预应力技术在钢结构与空间结构中的应用与发展

　　6预应力技术在钢结构与空间结构中的应用与发展杨宗放和空间结构建筑，其中些颇具代性。1990年后，随着大跨度公共建筑兴建的需要，预应力技术与空间钢结构相结合，创造出多种新结构体系。预应力技术也在上述结构中得到发展与创新。

　　我国预应力技术在钢结构中的应用，是在20世纪50年代末开始的。1959年，太原钢厂焦化厂输煤栈桥53，1钢桁架首次在廊外布索施加预应力此后，我国建筑工程中以推广混凝；结构为主，钢结构的应用停滞不前20世纪80年代我国改革开放，钢材产量增大，现代预应力技术设备与工艺在混凝土结构中的应用日渐成熟，推动了预应力钢结构的发展。但在此期间，仍以传统的平面钢结构体系梁拱，架栈桥等为主。

　　20世纪90年代以后，随着我国大跨度公共建筑兴建的需要，预应力技术与空间钢结构找到了结合点，发展迅速，创造出多种空间钢结构新体系预应力网架与网壳索网索拱斜拉体系等，充分发挥受拉杆件的强度潜力，结构轻盈，时代感强。近年来，预应力索桁杨宗放，29年12月生。浙江黄岩人，东南大学上木工程学龙。教授。卞尔仗应力中心副理事长210018南京收稿1期30架也开始用于玻璃幕墙的钢支承体系。

　　当今世界上*先进的索膜结构，在我国也开始起步。这种结构体系的自重极轻，安装方便，在展览建筑体育建筑交通建筑露天剧场等工程中具有较好的发展前景。

　　I工程应用实例*近十8年来，我国已，成有代衣性的预应力钢结构与预应力空间结构工程如下。

　　1984年。天汴宁河体馆屋盖42 1父421平板网架，米用支座位移法引入预应力。

　　1986年，吉林滑冰馆屋盖平面76.8，67.4，米用预应力双层悬索体系。承重索与稳定索错开半个柱距，造型新颖，并很好地解决了矩形悬索屋盖的排水问。用钢量为35.8.

　　1987年，省体育馆外形似展翅飞翔的蝴蝶。整个屋盖21861.

　　由两侧对称的索网与中部钢筋混凝土落地拱组成，索网分两次施加预应力。

　　1989年，安徽省体育馆屋盖尺寸长87！宽5169采用索桁结构体系钢桁架压在悬索上。对悬索施加横向预应力，起到了悬索支承桁架桁架稳定悬索的作用。

　　1989年，北京朝阳体育馆屋盖呈橄榄形，尺寸为96166仙采用中部索拱两侧索网体系，索网分次施加预应力。

　　1991年，北京北郊体育馆屋盖平面尺寸80必2办采用塔筒斜拉索与双层钢网壳体系。斜拉索外包，管，管内灌水泥浆。

　　1993年，我国设计的新加坡港务局仓库屋盖，平面尺寸310，192取由6座斜拉网架组成。每座网架中央有1根塔柱，斜拉4组不锈钢棒。整体结构寓总支扬帆远航的船从钢量为1994年，攀枝花体育馆屋盖呈边形，对角线长64.9，采用点支承的预应力双层钢网壳。沿边构件下布索，次施加预应力。用钢量为358，2.

　　1995年，北京西站门楼大跨度重荷载梁，采用451预应力钢桁架。其下弦中部配置直线束，弦边邰配置直线束及上下弦配置折线束。分两阶段施加1996年，南京体育学院体育馆屋盖呈椭圆形，尺寸为86，62叫采用2榀外露空间桁架支承平板网架。空间桁架的两悬臂端利用预应力斜拉索向下固定在柱脚处。

　　楼屋盖形似海鸥振翅欲飞，采用斜钢柱支承的张弦梁，跨度分别为8048，52张弦梁上弦为方管，下弦为钢索，中间连以直腹杆，经张拉后形成。该工程登机廊两列钢柱均向外倾斜，需要采用空间斜拉索来保证屋盖体系的纵横向整体稳定。

　　1998年，广州白云机场飞机库屋盖的跨度51采1预应力钢拱结构该结构就地整体拼装后，利用可伸缩下弦钢管内的钢绞线束施加预应力，使整个屋盖结构起拱成形，无需起重设备，施工速度快，成本低。

　　幕墙的支承体系，首次采用预应力索桁架。拉索采用不锈钢绞线，结构轻巧，晶莹通透，体现了整体美感。

　　1998年，深圳欢乐谷中心剧场呈圆形，采用索膜穹顶结构。膜体内边缘依附在中心环上，膜体外边缘连接在钢拱梁上。钢柱位于钢拱梁内侧沿圆周布置，通过斜吊索支承整个索穹顶。利用柱脚处设置千斤顶顶升钢柱，对整个体系施加预应力。

