉时采用应力为主，伸长值为辅的控制原则

　　4、封锚保护

　　①、用手提砂轮切割机切除多余的预应力筋(外留3cm);

　　②、将锚具处涂上专用防腐润滑脂后罩上封端帽，后浇筑膨胀混凝土密封;

　　施工总结

　　在预应力施加过程中经常遇到的只有三个问题：断丝、滑丝、预应力损失。经过几年预应力施工总结了断丝、滑丝、预应力损失的原因、预防措施和解决方法。

　　1、断丝

　　①造成断丝的原因

　　a、预应力筋力学性能不合格;

　　b、锚板、锚环及千斤顶不同心造成偏位受力不均匀;

　　c、锚垫板的选用也是原因之一(材质)。

　　d、采用高强钢丝做为预应力筋时，锚具夹片硬度不能过高、齿高也不能过大，这样稍有偏拉就造成刻痕过深容易造成断丝;

　　e、操作张拉设备的工人精神不够集中，导致张拉力过大容易发生断丝;

　　②、防止断丝措施

　　a、严格材料力学性能试验，强度相同、延伸率差异较大的两批材料不能同时使用;

　　b、尽量选用配套的锚具、锚垫板，夹片及预应力筋;

　　c、在施工中应考虑锚垫板喇叭孔与波纹管的连接。安装千斤顶应做到位正与垫板方向一致。

　　d、给张拉设备限压，使压力表达到设计应力时不能继续上升;

　　③、断丝处理

　　a、双向张拉钢束时可先用卸锚器卸锚，然后移动钢束，用单孔小顶进行张拉;

　　b、当预应力束较短时，也可用单张代替双张办法加以解决;

　　c、当本身就是单张的钢丝发生断丝时，一般采用采用超张拉的办法加以解决。

　　2、滑丝

　　①造成滑丝原因

　　a、锚环、夹片硬度不够或夹片齿线浅;

　　b、钢束、夹片清理不彻底，有铁锈或某物张拉时存在于夹片与钢束之间或夹片与锚环之间;

　　c、当锚环孔坡度过小、过大时都有可能发生滑丝，安装夹片顶面不齐也能造成滑丝;

　　d、千斤顶时回程过快也可能发生滑丝现象，拆卸工具锚时剧烈震动也可能造成滑丝;

　　②、防止滑丝的措施

　　a、张拉前对钢束锚固部分、锚环、夹片进行彻底清理，安装夹片时要保证外露部分相同，顶面平齐。

　　b、根据所采用的钢束种类选择锚具。当用高强钢丝时宜用采用XM型锚具，因该锚具夹片有偏转角，锚固方面为360度无间隙。当采用钢绞线时则用OVM型锚具较为适宜。

　　③、滑丝的处理

　　滑丝处理一般采用单孔补张，补张不成功时可采用叠加锚环法处理。

　　3、预应力损失

　　①、孔道摩阻损失

　　孔道摩阻的损失值较大，在实际工程中证明，孔道布设时铺置加密架立筋并在张拉锚固前不上夹片，反复单张拉数次都可以有效的降低孔道摩阻系数。

　　②锚具回缩损失

　　减少锚具回缩损失可从两方面入手：一是选用机械顶锚的锚具及张拉机具;二是当采用自锚体系时，适当减少锚环与限位板之间的间距，但调整时必须注意不能调整过大，否则锚具回缩损失虽然减少，但锚口损失增加，得不偿失。

　　③混凝土压缩损失

　　减少混凝土压缩损失可在不影响结构受力状态的前提下，通过调整张拉顺序予以减少，一般原则是先长后短、对称施压，一次完成。

　　④松弛损失

　　减少松弛损失的办法，除采用高强低松弛钢绞线外，唯一的办法是及时饱满的灌浆并令水泥浆迅速达到设计强度。

　　三、经济技术分析

　　城建大厦地下两层，地上由5层裙房和27层塔楼组成，在塔楼的7至27层的中央核心筒与外框筒的梁全部采用了无粘结预应力宽扁梁，一降低结构的层高。标准层层高为3.0m，梁高为500mm，净空2.5m。由于城建大厦采用无粘结预应力混凝土楼盖，降低了结构层高，提高了构件刚度，因此与普通混凝土楼盖相比，在建筑高度受限制的情况下，增加了建筑面积，改善了建筑的使用功能以及结构构件的受力性能，降低了造价，带来显著的综合效益。

