摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，我国建设工程在不断增多，型钢混凝土与预应力混凝土是常用的解决大跨度混凝土梁的技术方案。本文从设计、施工、经济性三个方面比较分析了两种结构形式的差异性。分析表明，大跨度梁采用型钢混凝土在承载力设计的受力性能及满足规范指标方面较预应力混凝土有优势，在裂缝控制方面则反之；同时，型钢混凝土梁要付出更大的施工工期、额外施工措施及工程造价的代价。对类似工程设计选型具有一定借鉴意义。
关键词：型钢混凝土梁；预应力混凝土梁；分析；设计；施工；经济性
引言
在现阶段的建筑领域内，在市场环境中十分普遍的建筑类型主要包括商业-住宅、商业-公寓、公寓-住宅等，商住混合综合建筑类型进一步兴起，并在具体的建筑设计和规划下取得了突飞猛进的发展，在这样的时代背景下，具体的施工环节需要着重根据具体情况有针对性的结合相关建筑的特点、建筑功能以及业主需要设计相对应的室内空间。然而，因为不同的功能区域，其建筑要求和标准都有很大的差异，所以在这样的情况下就要有效通过转化层来转变相对应的结构。而在转换层具体框架结构构建过程中，需要结合具体情况有效运用混凝土转换梁结构来实施相对应的施工环节，这种工艺在具体的施工过程中是特别常见的。然而，当前针对转换梁施工等相关方面的环节，往往更多的是停留在研究阶段和设计层面，在具体的施工实践过程中，相关人士普遍认为，它所涉及的具体施工过程和传统意义上的浇铸或者预应力混凝土施工大体上是保持一致的，从某种程度上来说，这种观点使相关的施工技术研究和应用，都受到了很大的限制和阻碍。在具体的施工实践中，可以很明显的看出，在施工要求和检验层级方面，转换梁结构都要比普通的混凝土施工有着更为严格的要求。特别是在大跨度背景下的预应力混凝土转换梁结构设计和施工的过程中，体现得更为明显。
1预应力混凝土结构的涵义
预应力结构最早应用于桥梁的建设中，后来逐渐应用于建筑行业中，预应力构件的设计分为先张法和后张法，先张法主要用于桥墩和管道等构件的设计，后张法在房屋建筑中更为常见。预应力混凝土能够在混凝土结构受到外界荷载前对混凝土施加一个预应力，施加预应力的目的是使混凝土的结构尽可能不受拉伸，或者开裂程度较小。
2大跨度型钢混凝土梁与预应力混凝土梁分析
2.1正常使用极限状态
型钢混凝土梁的最大裂缝宽度限值与普通混凝土梁相同，一类环境为0.3，二、三类环境均为0.2；预应力混凝土梁的最大裂缝宽度限值则更为严格，一类环境为0.2，二a类环境为0.1，二b及三类环境均不允许开裂。型钢混凝土梁的裂缝宽度计算考虑了钢筋、型钢受拉翼缘及部分腹板的作用；预应力混凝土梁的裂缝宽度计算考虑了普通钢筋、预应力筋及预应力等效弯矩及次弯矩的作用。工程实践表明，对于大跨度预应力混凝土梁，其裂缝控制较型钢混凝土梁的裂缝控制更为有利。验算型钢混凝土梁的挠度时，分别计算钢筋混凝土及型钢两部分的抗弯刚度，叠加后即为梁的整体抗弯刚度，因此型钢的存在提高了型钢混凝土梁的抗弯刚度，挠度通常情况下都能满足。预应力混凝土梁则综合考虑了预应力筋、普通钢筋、预应力等效弯矩的作用计算其抗弯刚度。工程实践表明，由于预应力等效弯矩的作用（具体体现为张拉反拱），大跨度预应力梁的挠度同样很容易就能满足规范规定的限值要求。综上，大跨度型钢混凝土梁在承载力极限状态的设计中，其规范指标及受力性能要优于预应力混凝土梁；在正常使用极限状态的设计中，大跨度预应力梁的裂缝控制性能要优于型钢混凝土梁，梁的挠度亦能满足规范的要求。而大跨度梁往往是裂缝及挠度起控制作用的。根据工程经验，梁跨度在15.0～40.0m时，采用预应力混凝土梁具有较好的承载力、正常使用极限状态指标及适度的跨高比指标；当跨度超过40m时，宜采用型钢混凝土梁加预应力或钢结构梁、钢或混凝土桁架结构。
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2.2张拉处理以及固定端处理
