摘要: 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛，目前已遍及建筑行業(yè)各施工工程，其設(shè)計與施工計算日趨復(fù)雜。為了使設(shè)計人員能夠迅速掌握預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)知識和成功經(jīng)驗，本文研究成果對無預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計與施工均具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞: 設(shè)計；結(jié)構(gòu)；驗算

1 工程適用條件

現(xiàn)在很多工程都可以采用大板結(jié)構(gòu)，例如某建筑平面為井字形，一梯8 戶，住宅的層高僅為2.8m，由于是高檔商品房，在房間內(nèi)不得有梁出現(xiàn), 普通的梁板結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)建筑功能的要求,但采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大板結(jié)構(gòu)方案，除核心筒外,每層由若干塊大板組成。戶內(nèi)隔墻均落在預(yù)應(yīng)力大板上,使得建筑布置十分靈活,方便。

2 設(shè)計參數(shù)

混凝土強度等級為C40，預(yù)應(yīng)力筋采用強度為1860MPa 的高強低松弛鋼絞線，張拉控制應(yīng)力Dcon=0.75fptk，板厚約200mm。
設(shè)計荷載：
靜載：6.0kN/m2(板自重+板面板底粉刷)；
活載：2.0kN/m2+3.0kN/m2（隔墻荷載）。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，必須滿足下列功能要求：
（1）結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力張拉施工階段和將來正常使用階段出現(xiàn)各種可能作用時,具有一定的安全度;
（2）具有一定的延性變形能力；
（3）預(yù)應(yīng)力混凝土大板的撓度與反拱在允許范圍內(nèi)；
（4）結(jié)構(gòu)各截面裂縫寬度不超過允許范圍,從而保證預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力筋在其所處的環(huán)境條件下不產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)耐久性的銹蝕。
進行設(shè)計時，一般考慮承載能力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài),并對施工階段進行結(jié)構(gòu)強度驗算與材料應(yīng)力驗算。
①對承載能力極限狀態(tài), 應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合與偶然組合與長期效應(yīng)組合進行設(shè)計。
一般按荷載的基本組合進行設(shè)計，并通過采取構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)破壞時具有一定的延性，從而保證在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后仍能保持整體穩(wěn)定性。而對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，由于偶然事件可能造成某跨預(yù)應(yīng)力筋完全失效，根據(jù)無粘結(jié)筋的特點，其他各跨預(yù)應(yīng)力筋隨之也失效。為保證不發(fā)生由此產(chǎn)生的連續(xù)倒塌破壞，應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力筋失效。并取與偶然作用同時出現(xiàn)的可變荷載，即長期效應(yīng)組合值，按各材料的標(biāo)準(zhǔn)強度對結(jié)構(gòu)承載能力作補充設(shè)計。
②對正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)采用荷載的短期效應(yīng)組合進行設(shè)計,使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形與裂縫等都不超過相應(yīng)的規(guī)范限值。對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，為保證結(jié)構(gòu)變形不影響正常使用或外觀，通常限制構(gòu)件撓度或反拱值；由于預(yù)應(yīng)力鋼筋是采用單根直徑較小的鋼絲組成的高強鋼絲束或鋼絞線，對開裂造成的鋼筋表面銹蝕比較敏感，因此其耐久性對裂縫寬度應(yīng)有嚴(yán)格的要求。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容應(yīng)包括如下3 個方面。
4.1 施工階段的設(shè)計驗算
（1）施工階段的條件；施工時的荷載條件中，預(yù)應(yīng)力荷載應(yīng)按扣除第一批預(yù)應(yīng)力損失后的有效應(yīng)力來確定；其他荷載應(yīng)根據(jù)施工階段可能的最不利荷載情況來定。而施工時的支撐條件應(yīng)考慮施工方案的具體情況來定，模板周轉(zhuǎn)情況影響施工階段的結(jié)構(gòu)分析模型的支撐條件與荷載條件的選取。
（2）施工階段的驗算內(nèi)容：一方面，要求在施工階段的支撐條件下，在相應(yīng)原施工荷載下，結(jié)構(gòu)具有一定的安全度；另一方面，要求施工階段結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)力不超過允許范圍。一般情況下，控制施工階段預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)力，截面混凝土的最大拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。當(dāng)采用特殊的施工工藝時，尚應(yīng)作相應(yīng)條件下的驗算。
4.2 正常使用階段的適用性,耐久性驗算
（1）預(yù)應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)進行使用荷載下的撓度驗算，撓度值不允許超過規(guī)范規(guī)定的允許撓度。
（2）按現(xiàn)行規(guī)范控制裂縫要求，對有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，短期荷載效應(yīng)組合下，不允許出現(xiàn)裂縫。而長期荷載效應(yīng)組合下，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，一級裂縫控制時，不允許產(chǎn)生拉應(yīng)力；二級裂縫控制時，不允許出現(xiàn)裂縫，短期效應(yīng)組合計算時，混凝土拉應(yīng)力控制系數(shù)取0.6，長期效應(yīng)組合計算時取0.25。工程實踐經(jīng)驗表明，結(jié)構(gòu)工作環(huán)境條件良好，可以對短期荷載的裂縫控制適當(dāng)放松，允許出現(xiàn)裂縫。其寬度限值為低侵蝕性環(huán)境，在短期效應(yīng)組合下，最大裂縫寬度不超過0.22mm。
4.3 承載能力極限狀態(tài)設(shè)計
（1）對預(yù)應(yīng)力板各截面進行多種可能的荷載效應(yīng)組合的受彎強度設(shè)計，計算時要考慮預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次彎矩的影響。
（2）采用混合配筋設(shè)置非預(yù)應(yīng)力筋，提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的延性和能量吸收，可有效分散受拉區(qū)裂縫,改善結(jié)構(gòu)的受力性能。
（3）對無粘編者按預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)作補充設(shè)計，選取合適的荷載效應(yīng)值與材料參數(shù)，驗算抵抗預(yù)應(yīng)力筋失效時連續(xù)倒塌所需的非預(yù)應(yīng)力筋用量。

