预应力技术在房屋建筑中的应用

预应力技术在房屋建筑中的应用摘要：早在19世纪80年代，西欧和北美的学者就开始预应力混凝土的实验活动，并取得了一定成果。预应力混凝土进入实用阶段应归功于法国著名工程师艾·弗瑞斯尼特(E·Freyssinet)。从50年代起，美国、加拿大、日本、澳大利亚等国也都引进西欧技术，开始推广预应力结构。我国预应力混凝土是随着第一个五年计划的开展,于50年代中期开始起步的。从80年代起，随着高强钢丝和高强钢绞线生产的好转，我国开始发展采用高强钢材的预应力混凝土，在工艺上采用有粘结、无粘结。在房屋建筑中，层数最多的预应力工程是广东国际大厦主楼，总计63层，采用无粘结预应力平板结构体系，面积最大的单体工程是首都国际机场新航站楼，每层面积8.8万平方米，总计27万平方米。预应力技术在房屋建筑中，所采用的预应力结构体系极为丰富。关键词：无粘结预应力筋无粘结预应力混凝土结构体外预应力有粘结预应力混凝土结构锚具控制应力1、引言早在19世纪80年代，西欧和北美的学者就开始预应力混凝土的实验活动，并取得了一定成果。预应力混凝土进入实用阶段应归功于法国著名工程师艾·弗瑞斯尼特(E·Freyssinet)。我国的预应力技术已从80年代以前的单个构件、小吨位预应力技术发展到目前的整体结构预应力技术和大吨位及超大吨位预应力技术。目前以高强钢丝、钢绞线为代表的高效预应力混凝土技术已在房屋结构的大跨、高层及特种部位使用，在桥梁结构方面，预应力技术广泛用于简支梁、连续梁、T形刚构和连续刚构等各种类型桥梁中，此外在特种结构中，预应力技术也得到了广泛应用，成为不可缺少的结构设计手法。2、预应力的施工工艺按照预应力筋所用防护材料、防护工艺及张拉工艺有多种多样，目前较常用的防护材料及工艺有以下几种，有粘结预应力工艺、无粘结预应力工艺、体外预应力索工艺。有粘结与无粘结预应力工艺是采用高强、低松驰钢绞线。现在主要采用强度等级1860Mpa，现在我国已经生产出1960Mpa强度等级的钢绞线。设计张拉控制应力一般不宜超过75%无粘结预应力筋抗拉强度标准值。不应大于无粘结预应力筋抗拉强度标准值80%。混凝土板的强度等级不宜低于C30，混凝土梁和其他构件强度等级不宜低于C40。钢绞线进场以60吨为一批，进行复试。锚具以2000套为一个批量，进行复试。钢绞线按图纸进行下料，按图纸设计按抛物线状铺设在底筋与上部钢筋中间。要求预应力钢绞线铺设顺直，间距，矢高准确，钢筋马镫位置准确。端部构造由螺旋筋（钢筋网片）、承压板、挤压锚具、夹片锚具、锚具保护套构成。具体施工步骤：板底模→板底筋→预应力筋→电气管→上部钢筋→浇筑混凝土→张拉→封堵。当混凝土强度达到75%以上时，用已经标定的千斤顶张拉，锁定。切除多余端头，对锚具进行封堵保护。3、对建筑功能的影响预应力混凝土与预应力技术为改善与提高建筑功能提供了许多新的措施与方法。（1）、通用性与灵活性现代化工业与民用建筑要求具有更大通用性与灵活性，以适应建筑物使用期间用途的多变、生产工艺与机械设备的更新换代及人们工作与生活条件不断提高的需要。各种预应力结构体系（预制装配式或现浇整体式）为经济合理地建造这种大柱网、大空间无内柱建筑提供了现实性。（2）、降低建筑层高控制高层建筑层高有很大经济意义，当8~10米跨度的无粘结平板代替传统的梁板结构时，每层楼板的结构高度可以减少30cm左右，当建筑总高度有限时，每10层可以多建一层，其综合经济效益是非常显著的。（3）、减少伸缩缝预应力结构可以大大扩展伸缩缝的间距，从文献见到的国际上最长的无粘结平板曾做过140米（用于加拿大一座19层办公楼），使用情况良好。法国巴黎新建的德芳斯大拱门高层巨型建筑，高110米、宽107米、深110米、是当前世界上最大的房屋建筑，整个结构通过预应力行成整体，消除了伸缩缝。（4）、作抗渗抗漏的自防水屋面现浇后张双向预应力板具有可靠的抗渗漏性能，国外已较多用于停车屋面和地下建筑的防水墙，效果良好。这种屋面用于屋顶花园和屋顶农场也都很理想，既有利于环境绿化，也是增加农地的有效措施。预计这种自防水屋面在今后的建设中将会有很大的发展前途。4、经济效益分析济南长途电售枢纽工程，由主楼、东营业厅、油机变电楼和办公综合楼组成，其建筑面积80000平方米，主楼43000平方米，地上27层，该楼为筒中筒结构体系，外筒尺寸为36米×36米，墙厚600毫米，内筒为20×12米，墙厚为400毫米。