一、什麼是預應力鋼結構？

　　預應力技術古已有之
，乃先人藉此改善生活用具的性能、加固補強勞作工具的一種工藝。譬如，撐起布傘可以防雨擋風，這時就引入了預應力；木桶套箍
，可以耐久防漏，這時就引入了預應力。但是，在現代鋼結構工程中引入預應力，卻是60年前的事情。人們在鋼結構設計
、製造、施工、jiaguguochengzhong，renweidizaichengzhongtixizhongyinruyuwaihezaiyinglifuhaoxiangfandeyujiayingliyidixiaohezaiyinglifengzhi，zengqiangjiegougangdujiwendingxing
，gaishanjiegouqitashuxingyijiliyongyuyinglijishuchuangjianxintixidedoukechengzhiweiyuyingligangjiegou。bulunzheleijiegoucaiyonglerenhecailiaodeweihuceng，piru，bolimuqiangjiegou
、膜結構等
，都歸屬於預應力鋼結構學科。

　　二、預應力鋼結構有哪些優點
？

　　預應力鋼結構的主要優點有四個。一是可以充分、反複地利用鋼材danxingqiangdufuzhi，congertigaojiegouchengzainengli。chuantonggangjiegoudechengzailishicongcailiaodelingyinglizhuangtaikaishi

，zhujianjiazaierdadaocailiaoshejiqiangduerzhongzhishoulide，qichengzailijiweijiegouchengshougezhonghezaidezonghe。eryuyingligangjiegouchengzailizeshiyuyuyinglichanshengdefuyinglizhuangtai。yuyingligangjiegoushouzaihou，cailiaojingguofuyingli→零應力→正應力→設(she)計(ji)強(qiang)度(du)應(ying)力(li)，達(da)到(dao)結(jie)構(gou)的(de)承(cheng)載(zai)力(li)終(zhong)值(zhi)。所(suo)以(yi)，結(jie)構(gou)承(cheng)載(zai)力(li)提(ti)高(gao)部(bu)分(fen)是(shi)由(you)材(cai)料(liao)從(cong)負(fu)應(ying)力(li)至(zhi)零(ling)應(ying)力(li)這(zhe)一(yi)階(jie)段(duan)貢(gong)獻(xian)的(de)。多(duo)次(ci)預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)結(jie)構(gou)具(ju)有(you)多(duo)次(ci)從(cong)負(fu)應(ying)力(li)至(zhi)零(ling)應(ying)力(li)的(de)受(shou)載(zai)過(guo)程(cheng)
，因(yin)此(ci)
，其(qi)能(neng)多(duo)次(ci)作(zuo)出(chu)貢(gong)獻(xian)
，所(suo)以(yi)具(ju)有(you)更(geng)大(da)的(de)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)。

　　ershikeyigaishanjiegoushoulizhuangtai，jiangdiyinglifengzhi。piru
，shouwangoujianzhongdefengzhiwanju，keyitongguozengjiachengganshijiayuyingli，jiangbufenwanjuzhuanhuanweizhouxiangli。yinci，jiangwanjufengzhijiangdi
，bingjianxiaogoujianjiemian，shenzhiliyongyuyinglijishuchuangzaochulingwanjudehengxiangjiegoutixi，rusuoqiongding。

　　sanshikeyitigaojiegougangdujiwendingxing
，gaishanjiegoudegezhongshuxing。yuyinglichanshengdejiegoubianxingchangyuhezaixiabianxingfanxiang，yinerjiegougangdudeyitigao。youyubusuoergaibianjiegoubianjietiaojian，keyitigaojiegouwendingxing。yuyinglikeyitiaozhengjiegouxunhuanyinglitezhengertigaopilaoqiangdu。jiangdijiegouzizhongerjianxiaodizhenhezai，congertigaoqi抗震性能等。