　　1999年，海虹口足球场看台顶篷悬挑60作采用鞍形空间钢管索桁架支承的膜结构体系。

　　1999年，西安国际展览中心屋盖架，斜拉索固定在钢筋混凝土索塔上，分两次施加预应力。

　　1999年，鞍山体育馆的平面尺寸为1281861.屋盖结构采用索扦双层网格体系，比斜拉网格结构受力更合理，节省锚具50施工方便。

　　1999年，杭州黄龙体育中心主体育场呈圆形，直径247.75挑篷屋盖结构采用斜拉网壳体系。内环梁由斜拉索悬吊，斜拉索上端锚固在体育场两端85，1高的预应力混凝土塔筒上。

　　20⑴年，长春国际会展中心展厅拭盖结构采斜拉索叫恕体系631.斜拉索两端均为铰接，其上端固定在钢桅杆上，分批次施加预应力。

　　20年，广州新体育馆主场馆呈椭圆形，尺寸为60，下沉式，其屋盖由主桁架1600辐射析架环梁拉索支撑等组成。拉索分环向平面索径向平面索与垂直索，拉力为25球场屋盖跨度76.6采用斜拉索钢拱架体系。拉索有主索将拱架挂至斜柱顶斜索从斜柱顶拉至地面水平索拱架之间上弦处及下索拱架下弦处，2000年，青岛颐中体育场周看台顶篷悬挑37，15采用钢桁架环梁索膜单元体系。每个索膜单元由内环索谷索脊索立柱拉索与膜体组成。

　　万个座位。周看台钢顶篷用21组独立的塔柱支承，向前看台悬挑54 1；悬挑8，并1力拉索向固定于柱脚处。

　　2001年，上海新国际博览中心第期4个展厅和入口大厅，总面积为9万2.每个展厅尺寸为72192仙采用纺锤形钢桁架，支承在上下均为铰接撑，屋面为膜结构。柱间抗侧力支撑采用076钢棒，两端铰接，张拉力为9采用专门研制的缸液压千斤顶，解决了张拉难。

　　光天棚的面尺寸为54以30.采用预应力索网结构体系，点支承玻璃屋面。索网结构上下弦均采用9铝包钢绞线，并施加60801预应力；竖杆为不锈钢管，斜腹杆为不锈钢棒并施加预紧力，2001年，浙江义乌体育会展中心体育场两侧看台的顶篷悬挑5采用两片对称布置的空间张拉膜结构体系。该体系由钢桁架钢桅杆谷索边索吊索拉索和膜材等组成。

　　2001年，秦皇岛体育馆的平面呈椭圆形，尺寸为2，98.整个造型犹如个展翅欲飞的鲲鹏，翅膀部分采用钢桁架体系，中间部分采用961立体格构式拱和索莫共同形成的张拉膜结构体系。膜结构采用双层膜材，并采用内外膜同时提升方法施加预应力。

　　2预应力技术的发展2.1藏加预应力的方式在钢结构与空间结构中，施加预应力的方式有张拉下压顶升等多种手段。其中，采用液压千斤顶手动葫芦倒链等张拉预应力筋与拉索是*常用的种式在1间结构张拉结构以及特殊施工的结构中，采用整体下压或整体顶升方式张拉，是种新颖的施工方法，具有简易经济可靠等优点。

　　安徽体育馆上海杨浦体育馆潮州体育馆等索桁屋盖，利用钢桁架整体1压在悬索上，对悬索施加横向预应力。具体作法是借助于边柱顶部预埋螺杆，通过拧紧螺母将每榀桁架端支座同时下压。义乌体育场看台挑篷利用谷索下压使膜材建立预应力。

　　深圳欢乐谷中心剧场索膜穹顶，利用柱脚处设置斤顶顶钢杵。对整个体系施加预应力。

　　2.2预应乃索的布置方式预应力索布置原则是在满足建筑使用功能的前提下，使结构产生*多的卸载杆，*少的增载杆，以*大限度地发挥高强度钢索的承载力，节约钢材，降低成本。

　　市索方式可分为结构阼内布索指结构高度范围内和结构体外布索。近几年体外索发展较快，斜拉索吊索抗风索等都属于体外索。

　　柔性空间结构张力结构的刚度由预应力提供。索系的布置与相应的预应力值应满足结构几何形状的要求。

　　2.3预应力索的张拉力预应力索的张拉力，应根据结构体系特点。荷获大小体形要求。钢索布置等确定。对体内布置的钢索张拉应力可取0.60.7；1对体外索弦拉索斜拉索等，张拉应力可取0.20.4.1≠对索桁架，钢索只能承受轴向拉力。在*不利荷载作用下，索单元中不允许出现压力。般尚设保留记的拉力值，以确保索桁架正常工作。

