【摘 要】钢结构预应力技术以其众多优势在建筑工程中倍受青睐。钢结构预应力技术类型众多，且特性鲜明，在实际应用中应把握其特性，对其进行合理利用，以发挥工程效益。本文主要分析钢结构预应力技术的特点，并结合实例分析其具体应用。
【关键词】钢结构预应力技术；特点；应用
引言
近年来，钢结构预应力技术在建筑工程中得到广泛应用，与传统钢结构混凝土结构相比，其在提高建筑结构承载力、增加结构稳定性、创新结构体系等方面发挥着巨大作用。经过多年的发展创新，预应力钢结构的应用范围几乎已覆盖了全部钢结构领域，在很大程度了促进了建筑行业的发展和进步。
1 预应力钢结构的发展现状
预应力钢结构类型众多，按照按结构受力体系来分，可分为平面预应力钢结构和空间预应力钢结构。平面预应力钢结构主要适用于预应力轴向受力钢构件，例如：预应力支撑、预应力柱等；预应力受弯钢构件，如：预应力实腹梁、预应力钢桁架；平面索拱结构、索桁结构、张弦梁，如张弦桁架；平面吊挂及斜拉结构等。空间预应力钢结构则在预应力网架、预应力网壳、空间张弦梁（张弦桁架）、正交（或斜交）索拱结构等方面比较适用。随着我国的建筑行业的发展，钢结构预应力技术也表现出其极大的实用性，如：对于需要大跨度及大体量无阻挡空间（体育馆、歌舞剧院等）皆应用预应力钢结构来提高其稳定性和承载力。
2 钢结构预应力技术的特点
2.1 耐火性差
对于预应力的钢结构来说，温度到达300℃左右会出现由徐变现象，对建筑结构产生较大影响，例如：造成预应力松弛的问题，进而引起结构内力重新分布，对整个建筑结构造成破坏，且随着预应力的增大，其耐火性越来越差。因此，在应用钢结构预应力技术时，应充分考虑其防火设计，根据工程防火等级制定严格的设计方案，以减少这种不利影响。但是目前对预应力钢结构耐火问题的研究几乎空白，因此，这一特性在一定程度上限制了其发展。
2.2 形成新的结构体系
钢结构预应力技术的一大特点是可以构成新的结构体系，具有比较广泛的适用性，例如索穹顶结构，如果没有预应力技术，就没有索穹顶结构，另外预应力技术还可以作为预制构件（单元杆件和组合结构）装备的手段，从而形成一种新型的结构，如弓式预应力结构，还有采用预应力技术后，可以组成一种杂交的空间结构，或者可构成一种全新的空间结构，其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度的降低，具有明显的经济效益。
2.3 监控和索张拉
首先，预应力施加完成前结构尚未成形时，钢结构整体刚度较差，因此一般都会边施加预应力边用有限元软件进行仿真验算，同时进行张拉力和位移的监测，以确保钢结构顺利的建成。其次，钢结构预应力施工会有阶段性，可以是嵌套形式；另外还需要确定一个形状控制为索张拉目标，目标实现时的索力为目标控制索力，在实际应用中，必须使用少数设备实现目标控制索力，以降低成本。
3 刚结构预应力技术在建筑工程中的应用――以某图书馆为例
3.1 工程概况
某体育馆在建设中应用到钢结构预应力技术，其概况如下：整个体育馆为五层结构，地上四层、地下一层，主要由比赛区，热身区，外围附属用房，地下车库这四个分区组成。热身区以及赛区的屋顶构成一个钢结构整体，钢结构屋盖为单曲面、其形式为双向张弦桁架钢结构，上弦为平面桁架，且其正交正放，下弦形成双向张拉索网结构。
3.2 设计方案
根据实际应用特点和施工现场的实际情况，决定采用以下设计方案：比赛馆屋面呈南高北低波形曲线，结构最高点标高为42.454m。屋盖上层采用正交正放桁架结构，桁架双向间距8.5m，结构截面高1.518～3.973m。上弦面内的全部杆件或者腹管均为圆管，圆管截面为159×6mm～480×24mm，采用无缝钢管，下弦面内所有杆件为焊接矩形管，截面范围为350×200×8×8～450×275×25×20mm。上弦采用带肋焊接球节点，截面范围D500×18mm～D700×35mm。下弦采用铸钢节点。屋盖钢结构在比赛区区域的尺寸为114m×144.5m。纵向有B～Q轴共14榀平面桁架，两侧边6榀桁架不布索，E～M轴共8榀，为预应力索张弦纵向桁架。横向有7～24轴共18榀平面桁架，两侧边各2榀不布索，9～22轴为预应力索张弦横向桁架，见图1。预应力索为上下两层结构，纵索采用单索结构，且处在上面，横索为双索，且在下。桁架预应力钢索采用缆索，其型式为挤包双护层大节距扭绞型，定位撑杆（撑杆为圆管，截面为219×12mm，最长为9.248m）。上端与桁架结构的下弦连接，其切采用万向球绞节点，下端与索连接，采用夹板节点，纵横向索穿过钢撑杆下端的双向节点，形成双向张拉空间索网，索端与钢结构采用铸钢节点连接。
图1 张弦桁架轴测图
3.3 钢结构预应力技术的应用
3.3.1 预应力索张拉
考虑到实际工程的特点，决定采用以下设计方案：张拉施工由两端逐渐向中间进行双方向对称施工，且分3级进行。第一张拉至设计索力要求的80%；第二次张拉全部设计索力，并超张拉5%；第三级微调索力，使其达到设计要求。具体分析如下：第一次张拉9、22，E、M轴线张拉到80%设计力，分别为980、1060、1360、1360KN。第二次张拉21，F、L轴线张拉到80%设计力，分别为1110、1750、1640、1640KN。
3.3.2 预应力监测
在张拉中，钢结构屋架向上拱起，在张拉完成后，屋盖与支撑塔架脱离，完成卸载的过程。屋盖中心起拱采用吊线坠与全站仪两种监测方式，屋盖中心起拱设计理论计算值为177mm，实测为159mm，偏差18mm。按设计计算，若起拱值达到理论计算值的50%（即89mm），在屋面全负荷状态下仍可满足承载力和正常使用要求，因此，起拱159mm与设计理论值177mm吻合较好，完全满足设计要求。
4 结束语
在建筑工程中，钢结构预应力技术已经逐渐发展为比较成熟的一项施工技术，今后在不断的发展中，还将继续完善。众多工程实践说明，预应力技术以种种优势，在钢结构中有着强大的生命力和竞争力，今后应不断扩大其应用范围，充分发挥其优势和作用。
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