由于该工程原方案是按普通钢筋混凝土梁板楼设计的，后来采用无粘结预应力混凝土平板楼面结构，为此，形成一个典型的经济对比实例。以下从几个方面进行较详细的经济分析。（1）、施工节约工期提前45天1）、节省机械设备租赁费：TQ80塔吊2台，3万元/台月×1.5月×2台户=9.00元混凝土输送泵2台，3.5万元/台月×1.5月×2台=10.5万元混凝土搅拌站，1.5万元/月×1.5=2.25万元混凝土搅拌机4台0.3万元/月×1.5×4=1.70万元小计：23.45万元2）节省三大工具租赁费：钢管脚手架子200t×2元/t·日×45日=1.80万元模板3000㎡×0.3元/㎡·日×45日=4.05万元小计：5.85万元3）节省人工费：现场施工500人，因工期提前共节省费用74.30万元。模板简化由梁板结构改为变截面平板结构,简化了模板安装.每个楼层可减少一天支模时间,模板简化是工程提前主要因素。另一方面，每层模板可减少600㎡。在不计算支撑系统简化量外，减少模板费为600㎡×2（配二层模板）×185元/㎡=22.20万元。C、利用早拆体系少配置一套模板费用1050㎡×185元/㎡=19.70万元（2）设计节约以下仅以1-21层内外筒之间的楼盖进行两种方案的技术经济分析。标准层材料用量对比：取第17层为对象，两种楼盖（内外筒之间楼盖部分）土建施工材料用量对比结果如表中可以看出预应力混凝土平板盖与相同面积的非预应力混凝土板梁楼盖相比，钢材、混凝土及施工模板等用量都有不同程度的节省。从经济角度发现，每采用1t无粘结筋的直接费用为普通钢筋的3.0倍，即预应力平板楼盖所用钢筋实际所需要费用，相当于64.8t普通钢筋。按实际发生材料费用计算，预应力楼盖较非预应力楼盖每层节约材料费用4.2万元，即42.1元/㎡，并节省周转材料费8万元，该工程预应力楼盖共计21层，其中平板14层，则仅楼盖一项共计节省混凝土798m3，普通钢筋802吨，按上述折算或节料直接费256.0万元。两种楼盖的土建施工实际材料对比方案建筑面积（㎡）混凝土（m3）钢筋（t）施工模板（㎡）普通钢筋混凝土土梁板楼盖盖1000.200350.071.302267.5预应力平板楼盖盖1000.200293.035.4（28.5）9.8（8.4）1000.2节约57.035.9（42.8）1267.3注：1、钢筋混凝土方案包括了楼盖下多出的0.53m剪力墙；2、括弧内数据系为梁板式方案。降低高度：如不增加使用面积而单纯降低层高，按建筑造价2500元/㎡计算，4.3万㎡建筑总投资为10750万元。建筑全高129.4m(含地下室)，每米高度折算造价83.1万元，则高度降低10.5m,节约投资872.6万元。这其中不包括因重量降低，地震力减小，使结构竖向构件相应减小和基础压力降低产生的经济效益，以及建筑降低相应集中空调和水、电等耗能降低产生的效益。省略吊顶：因板底为平板，省去吊顶共计面积1606㎡，120元/㎡，共计192.7万元。增加有效使用面积按钢筋混凝土梁板楼盖设计，在限高100米前提下只能建22层，改为预应力平板楼盖后高度不变增加2层，共增加建筑面积2880㎡，若以3000元/㎡计算，其综合经济效益可增加864万元。增加部分建筑面积多布置电信设备因而所创造的效益更大。水暖电管线：由于层高降低，给排水、暖通、电器、落水设备等的主管及上线柜也降低了高度，节约投资30万元以上。空调投资由于采用了无粘结预应力变截面平板，使顶棚形成弧形，从而改变了原空调方式，由于原来的管线送风为贴附射流，节约投资100万元。综合以上各项指标，该工程采用无粘结预应力平板后，按粗略统计其直接经济效益约为1559.0万元。5、结论本文通过从预应力技术的发展，预应力技术工艺，预应力技术对建筑功能的影响，预应力技术在工程实例中的经济分析几个方面来论证预应力技术在建筑中的应用。在高层建筑、大跨度的建筑中，采用预应力混凝土楼盖后，可以解决大跨度结构的挠度及抗裂度问题，通过减轻结构自重，改善结构性能，以最小的构件尺寸满足结构的强度，刚度及抗裂要求，无粘结预应力平板结构能够改善楼层的使用功能，增加净空，降低层高，提高投资效益，改进施工工艺，简化施工工艺，加快施工进度，节约材料和能源。无粘结预应力变截面平板结构方案解决了预应力等截面平板结构难以解决的大跨度重何载问题，扩大了平板结构使用范围，随着高强度的材料的发展，设备的不断完善，锚夹具的不断发展，预应力施工队伍的壮大，相应的技术规程，规范的健全，预应力