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摘要：预应力混凝土结构由于施工便捷，常被应用于桥梁、厂房、砖混住宅等，预应力混凝土在工程中常以预应力梁和预应力板的形式出现。文章主要研究由预应力梁、预应力板和成品柱组合成的预应力框架结构，分析预应力框架结构工业化生产的的可行性和优缺点，使得预应力框架结构得到进一步的发展和应用。
关键词：预应力梁；预应力板；成品柱；预应力框架结构；工业化生产
中图分类号：TU756 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0087-02
回顾我国50年来预应力混凝土的成就，其共分：我国预应力混凝土的开拓；低强预应力混凝土的应用；高效预应力混凝土的应用；先张、后张预加应力工艺；预应力混凝土的普及和进一步的推广；研究与发展六个部分。普通钢筋混凝土结构的梁板一般处于受弯状态，通常钢筋还没有承受很大弯拉应力，混凝土受弯区已经出现裂缝，甚至可能使钢筋暴露进而锈蚀，而预应力结构，通过控制预应力的大小，可以保证预应力梁板在承受设计弯曲荷载时，混凝土受弯区基本不产生拉应力，不出现裂缝，鉴于预应力混凝土有如此优越的特性，本文研究将批量生产的柱、梁和板同时用于工程，形成预应力框架结构。预应力混凝土结构不断在发展，但是市场依然很小，在工程中没有得到充分的应用，在1985年姚崇德《钢筋混凝土结构抗震设计（六）——预应力和部分预应力框架》中就提到预应力框架结构，截止目前预应力框架应用于施工和生产的比例太小，为了提高效率，节约成本，本文进一步介绍预应力框架结构在建筑工程中的可行性和优缺点。
1 预应力框架结构的优缺点
1.1 预应力框架结构的优点
预应力框架结构相比现浇混凝土框架结构有如下
优点：
1.1.1 节省材料造价，框架结构工程中材料占的比例最大，而钢筋和混凝土在材料中占的比例最大，如果工业化生产梁、柱和板，可以大大减少材料造价。
1.1.2 节省人工造价，如果机械化生产梁、柱和板，可以省去模板的支设、钢筋的绑扎，与此同时也就省去了模板工和钢筋工，然而对于目前，人工价格不断在上涨，很多地方出现人工荒，而这种结构正好可以减少人工作业，减少人工造价。
1.1.3 缩短工期，由于梁、柱和板都是成品，类似于钢结构的施工，现场主要负责组装，这就节省了钢筋绑扎时间、模板支设时间、混凝土浇筑时间、混凝土养护时间等，因此会大大缩短工期。
1.1.4 提高工程质量，在框架结构中，混凝土强度特别重要，现浇框架结构由于施工中的不到位可能导致混凝土强度不符合要求，然而预应力框架结构，梁、柱和板在出厂和进场的时候都会检查，符合强度要求的可以使用，这样就可以提高工程质量。
1.2 预应力框架结构的缺点
相比现浇混凝土框架结构，预应力框架结构有如下
不足：
1.2.1 整体性较差，由于预应力框架结构是现场组装的，梁、柱和板不是同时成型的，因此整体性较差。
1.2.2 抗震性较差，梁柱节点连接和梁板连接处，组装时才进行浇筑，这样抗震性能相对薄弱。
1.2.3 相对于现浇框架结构，预应力框架结构高度较低。由于抗震性和整体性较差，预应力框架结构高度将会受限。
2 预应力框架结构中存在的问题
2.1 预应力框架结构梁柱连接问题
本设计要求预应力梁为后张梁，成品柱的长度要满足现浇框架柱钢筋连接区和非连接区的要求，成品柱和预应力梁如何连接是问题之一。本文提出在梁中和柱的节点部分预留孔道，通过穿过孔道的后张预应力筋将梁和柱连接在一起形成框架后，再进行孔道灌浆，在进行孔道灌浆前，要进行梁柱节点处混凝土的浇筑，确保满足节点的抗震要求（如图1和图2），柱与梁连接的效果直接影响整个工程的质量。此外，本文提出成品柱长度=层高一半-梁高，此处剪力较小。
2.2 预应力框架结构梁板连接问题
预应力板在加工时，以1m为单位，进行制造加工，预应力板为先张的板，端部钢筋和钢绞线预留，待梁左右板钢筋处理后，进行混凝土的浇筑（如图3）。在板与板的连接处，在板的上部有预留垂直于板的构造的钢筋，这些钢筋首先必须满足结构整体和抗震性能要求，其次可以调节板在平面中的铺设宽度，当板与板处钢筋连接无误后，进行板与板缝处混凝土的浇筑（如图3）。
2.3 预应力框架结构的抗震问题