　　对柔性空间结构，钢索的预应力值首先应满足结构的空间形状要求，在这基础上进行内力分析时，索的拉力不得出现小于零的情况且关键点位移应小大限值1近几年开发的多次预应力，每增加次恒载施加次预应力。这样，可以将作用于基本结构的荷载引起的内力*大限度地转移到钢索上，获得*大的经济效果。

　　2.4预应力拉索的开发预应力拉索主要采用高强钢丝束有的采用圆钢棒。=61爪拉索用锚具对钢丝束，可采用镦头锚具冷铸锚具等；对钢绞线可采用夹片锚具冷压螺杆锚具挤压锚具等。对两端耳板销接的拉索，其两端锚具应带有耳板或另用带耳板的索头拧在锚具上。为便于拉索张拉后缩短长度，在拉索端预应力钢管混凝土结构的应用研究庄舟吴建华谢醒悔构的特点和预应力技术，特别适用于大跨重载恶劣环境和复杂体形结构等体系中。对其进行深入研宄有助于推动建筑结构向大跨度大空间重载和动载方向发展，并可简化施工降低造价378文献标识码8文章编码锚具与索头之间安装调节螺杆。

　　预应力拉索的防腐措施有采用镀锌或涂环氧预应力筋；涂油脂或石蜡挤包塑料护套的无粘结筋；管道内灌水泥，及综合上述措施的多层次防腐法。

　　20世纪90年代，我国生产厂家开发的钢纹扭绞型拉索体系，采用镀锌钢丝冷铸锚具黑色高密度聚乙烯内层护套与彩色高密度聚乙烯外层护套制成。*近我国生产厂家新开发的钢绞线群锚拉索体系，采用镀锌钢绞线涂防腐油脂包高密度聚乙烯护套，再加上整束用，套管等层防护措施；采用低应力状态下的拉索群锚。该体系钢绞线可单根穿索并单根张拉，*后做整体短程张拉，施工方便。

　　2.5预应力张拉设备的开发对预应力索可根据端部支承结构中伸出的情况，采用常规的单根张拉千斤顶或群锚千斤顶。

　　对预应力索的两端安装在支承结构铰接插销上的情况，如张拉力不大于501队可采用手动葫芦张拉。借助调节螺杆缩短拉索长度；如张拉力较欠，应特制张拉装置。例如，上海浦东小机场空叫斜拉索的拉力为2003，洲，采2台普通千斤顶货的张拉装置；上海新国际博览中心抗侧力拉杆的拉为9⑴kN，为此专门研；ilJ种4缸斤顶。

　　3结语将预应力技术用于钢结构和空间结构。能充分利用材料的强度潜力，改善结构受力状态。提高结构刚度，节约钢材。降低造价。同时能使建筑师充分发挥想像力。设计出更为优美的结构造型。随着我国钢产量与品种的增多，21世纪这类新结构的发展前景十分广阔。

　　为了推动预应力钢结构与空间结构的发展，在施工方面还需不断完善与创新。例如改进现有拉索构造，便于商品化生产；研制拉索杆专用张拉设备，使之轻便实用；探讨多次预应力与施加预应力值优化问，以及开发新的预应力施工方法等，为我国大跨度，筑进入，羿先进行列。为2，8年北京奥运会体育场馆建设做出贡献。

　　目前，钢管混凝土结构应用于工业与民用多层和高层建筑立交桥以及特种结构工程中，已收到良好效果。但由于其*主要的特点是高抗压承载力和良好的塑性，性，只能用作柱子，包括脱式柱和多，成的格构式扪，不宜用作受弯构件，故用途有限。即使用作柱子，当其长细比超过90时会发生弹性火稳，钢管混凝1的特点不以存在。如何扩大其应用范围是个值得研宄的课。将钢管混凝土的优点与预应力技术相结合，形成预应力钢管混凝土组合构件或结构，可大大扩展其应用范围例如预应力钢管混凝土梁，可使钢管混凝土用于受弯构件中；预应力撑杆可以应用于空间大跨度结构中。

　　1预应力钢管混凝土结构特点预应力钢管混凝土结构除具有钢管庄舟。14年7月生。浙江奉化人浙江大学土木系，副教授，工学博士，310027.杭州国家自然科学基金资助项目399060混凝土结构的优点外还具有以下特点通过预应力技术传递部分荷载，从而减小结构内力；针对内力大的杆件施加预应力，分担部分内力，用高强钢材代替普通钢材；对桁架网架等结构施加整体预应力，可调整结构内力，结合支座位移和反力调整，减小内力峰值，使结构受力更合理更优化；增加结构刚度和自振频率，减少结构变形和动力影响，增结构跨度，提高结构承载力等。

　　椐初步估算，采用预应力网架，可比普通网架节打钢村，节1费用15，采用预成力钢管混凝土空间桁架，比普通钢屋架节省钢材6070，比网架节省钢材从国内外的研宄文献看，将钢管混凝土结构和预应力技术有机结合，组成般仅用作建筑柱子和桥梁的压力拱中，属于大中型结构或构件，尚未应用到空