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淺析混凝土對房屋建筑的影響

 預應力混凝土是根據需要人為地引入某一數值與分布的內應力,用以部分或全部抵消外荷載應力的一種加筋混凝土。早在19世紀80年代,西歐和北美的學者就開始預應力混凝土的實驗活動,并取得若干專利,但都由于對混凝土和鋼材在應力狀態下的性狀缺少認識,兼之所用鋼材強度太低,以致預應力值損失太大而未取得成效。預應力混凝土進入實用階段應歸功于法國工程師弗萊西奈,他在1928年提出了預應力混凝土必須采用高強鋼材和高強混凝土的論斷,從此對預應力混凝土的認識開始進入理性階段。


    1. 預應力混凝土的分類

    根據結構物對預應力值要求大小程度的不同,預應力混凝土可分為下列三類:

1.1“全”預應力——在施加預應力或全部荷載作用條件下,都不容許混凝土出現拉應力。

1.2“限值”預應力——在施加預應力或全部使用荷載下,容許混凝土承受某一規定拉應力值(如混凝土彎拉強度的80%),但在長期荷載(恒載加一部分活載)作用下,混凝土不得受拉。

1.3“部分”預應力——根據結構種類和暴露環境條件,在全部使用荷載下容許出現不超過0.1mm或0.2mm寬度的裂縫。


    2. 預應力混凝土對房屋建筑的影響

    由于采用了高強度鋼材與混凝土以及預加反向荷載,預應力混凝土梁、板結構具有截面小、重量輕、強度大等特點,其經濟跨度比常規結構材料要增大一倍或更多。用以建造大開間、大柱網、大空間無內柱建筑,既滿足了靈活性大、通用性強等現代化建筑的要求,而且綜合經濟效益優于傳統結構。預應力混凝土對房屋建筑的影響,表現在以下幾個方面:

    2.1對梁板等受彎構件的影響

    預應力混凝土受彎構件常用的截面形狀有:矩形、對稱工字型、不對稱工字型、T型、倒T型和箱型截面等六種,這些截面形狀,各有特點,應根據使用要求和具體條件來選用。

    2.1.1預應力梁板的高度約為同跨度鋼筋混凝土的2/3~1/2。

    2.1.2對單向或雙向預應力實心板,合理的跨高比約為40,即15cm厚的板,跨度可用到6.0cm。

    2.1.3預應力混凝土主梁,跨高比約為15~20。

    2.1.4預應力混凝土次梁,跨高比約為18~28,即對1m高的次梁,跨度可用到18~28m,視荷載的大小和布置條件而定。

    2.2對建筑與結構平面布置的影響

    2.2.1選用大跨結構方案

    鋼筋混凝土梁板的經濟跨度較小,單向實心板一般為3~4m,柱網多為6m×6m。采用高效預應力混凝土后的經濟跨度,單向實心板一般為6~9m,柱網則為9m×9m~12m×12m或更大。上海色織四廠布機車間六層廠房采用(20+20)m×7.2m大柱網后與同樣總面積的小柱網方案相比,總造價雖然增加10.9%,但廠房內可布置的布機臺數增加了12%,按每臺布機計算,廠房造價反而有所降低。

    2.2.2主次梁的顛倒布置

    “大跨用主梁,小跨用次梁”是結構布置的傳統做法。采用預應力方案時,恰恰相反,小跨用主梁、大跨用次梁更為經濟合理。這種布置的樓蓋高度決定于次梁,次梁跨度雖大,但可采用減小間距的方法以減輕負荷,使跨高比做到20~25或更大。

    2.2.3伸縮縫

    后張預應力樓蓋結構,由于自身具有一定的抵抗溫度與收縮應力的能力,因此可以大大增加伸縮縫距離。即使平面尺寸較大,也可采用分塊澆筑或采用微膨脹混凝土等措施來消除伸縮縫。

    2.3對建筑功能的影響

    預應力混凝土與預應力技術為改善與提高建筑功能提供了許多新的措施與可行方法。

    2.3.1通用性與靈活性

    現代化工業與民用建筑要求具有更大通用性與靈活性,以適應建筑物使用期間用途的多變、生產工藝與機械設備的更新換代的需要。各種預應力結構體系為經濟合理地建造這種大柱網、大空間無內柱建筑提供了現實性。

    2.3.2降低建筑層高

    當用8~10m跨度的無粘結平板代替傳統的梁板結構時,每層樓板的結構高度可以減少30cm左右,當建筑總高度有限制時,每10層可多建一層,其綜合經濟效益是非常顯著的。

    2.3.3用作自防水屋面

    現澆后張大面積自防水屋面在國際上已廣為應用,多層停車庫一般都采用此種屋面,使用效果良好。

    2.4對建筑造型的影響

    2.4.1用吊桿的懸掛式建筑

    在多層和高層建筑中采用預應力吊桿代替傳統的鋼筋混凝土柱,是一個降低自重和節約鋼材的有效措施。

    2.4.2懸臂式建筑

    懸臂式建筑由于下部所占地面空間小,建筑顯得輕巧新穎,往往是建筑造型的需要。

    2.4.3外傾式建筑

    采用預應力拉桿就有可能建造和常規金字塔式(內傾式)建筑相反的外傾式建筑。外傾式建筑上大下小,占天不占地,在造型上更富有刺激性,同時也顯示結構技術的成熟性。美國加州大學中心圖書館就是一個典型的例子。


    3.預應力混凝土的發展前景

    3.1先張法預應力預制構件

    先張法構件由于在工廠集中生產,生產工序、生產條件、生產技術都比較穩定,質量容易控制,有利于采用各種新材料、新工藝、新技術,生產出強度高、尺寸誤差小、表面光潔、線條直正、耐久性好的高質量構件。

    3.2后張法預應力預制構件

    后張法預應力的合理應用范圍主要為

    3.2.1要求雙向預加應力的結構,例如無粘結大跨度平板、雙向密肋板、井式梁樓蓋等。

    3.2.2曲線形構件、曲面或形狀復雜的結構,如殼體結構。

    3.2.3有整體連續要求的結構,如連續梁、板。

    3.2.4要求將若干預制構件拼成整體的結構,如水池、水罐。

    3.2.5對采用先張法生產不經濟的某些預制構件,例如:預加力噸位太大,無法利用現有臺座進行生產。


4. 結語

    預應力混凝土結構是一種先進的結構形式,作為工程建設領域內的一項高新結構技術,預應力混凝土技術的應用標志著一個國家的建筑技術水平。目前,我國進入高效預應力混凝土結構的新階段,說明我國的預應力技術已步人國際先進行列。


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