黄细平
中南建筑设计院股份有限公司 湖北省武汉市 430000
摘要：随着市场和科技的不断发展，人类对建筑行业水平的要求越来越高。而传统的钢筋混凝土具有极其明显的缺陷，如抗裂性能极弱。近年来，预应力混凝土的出现便可以弥补这一缺点。通过增强混凝土的抗裂性能，更为广泛的扩大混凝土在建筑行业中的应用。本文首先阐述了预应力混凝土的定义，其次阐述了预应力混凝土的工作原理，再次从抗裂性能较强、高度指数大、材料高强度及构建应用范围广泛四个方面简析预应力混凝土的显著特征，最后再从预应力在平板结构、有梁大板框架结构中的运用两个方面简述预应力混凝土的广泛运用，以供相关人士交流。
关键词：建筑结构；设计实践；预应力技术
引言：
由于传统的混凝土由于具有明显缺陷，因此，预应力混凝土结构的出现，则可以轻易地解决传统混凝土中所存在的问题。在形式上，预应力结构具有多种形势，较为常见的有：转换成动力结构、门架预应力结构、吊车梁预应力结构以及有梁大板框架预应力结构。这些结构的运用，能有效地提高建筑施工的整体质量水平。
一、预应力混凝土的定义
预应力的混凝土结构其定义指的是：提前采用人为干涉的方法，在混凝土结构内部形成一种较为特殊的预应力状态，在混凝土承受外部压力之前，让预应力混凝土结构提前受到压应力，这种压应力会与在工作过程中的拉应力相抵消，以此来避免在混凝土建设中出现裂缝的现象。从根源处消除混凝土裂缝现象的产生，以此来提高混凝土结构的刚度，这种混凝土模式即叫预应力混凝土[1]。
二、预应力混凝土的工作原理
预应力混凝土的工作原理较为简单，以简支梁为例，首先，对预应力混凝土提前加以压力，预压力Np在压力下的会使混凝土均匀地分布在和在q的作用下，因而，预应力混凝土下缘的拉应力会被这种压力所抵消。两种力的相互抵消，可以有效的避免混凝土裂缝的产生，同时，混凝土梁在这个过程中全程参与工作。其次，对于预应力混凝土所施加的预应力，必须要考虑到预应力混凝土在作用下会产生的应力状态。因为，在预应力混凝土中所施加的压力与NY的作用位置、偏心距离e的大小以及弯矩的大小密切相关。
三、预应力混凝土的显著特征
（一）抗裂性能较强
由于预应力混凝土在受到外界荷载之前，混凝土的受拉区会提前感知预压应力的存在。在这个前提下，预应力混凝土的预应力会与拉应力全部抵消，从而产生一种极限拉应变状态。在这个条件下，混凝土构件就会产生开裂。由于传统混凝土的结构中，并未存在预应力构件，因此，传统的钢筋混凝土中的开裂荷载的数量是由混凝土的极限抗拉强度的大小所决定的。一般情况下，传统的混凝土极限抗拉强度是混凝土抗压强度的1/10左右[2]，可见，传统的钢筋混凝土抗裂的能力极低。
（二）刚度指数大
当具备预应力的混凝土构件在正常运作时，处于荷载标准下的混凝土可能产生小规模的裂缝或者不开裂。由于混凝土的工作具有弹性阶段，因此，混凝土构件的刚度势必要比普通的钢筋混凝土构件大。
（三）材料高强度
传统的混凝土构件，无法采用强度较高的材料。因此，这种混凝土的开裂现象普遍严重。然而，在预应力混凝土的构建当中，在预应力的作用下，钢筋会先被预拉，在荷载作用下，这种钢筋的拉应力会进一步提升。在工作过程当中，预应力混凝土会一直处于一种高拉应力的状态，这种状态下出产的钢筋是一种可以被高效利用的高强度钢筋状态。
由于这种钢筋的强度足够高，因此，可以在一定程度上缩小截面的面积[3]。此外，在采用混凝土时需采用与钢筋混凝土强度相匹配的等级。这种做法是为了与强度较高的钢筋相契合，以此来得到较为精确且成本较低的钢筋构件截面尺寸。
（四）构件应用范围广