在一定的条件下，用抗震性能较差的材料也能设计出抗震能力较好的结构来。反之，即使采用抗震性能好的材料，如果结构的耗能机制选择及设计不合理，也会使得整体结构的抗震能力较差。本文从梁柱连接、梁板连接处进行主要抗震设计，使其可以提高结构的抗震性能。此外在进行工业化生产梁、板、柱时，选择材料性能相对好的材料进行加工。
3 预应力框架结构的可行性
3.1 预应力框架结构技术上的可行性
在50年前，我国就已经进行预应力结构的施工，因此预应力框架结构在技术方面有一定的基础，并且改革开放后，框架结构在我国不断地发展，在技术方面也具有一定的基础。20世纪80年代，我国就开始研究预应力框架结构，但是没有达到工业化生产，大多都是现场的预应力框架结构施工，相对工业化程度较低。本文在预应力框架结构中存在的问题中已经分析了该结构梁、板、柱的处理意见，并且也满足建筑结构设计和构造的要求。
3.2 预应力框架结构经济上的可行性
在预应力框架结构的优点中，我们已经分析了预应力框架结构施工比较经济，可以节省造价，因此，在结构整体性和抗震性满足要求的情况下，可以考虑预应力框架结构的应用。
3.3 预应力框架结构工业化生产的可行性
预应力技术对建筑工程最大的贡献是建造大跨度梁、板结构和抗拉结构提供了一种切实可行、经济合理的结构新材料，同时也为解决设计、施工中的疑难开辟了一条非常规技术能比的新途径。预应力结构，在工程中应用有一定的广泛性，特别在桥梁结构中，更为突出。具体的一些施工方法，已经比较成熟，在砖混结构中的装配式楼板和装配整体式楼板中也应用比较成熟，因此可以满足预应力框架结构的施工。鉴于技术和经济上的可行性，可以将预应力框架中的梁、板、柱成批量成产，以满足工业化生产的需求，这样可以在更大程度上节约成本，缩短施工工期。
4 结语
本文在前辈的理论基础上，提出新形势下满足工业化生产的预应力框架结构，这种结构在现场施工和工程造价上都有一定的优越性。本文侧重这种结构的优缺点和可行性，并分析了梁、板、柱的处理方法，为这种结构的工业化生产提出一点意见，希望能够将这种结构更加广泛地应用于工程中，进一步加快我国建筑市场的工业化发展。
作者简介：李艳来（1978—），男，河北唐山人，北京天润建设有限公司乌海项目部项目经理，高级工程师，研究方向：建筑施工；刘征（1970—），男，山东烟台人，烟台港集团有限公司规划建设处工程质量监督科副科长，高级工程师，研究方向：建筑施工。
（责任编辑：秦逊玉）
关键词：预应力梁；预应力板；成品柱；预应力框架结构；工业化生产
中图分类号：TU756 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0087-02
回顾我国50年来预应力混凝土的成就，其共分：我国预应力混凝土的开拓；低强预应力混凝土的应用；高效预应力混凝土的应用；先张、后张预加应力工艺；预应力混凝土的普及和进一步的推广；研究与发展六个部分。普通钢筋混凝土结构的梁板一般处于受弯状态，通常钢筋还没有承受很大弯拉应力，混凝土受弯区已经出现裂缝，甚至可能使钢筋暴露进而锈蚀，而预应力结构，通过控制预应力的大小，可以保证预应力梁板在承受设计弯曲荷载时，混凝土受弯区基本不产生拉应力，不出现裂缝，鉴于预应力混凝土有如此优越的特性，本文研究将批量生产的柱、梁和板同时用于工程，形成预应力框架结构。预应力混凝土结构不断在发展，但是市场依然很小，在工程中没有得到充分的应用，在1985年姚崇德《钢筋混凝土结构抗震设计（六）——预应力和部分预应力框架》中就提到预应力框架结构，截止目前预应力框架应用于施工和生产的比例太小，为了提高效率，节约成本，本文进一步介绍预应力框架结构在建筑工程中的可行性和优缺点。
1 预应力框架结构的优缺点
1.1 预应力框架结构的优点
预应力框架结构相比现浇混凝土框架结构有如下
优点：
1.1.1 节省材料造价，框架结构工程中材料占的比例最大，而钢筋和混凝土在材料中占的比例最大，如果工业化生产梁、柱和板，可以大大减少材料造价。
1.1.2 节省人工造价，如果机械化生产梁、柱和板，可以省去模板的支设、钢筋的绑扎，与此同时也就省去了模板工和钢筋工，然而对于目前，人工价格不断在上涨，很多地方出现人工荒，而这种结构正好可以减少人工作业，减少人工造价。
1.1.3 缩短工期，由于梁、柱和板都是成品，类似于钢结构的施工，现场主要负责组装，这就节省了钢筋绑扎时间、模板支设时间、混凝土浇筑时间、混凝土养护时间等，因此会大大缩短工期。