　　四是可以降低用鋼量，節約成本。挖掘鋼材強度潛力，改善結構邊界條件，優化結構杆件、截麵尺寸，創新承重結構體係等優勢的總和

，必然反映在降低鋼材總量上。在保證結構承載和使用功能的前提下
，節約材料消耗量
、降低成本，就是設計人員在本職工作中體現“低碳經濟”、“綠色建築”理念的大事。

　　三、預應力鋼結構的經濟效益如何
？

　　預應力鋼結構的經濟性與結構體係類別、布索方案與工藝、荷載性質與力度
、結構構造與節點
、安裝方法與材料價格等眾多因素有關。正常情況下，預應力鋼結構比傳統鋼結構采用單次預應力可節約10%～20%的鋼材
；采用多次預應力可節約30%～40%的鋼材。而預應力創新體係結構與傳統結構相比要節約鋼材50%以yi上shang或huo更geng多duo。總zong之zhi，結jie構gou材cai料liao中zhong的de強qiang度du潛qian力li越yue大da
，采cai用yong預yu應ying力li的de經jing濟ji效xiao益yi越yue高gao。譬pi如ru
，在zai實shi腹fu梁liang截jie麵mian重zhong心xin軸zhou附fu近jin存cun有you大da量liang強qiang度du潛qian力li
，采cai用yong預yu應ying力li後hou其qi經jing濟ji效xiao益yi同tong比bi格ge構gou梁liang要yao高gao許xu多duo。

　　四、國內外一些預應力鋼結構工程比較
，其經濟性怎樣？

　　傳統結構型的預應力鋼結構工程

，節省鋼材的比例較少，譬如，1995年建成的廈門太古機場機庫采用的是拉杆拱架，省鋼率20%。創新型的工程節省鋼材的比例較多，譬如，2011年建成的鄂爾多斯體育中心采用的是索穹頂
，每平方米的用鋼量為15千克。單次預應力鋼結構省鋼少些，譬如，1984年建成的天津寧河體育館采用的是四邊形平板網架，省鋼率12%。多次預應力鋼結構節約材料多些，譬如，1994年建成的四川攀枝花市體育館采用的即是多次預應力網殼，省鋼率38%。格構式結構省鋼率小些，譬如，1953年建成的比利時布魯塞爾機場機庫
，采用的是雙跨連續桁架，省鋼率12%。而材料潛能較大的實腹式結構則節材多些
，譬如，1959年建成的前蘇聯羅斯托夫頓河公路橋，采用的是多跨連續實腹梁，省鋼率18%。

　　五、預應力鋼結構有哪幾種類型？

　　從早期預應力吊車梁
、撐杆梁的簡單形式發展到目前張弦桁架、張弦穹頂
、索彎頂、索膜結構、玻璃幕牆等現代結構，預應力鋼結構種類繁多形式新穎，大致歸納為四類。

　　一是傳統結構型。在傳統的鋼結構體係中，布置索係施加預應力以改善應力狀態
、降低自重及成本。譬如
，預應力桁架
、網架、網殼等。像天津寧河體育館、攀枝花市體育館及北京奧運羽毛球館的預應力網架、網殼屋蓋。目前，國內外的候機樓
、會展中心均廣泛地采用張弦立體桁架也歸入此類。另一種是工程中應用已久的懸索結構，譬如
，北京工人體育館、浙江人民體育館等。其結構由承重索與穩定索兩組索係組成，施加預應力的目的不是降低與調整內力
，而是賦予與保證結構剛度。

　　二是吊掛結構型。結構由豎向支承體係(立柱、門架、拱架等)、吊diao索suo及ji屋wu蓋gai三san部bu分fen組zu成cheng。支zhi承cheng體ti係xi高gao出chu屋wu麵mian，於yu其qi頂ding部bu下xia垂chui鋼gang索suo吊diao掛gua屋wu蓋gai。對dui吊diao索suo施shi加jia預yu應ying力li以yi調tiao整zheng屋wu蓋gai內nei力li
，減jian小xiao撓nao度du並bing形xing成cheng屋wu蓋gai結jie構gou的de彈dan性xing支zhi點dian。由you於yu支zhi承cheng體ti係xi及ji吊diao索suo暴bao露lu於yu大da氣qi之zhi中zhong，直zhi指zhi藍lan天tian，所suo以yi又you稱cheng暴bao露lu結jie構gou。譬pi如ru，江jiang西xi體ti育yu館guan

、北京朝陽體育館、杭州黃龍體育場及長春體育場等。

　　三(san)是(shi)整(zheng)體(ti)張(zhang)拉(la)型(xing)。屬(shu)創(chuang)新(xin)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)，跨(kua)度(du)結(jie)構(gou)中(zhong)摒(bing)棄(qi)了(le)傳(chuan)統(tong)受(shou)彎(wan)構(gou)件(jian)，全(quan)部(bu)由(you)受(shou)張(zhang)索(suo)係(xi)及(ji)膜(mo)麵(mian)和(he)受(shou)壓(ya)撐(cheng)杆(gan)組(zu)成(cheng)，其(qi)屋(wu)麵(mian)結(jie)構(gou)極(ji)輕(qing)，設(she)計(ji)構(gou)思(si)新(xin)穎(ying)，是(shi)先(xian)進(jin)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)中(zhong)的(de)佼(jiao)佼(jiao)者(zhe)，譬(pi)如(ru)
，漢(han)城(cheng)及(ji)亞(ya)特(te)蘭(lan)大(da)奧(ao)運(yun)主(zhu)賽(sai)館(guan)
、慕尼黑奧運體育館建築群以及內蒙古自治區鄂爾多斯伊旗索穹頂體育中心。