　　1、预应力混凝土方案与普通混凝土楼盖方案的经济比较

　　为便于与预应力宽扁梁进行比较，计算了两种普通混凝土梁，第一种采用普通混凝土宽扁梁，梁高仍为500mm，以保证现有层高不变;第二种方案，按常规普通混凝土构件设计，截面尺寸取为400mm×800mm。

　　以上三种方案的材料用量比较见表1

　　方案每平方米钢材用量(kg/m2)混凝土折算厚度( mm)

　　预应力筋普通筋合计

　　①预应力扁梁

　　1000mm×500mm32629237

　　②普通混凝土扁梁

　　1600mm×500mm—3737299

　　③普通混凝土梁

　　400mm×800mm—3030215

　　由表1可以看出，在现有层高及梁高确定的情况下，预应力方案较普通混凝土方案②(1600mm×500mm)可节省钢材约22%，节省混凝土用量约21%，同时降低了结构自重，可减少基础造价，减少地震作用下的结构内力。与方案③(400mm×800mm)比较，钢筋用量持平，预应力方案混凝土用量约增加10%，但由于梁高降低了30cm，使得塔楼部分标准层的层高降低30cm.

　　2、在建筑总高度不变的情况下，采用预应力楼盖，增加了楼层和建筑面积

　　由前面比较可以看出，预应力扁梁较常规的普通混凝土梁(400mm×800mm)高度减少了30cm，以每个标准层降低层高30cm计，23个预应力楼层共降低6.9m,可以多盖两个标准层，增加建筑面积约2400 m2,其收益显然远高于多出的投资。

　　3、假设建筑层数不变，采用预应力楼盖可大大降低建筑的综合造价

　　这里仅就采用预应力以后节省下来的玻璃幕墙费用作一分析。该建筑外装修全部采用玻璃幕墙，在建筑净空不变的情况下，采用预应力楼盖可使建筑总高度降低6.9m，建筑周长约120m，因而采用预应力以后可以减少玻璃幕面积约828 m2以每平方米玻璃幕造价2000元计算，可减少费用166万元。另外建筑高度减少可以降低其垂直交通、供水、消防等设备的使用费用及维护费用，其综合效益显而易见。

　　4、采用预应力楼盖大大改善了建筑的使用功能

　　在梁高仅为500mm的情况下，预应力梁的净跨达到12.9m，跨高比为26:1，从而使得建筑内部空间比较开阔，分隔相当灵活，便于根据用户的不同需求，进行相应的建筑布置，大大改善了建筑的使用功能，这在房地产市场是很有益的。

　　结论

　　本文通过对预应力技术工艺及预应力施工中几个经常出现问题的分析，使我们很好保证预应力的质量、使预应力混凝土满足设计和使用功能;通过经济技术分析，使我们认识到在高层建筑中采用无粘结预应力混凝土楼盖能较好地适应高层建筑扩大开间，扩大柱网和降低建筑层高的要求，而且施工方便，经济合理。而且随着人们对建筑使用功能要求的提高和观念的不断更新，无粘结预应力混凝土结构必然有更加广阔的应用前景。

　　参考书目

　　1、冯大斌、栾贵臣，“后张法预应力混凝土施工手册”，中国建筑出版社，1999。

　　2、陶学康，“无粘结预应力混凝土设计与施工”，地震出版社，1993。

　　3、傅温、张玉明、王宏彬，“高效预应力混凝土工程技术”，中国民航出版社，1996。

　　4、建筑施工手册(预应力混凝土工程)，中国建筑工业出版社，1998。

　　5、中华人民共和国行业标准：

　　“无粘结预应力混凝土结构技术规程”，JGJ92-2004 J409-2005;

　　“预应力筋用锚具、夹具和连接器技术规程”，JGJ85-92;

　　“预应力混凝结构抗震设计规程”，JGJ140-2004;

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文章名称： 预应力技术在建筑中的应用

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