隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對住房和工作環(huán)境水平的要求也越來越高，住宅要求有較好的內(nèi)景，辦公室也要求有開闊舒暢的空間，建筑要追求較大的凈高。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，輕松的實(shí)現(xiàn)了這些要求。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁以及特殊結(jié)構(gòu)中.

預(yù)應(yīng)力混凝土的概念和工作原理

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(prestressed concrete structure)是指結(jié)構(gòu)在承受外荷載以前，預(yù)先采用人為的方法，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一種應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階段產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域先受到壓應(yīng)力，這項(xiàng)壓應(yīng)力將與使用階段荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵銷一部分或全部，從而推遲裂縫的出現(xiàn)，限制裂縫的展開，提高結(jié)構(gòu)的剛度，這種混凝土叫做預(yù)應(yīng)力混凝土。

工作原理如圖所示簡支梁為例:

1．由于預(yù)先給混凝土梁施加了預(yù)壓力Ｎp，使混凝土梁在均布荷載ｑ作用下，下緣的拉應(yīng)力完全被預(yù)壓應(yīng)力所抵消，可以避免裂縫出現(xiàn)，混凝土梁始終全截面參加工作。

2．必須針對荷載作用下可能產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)來施加預(yù)應(yīng)力。施加的預(yù)壓應(yīng)力Ｎp不僅與荷載(或者說彎矩)的大小有關(guān)，且與Ｎy的作用位置(即偏心距ｅ的大小)有關(guān)。

預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)

1．提高了構(gòu)件的抗裂能力

因?yàn)槌惺芡夂奢d之前預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受拉區(qū)已有預(yù)壓應(yīng)力存在，所以在外荷載作用下，只有當(dāng)混凝土的預(yù)應(yīng)力被全部抵消轉(zhuǎn)而受拉且拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件才會(huì)開裂。而普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中不存在預(yù)應(yīng)力，其開裂荷載的大小僅由混凝土極限抗拉強(qiáng)度（為抗壓強(qiáng)度的1/10左右）所決定，因而抗裂能力很低。

2．增大了構(gòu)件的剛度

因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件正常使用時(shí)，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下可能不開裂或只有很小的裂縫，混凝土基本上處于彈性階段工作，因而構(gòu)件的剛度比普通鋼筋混凝土構(gòu)件有所增大。

3．充分利用了高強(qiáng)度材料

如前所述，普通鋼筋混凝土構(gòu)件不能充分利用高強(qiáng)度材料。而預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力鋼筋先被預(yù)拉，而后在外荷載作用下鋼筋拉應(yīng)力進(jìn)一步增大，應(yīng)而始終處于高拉應(yīng)力狀態(tài)，即能夠有效利用高強(qiáng)度鋼筋；而且鋼筋的強(qiáng)度高，可以減小需要的截面面積。與此同時(shí)，應(yīng)該盡可能采用高強(qiáng)度等級的混凝土，以便與高強(qiáng)度鋼筋相配合，獲得較經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件截面尺寸。

4．?dāng)U大了構(gòu)件的應(yīng)用范圍

由于預(yù)應(yīng)力混凝土改善了構(gòu)件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗?jié)B透及抗腐蝕要求的環(huán)境；采用高強(qiáng)度材料，結(jié)構(gòu)輕巧，剛度大，變形小，可用于大跨度、重荷載及承受反復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)。

預(yù)應(yīng)力混凝土已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑及交通運(yùn)輸建筑中。例如預(yù)應(yīng)力空心樓板、冂形屋面板、屋面大梁、屋架、吊車梁、預(yù)應(yīng)力橋梁、鐵路軌枕等已大量采用。在水工建筑中也已用來修建碼頭、棧橋、樁、閘門、調(diào)度室、壓力水管、渡槽、圓形水池、工作橋、公路橋、水電站廠房的屋面梁及吊車梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于預(yù)應(yīng)力的方法來加固大壩、襯砌隧洞。對于某些有獨(dú)特要求的結(jié)構(gòu)，例如需防止海水腐蝕的海上采油平臺，需耐高溫 高壓的核電站大型壓力容器等，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)更有它的優(yōu)越性，而非其它結(jié)構(gòu)所能比擬。

如上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性，因而并不能完全代替普通鋼筋混凝土構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力混凝土具有施工工序多、對施工技術(shù)要求高且需要張拉設(shè)備、錨夾具及勞動(dòng)力費(fèi)用高等特點(diǎn)，因此特別適用于普通鋼筋混凝土構(gòu)件力不能及的情形（如大跨度及重荷載結(jié)構(gòu)）；而普通鋼筋混凝土構(gòu)件由于施工較方便、造價(jià)較低等特點(diǎn)，應(yīng)用于允許帶裂縫工作的一般工程結(jié)構(gòu)，仍具有強(qiáng)大的生命力。

