预应力钢结构十问（2）

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六、施加预应力的方法有哪些？施加预应力的方法有以下四类：

一是钢索张拉法，在结构体系中布置索系，通过千斤顶张拉索端，因而在结构中产生卸载应力而受益。这是国内外应用广泛、技术成熟的一种工艺。但索端须有锚头固定，增大材耗，除需要张力设备等外，还需要加大施工成本。

二是支座位移法，在连续梁、刚架和其它超静定结构中，人为地强迫支座位移(垂直或水平移位)，改变支座设计位置，可调整内力，降低弯矩峰值，减小结构截面面积。这种方法可节省钢索、锚头等附加材耗及张拉工艺，适用于地基基础较好的工程。

三是弹性变形法，钢材在弹性变形条件下，将组成结构的杆件和板件用焊接或螺栓连成整体。在卸除强制外力后，结构内出现恢复力产生的有益预应力。

四是手工简易法，用于中、小跨钢结构工程中施加张力不大的情况下。譬如，依靠拧紧螺母张拉拉杆，用正反扣螺栓横向推拉拉索产生张力等。此法工艺简易可行，便于推广，适用于缺少机械设备的广大地区。

七、预应力钢结构适用范围有哪些？

凡是钢结构适用的地方都可以用预应力钢结构取代，以改善其结构性能，降低钢材的使用量。在跨度大、荷载重的情况下，采用预应力的经济效益更为显著。目前， 预应力钢结构应用广泛的领域是大跨度建筑结构，譬如，体育场馆、会展中心、剧院、商场、飞机库、候机楼等大型公共建筑。在高层建筑中也有采用预应力钢结构 的实例，譬如，南非约翰内斯堡市的发展银行大楼、北京电视中心综合业务楼以及北京新保利大厦等。此外，在桥梁结构方面预应力应用的也较多，国内外许多悬索 桥、斜拉桥都是技术成熟的工程实践，譬如，2004年年底建成的法国米洛高架桥。高耸构筑物是利用预应力增强结构刚度的又一种类型，这是源于拉索作用能够 大大提高主塔桅结构的水平刚度。把预应力技术用在已使用的钢结构的加固上更是内容丰富、种类繁多。目前，预应力技术用于轻钢结构、钢板结构的研究已经启 动，其在轻型钢结构房屋中的应用问题，已引起国内有关方面的关注和支持。

八、近年来，预应力钢结构发展迅速，原因何在？

预应力钢结构在国内外发展迅速的主要原因有三点：

一是符合工程结构发展趋势，能够满足更大、更轻、更好的技术要求，科技含量高。任何结构体系、计算理论、新型材料、施工工艺发展前进的终极目标，总是要求 结构物能跨度大些、自重轻些、性能好些。钢结构比混凝土结构、砖石结构具有比容重轻、比强度高、加工性好、施工快捷等优点。钢结构与预应力技术结合后，优 点更为突出。预应力钢结构设计理论完全符合钢结构成型理论中的兼并功能、材料集中使用、建立张力体系、引入预应力、提高抗震性等诸多原则。经过一些工程实 践考验后，在行业的认同下，很快就发展成为工程结构学科中的优秀体系。

二是符合加工批量化、构件商品化、施工装配化的现代工业生产要求。预应力钢结构的构件均可在工厂生产与组装，在工地组装成部件或整体，屋盖总体一次吊装就位，可将现场制造工地转变为装配工地，将施工空中作业转换为地面作业，可以完成安全、快速的文明施工。

三是符合可持续发展原则，满足低碳经济和绿色建筑的要求。控制对自然资源的过度索取与消耗，改变对不可再生资源的开发与利用是现代经济发展中应当遵守的理 念与追求。预应力钢结构中的金属材料可以合理使用、节约使用、反复使用、循环使用，十分符合可持续发展原则。预应力钢结构与非预应力钢结构相比可以节约大 量材料和投资，钢材属于无害、无污染、可回收再使用的绿色材料，不危害生态环境，采用新材料的围护结构依附于预应力钢结构之上，使之造型新颖、轻巧靓丽、 极富现代气息。

九、预应力钢结构既然是一门新的学科，其结构设计应具有哪些新的内容？

预应力钢结构是一门新的学科，其是在钢结构的基础上引入预应力而发展起来的。预应力钢结构设计的基本内容包括九点：一是结构选型与优化；二是施加预应力方 法的选择与论证；三是布索方案的经济分析；四是张拉阶次与力度设计；五是结构体系静力和动力计算与分析；六是预应力损失及对结构影响；七是结构构件及节 点、锚具设计；八是结构模型试验及分析；九是张拉工艺研究及施工模拟计算。

由此可见，预应力钢结构比传统钢结构的设计内容多，但只要掌握了预应力技术的特点，选定了合理的施加预应力方案及工艺，是不难完成优秀的预应力钢结构设计的。

十、学结构的，或者是搞预应力混凝土的是不是很容易就可以进行预应力钢结构的设计了？

钢结构和预应力钢结构的设计，在许多方面有共性和相同、相通的地方，但在结构设计的理念、目标、方法、手段等方面又各不相同。尤其在利用预应力技术创建崭 新结构体系上，两者的设计追求与途径是大相径庭的。要掌握预应力钢结构的知识需要有认真学习的过程，不可能无师自通。我国在采用预应力钢结构工程的初期， 曾出现过一些选型不当的结构体系、比例失调的造型尺寸、不节省钢材的结构构件等，这些问题完全可以通过加强专业学习、完善团队建设等措施来改进。

预应力钢结构、预应力钢筋混凝土结构与钢结构和钢筋混凝土结构一样，是不同的学科。前者由钢材构成，施加预应力的目的，除提高结构强度、稳定性、刚度外， 主要是创建新型结构体系，赋予柔性结构以刚度，设计出零弯矩杆的崭新结构体系。而预应力混凝土结构采用预应力的目的，则是延缓混凝土中裂缝的出现并提高结 构刚度，只改善结构性能而已，不能改变结构体系。两者的预应力，除技术有相通之处外，其目的、方法、工艺、力度、构造等皆不相同，存在本质上的差异，混淆 不得。所以，只掌握预应力混凝土知识的人，是很难成功地完成预应力钢结构优秀设计任务的。（作者系北京工业大学教授,姓名不详）