5 預(yù)應(yīng)力大板的構(gòu)造要求

（1）預(yù)應(yīng)力大板宜采用高強低松弛鋼鉸線，混凝土的強度等級不宜小于C40。
（2）預(yù)應(yīng)力大板的最小厚度不宜小于160mm 使預(yù)應(yīng)力筋具有一定的有效矢高，發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的作用。
（3）在預(yù)應(yīng)力大板中需有雙層雙向通常設(shè)置的普通鋼筋。以提高板的延性和防止預(yù)應(yīng)力反拱引起的開裂。
（4）在一般建筑中裂縫寬度限制可放寬取0.22mm。

6.預(yù)應(yīng)力損失包括：

①錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失。可通過選擇變形小錨具或增加臺座長度、少用墊板等措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失；
②預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失�？赏ㄟ^兩端張拉或超張拉減小該項預(yù)應(yīng)力損失；
③預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受拉力設(shè)備之間的溫度差引起的預(yù)應(yīng)力損失�？赏ㄟ^二次升溫措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失；
④預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失�？赏ㄟ^超張拉減小該項預(yù)應(yīng)力損失；
⑤混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失�？赏ㄟ^減小水泥用量、降低水灰比、保證密實性、加強養(yǎng)互等措施減小該項預(yù)應(yīng)力損失；
⑥螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)件，由于混凝土局部受擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失。為減小該損失可適當(dāng)增大構(gòu)件直徑。

7 結(jié)論
（1）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大板結(jié)構(gòu)可有效降低樓層的高度，并可有效減小板的厚度，從而減輕整個樓層的重量，綜合經(jīng)濟效益明顯。
（2）該結(jié)構(gòu)使高層住宅的建筑平面布置更加靈活，并且有利于二次裝修時室內(nèi)布局的改造，適應(yīng)市場的要求。
（3）該結(jié)構(gòu)施工方便,效益顯著，在高層住宅的設(shè)計中被廣泛采用。
（4）由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的截面小、剛度大、抗裂性和耐久性好，在世界各國的土木工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著高強度鋼材及高強度等級混凝土的出現(xiàn)，促進了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，也進一步推動了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的成熟和完善。