預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用

1．預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁，這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)，降低了樓層的有效高度，影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在，隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50年甚至70年使用期內(nèi)都不需對空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑。

若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，以上問題則迎刃而解，工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)隔墻較多，附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級及撓度滿足規(guī)范要求，計(jì)算所需板厚較厚，同時(shí)普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。因此，為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。這種預(yù)應(yīng)力無梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內(nèi)明梁全部取消，僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個(gè)室內(nèi)頂板為一整塊的平面。

2. 預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 有利于減少地下室埋深及基坑開挖深度。對于有地下室的大型建筑或高層建筑，常常把地下室作為車庫或商場。底板、頂板均可做成預(yù)應(yīng)力平板；局部配電房、發(fā)電機(jī)房等需層高較高者，可局部下挖，使之達(dá)到設(shè)備高度要求；這樣，在地下室中，則降低了層高，減少了水壓力，減少了底板支模工序及基坑開挖深度，減少了外墻砼用量，從而降低造價(jià)，具有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 利于增加建筑物樓層的凈空高度或者減少層高。同時(shí)能達(dá)到使用空間感好、甚至可以避免了沒必要的吊頂裝修、節(jié)省裝修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 利于改善結(jié)構(gòu)的使用功能。現(xiàn)在業(yè)主根據(jù)自已的愛好，經(jīng)營商品的組成變化，需要對商場及辦公樓進(jìn)行重新分隔的現(xiàn)象比較普遍，甚至在不同時(shí)期因業(yè)主的變化，都會(huì)有不同的間隔要求。預(yù)應(yīng)力樓板對用途的改變極容易適應(yīng)，在任意位置均可以設(shè)置隔墻，方案可以是多種多樣，可給用戶更大的自由度，使房屋使用功能及檔次得到很大的提高，是房屋銷售的一大賣點(diǎn)。

2.4 由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)加了應(yīng)力，在同樣荷載條件下結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗裂性能。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋可產(chǎn)生一個(gè)向上等效荷載，同時(shí)在板中產(chǎn)生一個(gè)軸向壓力，使平板剛度提高，撓度大大減少，抗裂性能也大為提高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)可以大量減少鋼筋用量，降低工程造價(jià)的作用。

3．有梁大板框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

有梁大板結(jié)構(gòu)是柱子與柱子之間布明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點(diǎn)。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大程度減低層高或提升層凈高，如9m跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm高，比做普通預(yù)應(yīng)力粱650mm少200mm高，比普通混凝土梁800mm少350mm，在節(jié)省鋼筋和混凝土方面可以說是達(dá)到很好的效果。

有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設(shè)次梁，既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀，也利于住戶自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能，即使更換了新住戶，改造房子時(shí)仍然可以再次自行布置房間。近十多年廣州市很多大型的商場和公共建筑都采用了這種結(jié)構(gòu)形式，甚至有些住宅的也得到了應(yīng)用，在使用功能方面得到了使用者的一致好評，市場發(fā)展前景一片光明。

4．轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

最近我國高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多。

預(yù)應(yīng)力混凝土的經(jīng)濟(jì)性

預(yù)應(yīng)力混凝土與普通鋼筋混凝土相比較時(shí)可以用較少的混凝土和減少1/5~1/3的鋼筋用量；但是鋼材單價(jià)的差別并不是和重量的差別成比例的。預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土要求高強(qiáng)度和高質(zhì)量，因而每種材料的單價(jià)都比鋼筋混凝土所需要的材料的單價(jià)高。臨時(shí)支架和模板可能更貴些，而且必須考慮預(yù)應(yīng)力操作本身的附加費(fèi)用。但是，一般來說，如果需要大量的預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，則鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在單價(jià)之間的差別就變得很小了。另外，由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的間接的節(jié)約常常是顯著的，也應(yīng)充分予以考慮。這些間接的節(jié)約包括減少維修工作或者完全避免維修，而且由于結(jié)構(gòu)有更好的耐久性（由于沒有性開裂而增加耐久性），以致延長了使用壽命；減少支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)承擔(dān)的靜重；可以達(dá)到較大的跨徑和減少支承；減低結(jié)構(gòu)的高度（或者有相同高度的較大跨徑）。

結(jié)束語

總之,預(yù)應(yīng)力技術(shù)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。實(shí)踐證明,預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢，在建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。我們有理由相信，隨著我國建筑業(yè)的飛速發(fā)展，施工技術(shù)及施工隊(duì)伍素質(zhì)的不斷提高，預(yù)應(yīng)力混凝土必將迎來更加美好的應(yīng)用前景。