1.1.4 提高工程质量，在框架结构中，混凝土强度特别重要，现浇框架结构由于施工中的不到位可能导致混凝土强度不符合要求，然而预应力框架结构，梁、柱和板在出厂和进场的时候都会检查，符合强度要求的可以使用，这样就可以提高工程质量。
1.2 预应力框架结构的缺点
相比现浇混凝土框架结构，预应力框架结构有如下
不足：
1.2.1 整体性较差，由于预应力框架结构是现场组装的，梁、柱和板不是同时成型的，因此整体性较差。
1.2.2 抗震性较差，梁柱节点连接和梁板连接处，组装时才进行浇筑，这样抗震性能相对薄弱。
1.2.3 相对于现浇框架结构，预应力框架结构高度较低。由于抗震性和整体性较差，预应力框架结构高度将会受限。
2 预应力框架结构中存在的问题
2.1 预应力框架结构梁柱连接问题
本设计要求预应力梁为后张梁，成品柱的长度要满足现浇框架柱钢筋连接区和非连接区的要求，成品柱和预应力梁如何连接是问题之一。本文提出在梁中和柱的节点部分预留孔道，通过穿过孔道的后张预应力筋将梁和柱连接在一起形成框架后，再进行孔道灌浆，在进行孔道灌浆前，要进行梁柱节点处混凝土的浇筑，确保满足节点的抗震要求（如图1和图2），柱与梁连接的效果直接影响整个工程的质量。此外，本文提出成品柱长度=层高一半-梁高，此处剪力较小。
2.2 预应力框架结构梁板连接问题
预应力板在加工时，以1m为单位，进行制造加工，预应力板为先张的板，端部钢筋和钢绞线预留，待梁左右板钢筋处理后，进行混凝土的浇筑（如图3）。在板与板的连接处，在板的上部有预留垂直于板的构造的钢筋，这些钢筋首先必须满足结构整体和抗震性能要求，其次可以调节板在平面中的铺设宽度，当板与板处钢筋连接无误后，进行板与板缝处混凝土的浇筑（如图3）。
2.3 预应力框架结构的抗震问题
在一定的条件下，用抗震性能较差的材料也能设计出抗震能力较好的结构来。反之，即使采用抗震性能好的材料，如果结构的耗能机制选择及设计不合理，也会使得整体结构的抗震能力较差。本文从梁柱连接、梁板连接处进行主要抗震设计，使其可以提高结构的抗震性能。此外在进行工业化生产梁、板、柱时，选择材料性能相对好的材料进行加工。
3 预应力框架结构的可行性
3.1 预应力框架结构技术上的可行性
在50年前，我国就已经进行预应力结构的施工，因此预应力框架结构在技术方面有一定的基础，并且改革开放后，框架结构在我国不断地发展，在技术方面也具有一定的基础。20世纪80年代，我国就开始研究预应力框架结构，但是没有达到工业化生产，大多都是现场的预应力框架结构施工，相对工业化程度较低。本文在预应力框架结构中存在的问题中已经分析了该结构梁、板、柱的处理意见，并且也满足建筑结构设计和构造的要求。
3.2 预应力框架结构经济上的可行性
在预应力框架结构的优点中，我们已经分析了预应力框架结构施工比较经济，可以节省造价，因此，在结构整体性和抗震性满足要求的情况下，可以考虑预应力框架结构的应用。
3.3 预应力框架结构工业化生产的可行性
预应力技术对建筑工程最大的贡献是建造大跨度梁、板结构和抗拉结构提供了一种切实可行、经济合理的结构新材料，同时也为解决设计、施工中的疑难开辟了一条非常规技术能比的新途径。预应力结构，在工程中应用有一定的广泛性，特别在桥梁结构中，更为突出。具体的一些施工方法，已经比较成熟，在砖混结构中的装配式楼板和装配整体式楼板中也应用比较成熟，因此可以满足预应力框架结构的施工。鉴于技术和经济上的可行性，可以将预应力框架中的梁、板、柱成批量成产，以满足工业化生产的需求，这样可以在更大程度上节约成本，缩短施工工期。
4 结语
本文在前辈的理论基础上，提出新形势下满足工业化生产的预应力框架结构，这种结构在现场施工和工程造价上都有一定的优越性。本文侧重这种结构的优缺点和可行性，并分析了梁、板、柱的处理方法，为这种结构的工业化生产提出一点意见，希望能够将这种结构更加广泛地应用于工程中，进一步加快我国建筑市场的工业化发展。
作者简介：李艳来（1978—），男，河北唐山人，北京天润建设有限公司乌海项目部项目经理，高级工程师，研究方向：建筑施工；刘征（1970—），男，山东烟台人，烟台港集团有限公司规划建设处工程质量监督科副科长，高级工程师，研究方向：建筑施工。
（责任编辑：秦逊玉）