2016年二级结构工程师《专业考试》讲义：第四讲　预应力钢结构

　　作为低碳环保的绿色建筑，钢结构建筑理应为构建资源节约型、环境友好型社会发挥更大的作用。从目前情况看，我国钢结构建筑所占的比率依然很低，只有不到9%，远远没有达到发达国家30%的水平。此外，全国有桥梁70多万座，钢桥只有不到2%，而日本、美国的比例是40%.由此可见，原材料并不是制约我国钢结构发展的根本原因。鸟巢、水立方，以及上海世博会等一大批钢结构建筑的出现，也充分证明中国钢结构制作、施工技术达到了世界一流水准。因此，转变传统的建筑观念，进一步完善钢结构建筑的人居功能，应该是促进钢结构发展的可行之路。

　　近些年，由于许多大型公共建筑都采用了钢结构，使钢结构建筑在我国的影响日益扩大。但是，由于我国相关的钢结构标准、设计规范的不健全，钢结构住宅至今没有发展起来。此外，我国建了一批具有很强视觉冲击力的建筑，浪费了大量的钢材，给社会造成一种误解，认为钢结构就是浪费钢材。那么，钢结构建筑应该如何发展，才能减少对钢材的过度使用呢?

　　发展预应力钢结构应该可以成为一种选择。所谓预应力钢结构，是人们在钢结构承重体系中有意识地引入人为应力以抵消荷载应力，调整内力峰值，增强结构刚度及稳定性，改善结构其他属性以及利用预应力技术创建新体系。它的主要特点有：①充分、反复地利用钢材弹性强度幅值，从而提高结构承载力。②改善结构受力状态，节省钢材。从现在的情况看，预应力结构可以节省钢材30%.③提高结构刚度及稳定性，改善结构的各种属性。

　　预应力钢结构能够产生巨大的经济效益，可以节省大量钢材，降低综合造价。预应力钢结构的经济性与结构体系、布索方案与工艺、荷载性质与力度、结构构造与节点、安装方法与材料价格等众多因素有关。正常情况下，预应力钢结构比非预应力钢结构采用单次张拉时可节约钢材10%~20%，多次张拉时可节约钢材20%~40%.而预应力创新体系结构与非预应力传统结构相比要节约钢材几倍至几十倍。总之，结构材料中的强度潜力越大，采用预应力的经济效益越高。例如在实腹梁截面重心轴附近存有大量强度潜力。采用预应力后其经济效益同比格构梁要高许多。

　　预应力钢结构轻挑，容易控制，整个结构可以减少用钢量。一定要注意优化设计问题，包括网格、受力的均匀，网格的尺寸，每日的温差变化，在优化设计时都要考虑进去。此外，还有风的问题、结构的敏感度、疲劳度等，都需要特别注意。目前，我国代表性的预应力钢结构建筑主要有建成的有湖南常德体育馆(120米×80米)、浙江黄龙体育场、贵阳体育中心(跨度200米，最大悬挑49米)、国家体育馆、北京工业大学羽毛球馆等，在建的有黄河壶口博物馆、鄂尔多斯东胜体育馆、山东聊城体育场等。其中，东胜体育馆用钢12000吨，钢结构面积4万平方米，每平方米用钢300公斤。用钢过多，预应力钢结构拉索起作用之后，应该明显减少用钢量。常规应该是每平方米15公斤~200公斤，水立方是每平方米240公斤，北工大羽毛球馆是每平方米62公斤。

　　实践证明，预应力钢结构是安全、轻巧、有效的，得到了国内外施工单位、同行的认可。目前，我国已经出版了《现代预应力钢结构》(作者陆赐麟)、《预应力钢结构技术规程》(作者：北京工业大学/中国钢结构协会专家委员会)等专著和技术规程，也培养了一批从事预应力研究的硕士和博士，为发展预应力钢结构打下了一定的基础。