预应力混凝不仅可以有效地增强混凝土构件的抗裂能力，还可适用于抗腐蚀、防水以及抗渗透要求的工作环境，采用结构较为轻巧、刚度数值较大、产生变形程度小的高强度材料可以优化预应力混凝土的结构，如重荷载以及大跨度等结构。在现在的建筑行业当中，预应力混凝土已经广泛的运用在了各种民用建筑或交通运输的建筑当中，例如：建筑中的吊车梁、屋面大梁、铁路的轨枕、预应力桥梁中都大量地采用了预应力构件混凝土。此外，在水工的建筑领域当中，也常常用以预应力混凝土来修建压力水管工作桥、水电站厂房、闸门等等结构的构建。预应力混凝土还可以用来加固大坝，对于需要具备高压高温条件的核电站大型压力容器以及需要防腐蚀条件的海上采油平台等具有独特要求的结构构件，预应力混凝土也可以满足。预应力混凝土的结构具有大量优点，远远超越了普通的钢筋混凝土。
四、预应力混凝土的广泛运用
（一）预应力在平板结构中的运用
传统的混凝土构件，是通过设置次梁和框架梁来支撑柱间和隔墙，这使得空间内的明梁产生纵横交错的现象，因而降低了修建楼层的高度，使得室内的整体使用功能和美观性有所下降，对后期的装修也产生了较大的难度。明梁在室内中的存在会对室内的装修与后期布置产生较大阻碍性，同时，对室内的相关功能与后期调整产生了较大的难度。现在我国房屋使用的时间一般为五十年至七十年，在此房屋使用期间，难免会需要对室内的空间进行重新规划或变换室内使用功能。明梁的存在，对重新规划和变换使用功能，造成了极大的困难。因此，在楼层建筑的过程中，采用预应力的平板结构则可以轻松解决明梁在建筑中存在的问题。由于普通的钢筋混凝土内隔墙数量较多，荷载较大，并且这种结构是无梁平板结构，若要使其达到规定的裂缝控制等级和标准，则需要使用的钢筋数量较大，导致建筑成本较高[4]。为了提高建筑楼层的整体抗裂性能，需要减轻混凝土结构的自重，减薄板厚程度，以期丰富建筑物的使用功能。现代的高效预应力混凝土的结构技术，可以有效地提高整体建筑工程的质量。预应力混凝土采用的是预应力是无梁平板，将室内建筑的明梁部分全部取消，只保留建筑中所必要的边梁部分，或在有隔墙的地方保留梁，只保留必要性的暗梁，以此来增强楼板的受力性能。
（二）预应力在有梁大板框架结构中的运用
在柱子之间布置明梁或在大板上设置有隔墙的结构体系，被称为有梁大板框架结构。有梁大板框架结构与平板框架结构有共同点。例如，柱子间的距离较大，由于没有采用次梁的设计，因此，减少了室内梁的数量，提高室内的使用性能。有梁大板结构的抗裂性能较强，内景佳，同时节省材料、节省模板和工作人员的使用数量，这种结构施工快速成本较低，并且施工效果好。如果将有梁大板结构与预应力宽扁梁结合使用，可以最大程度地提升层净高。例如原本九米跨度的预应力宽扁梁则可以做到四百五十毫米的高度，这个高度比普通的预应力梁的六百五十毫米要少两百毫米的高度，同时比普通混凝土梁的八百毫米高度少三百五十毫米的高度。这样一来，既可以有效的节省钢筋混凝土的使用，降低成本，又可以达到极高的建筑效果。
五、结束语
随着预应力混凝土技术的不断提升，预应力混凝土已在建筑行业中得到较为普遍的运用。在建筑行业中，人们对生活与工作的环境要求与日俱增，对住房建设与办公室建设要求也越来越高。预应力混凝土在建筑中的使用不仅可以有效地避免传统混凝土的弊端，还可以增强建筑物的使用性能和整体效果。可见，加大对预应力钢筋混凝土的研发，将广泛的其运用在建筑行业中，可以提升我国建筑行业的整体水平和质量。
参考文献：
[1]王红艳.建筑结构设计实践及预应力技术应用研究[J].中小企业管理与科技旬刊,2019,564(01):138-139.
[2]郑伟光,贺成刚,王志华.预应力技术在建筑结构设计中的应用实例[J].建筑技术开发,2019(13):13-14.
[3]张济宁.预应力技术在现代建筑结构设计中的应用[J].中国科技财富,2009(4):38-38.
[4]刘志荣.在建筑结构的框架结构设计中预应力技术的运用[J].住宅与房地产,2016(27):00288-00288.