张拉处理以及固定端处理的质量，在一定程度上决定着整个工程的质量，但是由于张拉处理以及固定端处理的施工环节较为繁琐复杂，导致施工人员很难按照指定要求完成处理人员，进而对整个工程的质量造成极为不利的影响。为此相关的施工人员必须要重视对于张拉处理施工环节以及固定端处理施工环节的研究，结合实际情况，制定出具有针对性的处理措施，以此来保证整个工程的施工质量。在实际进行预应力混凝土施工的过程当中，必须要充分考虑到，在实际施工时，设备所需的空间较大，同时梁的局部部位的承重能力要达到制定标准，在这种情况下，就必须要将孔道与端部的具体进行加大处理，只有这样才能够降低局部塌陷风险出现的概率。为此首先相关的施工人员制定端部施工图纸的过程当中，必须要尽可能的加大端部宽度。其次，在梁柱相交的位置必须要加大局部界面宽度。以此来达到预定施工目标。依照大跨度预应力混凝土梁施工的要求，相关的施工人员在实际施工的过程当中必须要将锚固体系以及预应力筋设置在梁的节点位置上，在这种情况下，由于预应力筋与锚固体系的距离较近，以此时常会出现矛盾问题。为了能够有效解决这一问题，首先，必须要对斜插梁柱的主筋进行弯折处理，对于梁柱下部的主筋进行向下弯折处理，以此来增大预应力筋与锚固体系之间的距离。其次，必须要避免与端头锚垫板进行直接接触，可以从其后方绕过。这样不仅可以有效地保证施工质量，在一定程度上还可以有效地解决预应力筋与锚固体系的矛盾问题。
2.3临时支撑技术的应用
临时施工支撑在大跨度预应力混凝土梁的施工建设中占据了重要的地位，是转换梁施工的关键。目前我国应用最广泛的临时支撑施工方法主要有以下几种：第一种，常规支撑法。即用混凝土浇筑和模板支撑的方法进行施工，也就是支模和混凝土浇筑交替进行，再用钢管脚手架进行支撑。这种方法的缺点就是需要的原材料非常多，所以需要花费的资金也比较多，而且临时支撑比较适用于转换梁在整个建筑中处于比较低的位置时。第二种，荷载传递法。即把转换梁的重量分担给各个楼层的楼板，至于究竟需要多少层楼板还需要根据现场的实际情况进行计算，增加楼板的厚度也可以提升楼板的承受力，对转换梁的安全也是一种保障。第三种，叠合浇筑支撑法。这种方法结合了叠合梁的浇筑方法，将转换梁的浇筑过程分开，利用上一次浇筑成型的部分转换梁来支撑下一次混凝土浇筑时的重量和荷载，其可以大大减少钢管脚手架承受的重量，从而减少材料的使用量，节约资金。除上述方法外，我国常用的临时支撑技术还包括设立钢结构支撑法、埋设型钢及钢桁架法等，选择何种临时支撑的方法，还需要根据施工现场的具体情况、施工要求和资金预算等各方面进行选择。
2.4变角张拉技术
工程属大跨度结构，为能张拉框架梁中的预应力筋，需在框架梁处设置张拉后浇带，在框架梁侧设置张拉槽，且由于结构限制，部分预应力筋需在梁、板面张拉，采用了变角张拉技术（建研科技股份有限公司的专利）。变角张拉是指用变角块将张拉端的预应力筋按规定的方向和转角弯起，使张拉千斤顶的轴线和锚垫板法线呈一定角度并对预应力筋实施张拉的工艺；变角张拉装置是由限位板、变角块、千斤顶等组成。每一变角块有一定的变角量，通过叠加不同数量的变角块，可满足５ｏ～６０ｏ的变角要求。变角块与限位板和千斤顶的连接，都要一个过渡块。安装变角块时应注意块与块之间的槽口搭接，一定要保证变角轴线向结构外侧弯曲，其余张拉方式同普通钢束相同。
结语
通常情况下，预应力梁及型钢混凝土梁的跨高比均可控制在1/15～1/25之间。大跨度及大悬挑构件采用型钢混凝土梁在承载力极限状态的设计中，其受力性能及规范指标较预应力混凝土梁有优势，在裂缝控制方面则反之；同时型钢混凝土梁柱还要付出更大的施工工期、额外施工措施及工程造价的代价。事实上，在满足业主使用功能及现行规范的前提下，对于15.0～40.0m的大跨度构件及悬臂小于10.0m的大悬挑构件，预应力混凝土梁都比型钢混凝土梁有更好的技术、经济、工期等综合性能。对个别梁高受限严重或荷载较大的情况，也可通过梁系布置调整或适当加宽梁的断面加以解决。
参考文献：
［1］刘维亚．型钢混凝土组合结构构造与计算手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，2004．
［2］中国建筑科学研究院．混凝土结构设计规范（2015年版）：GB50010－2010［S］．北京：中国建筑工业出版社，2011．
［3］中国建筑科学研究院．组合结构设计规范：JGJ138－2016［S］．北京：中国建筑工业出版社，2016．
论文作者:刘双锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/4/20
标签：预应力论文; 混凝土论文; 型钢论文; 裂缝论文; 大跨度论文; 梁柱论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第33期论文;