　　四si是shi張zhang力li金jin屬shu膜mo型xing。金jin屬shu膜mo片pian固gu定ding於yu邊bian緣yuan構gou件jian之zhi上shang
，既ji可ke作zuo為wei圍wei護hu結jie構gou
，又you作zuo為wei承cheng重zhong結jie構gou參can與yu整zheng體ti承cheng受shou荷he載zai。或huo在zai張zhang力li態tai下xia
，將jiang膜mo片pian固gu定ding於yu骨gu架jia結jie構gou之zhi上shang，形xing成cheng空kong間jian塊kuai體ti結jie構gou
，複fu蓋gai跨kua度du
，兩liang者zhe都dou是shi在zai結jie構gou成cheng型xing理li論lun指zhi導dao下xia誕dan生sheng的de預yu應ying力li新xin型xing體ti係xi。此ci類lei型xing已yi應ying用yong於yu1980年莫斯科奧運會的幾個主賽場館中，國內尚未建成此類結構體係。

　六、施加預應力的方法有哪些
？

　　施加預應力的方法有以下四類：一是鋼索張拉法。在結構體係中布置索係，通過千斤頂張拉索端，因而在結構中產生卸載應力而受益。這是國內外應用廣泛
、技術成熟的一種工藝。但索端須有錨頭固定，增大材耗

，除需要張力設備等外
，還需要加大施工成本。二是支座位移法。在連續梁
、剛架和其它超靜定結構中，人為地強迫支座位移(垂直或水平移位)，改變支座設計位置，可調整內力，降低彎矩峰值，減小結構截麵麵積。這種方法可節省鋼索、錨頭等附加材耗及張拉工藝，適用於地基基礎較好的工程。三是彈性變形法。鋼材在彈性變形條件下，將組成結構的杆件和板件用焊接或螺栓連成整體。在卸除強製外力後


，結構內出現恢複力產生的有益預應力。

　　四是手工簡易法。用於中
、小跨鋼結構工程中zhong施shi加jia張zhang力li不bu大da的de情qing況kuang下xia。譬pi如ru
，依yi靠kao擰ning緊jin螺luo母mu張zhang拉la拉la杆gan

，用yong正zheng反fan扣kou螺luo栓shuan橫heng向xiang推tui拉la拉la索suo產chan生sheng張zhang力li等deng。此ci法fa工gong藝yi簡jian易yi可ke行xing，便bian於yu推tui廣guang，適shi用yong於yu缺que少shao機ji械xie設she備bei的de廣guang大da地di區qu。

　　七
、預應力鋼結構適用範圍有哪些
？

　　凡是鋼結構適用的地方都可以用預應力鋼結構取代，以改善其結構性能，降低鋼材的使用量。在跨度大、荷載重的情況下，采用預應力的經濟效益更為顯著。目前，預應力鋼結構應用廣泛的領域是大跨度建築結構
，譬如
，體育場館
、會展中心、劇院、商場

、飛機庫、候機樓等大型公共建築。

　　在高層建築中也有采用預應力鋼結構的實例，譬如
，南非約翰內斯堡市的發展銀行大樓、北京電視中心綜合業務樓以及北京新保利大廈等。此外，在橋梁結構方麵預應力應用的也較多
，國內外許多懸索橋

、斜拉橋都是技術成熟的工程實踐，譬如，2004nianniandijianchengdefaguomiluogaojiaqiao。gaosonggouzhuwushiliyongyuyinglizengqiangjiegougangdudeyouyizhongleixing，zheshiyuanyulasuozuoyongnenggoudadatigaozhutaweijiegoudeshuipinggangdu。bayuyinglijishuyongzaiyishiyongdegangjiegoudejiagushanggengshineirongfengfu、種類繁多。目前
，預應力技術用於輕鋼結構、鋼板結構的研究已經啟動

，其在輕型鋼結構房屋中的應用問題，已引起國內有關方麵的關注和支持。

　　八、近年來，預應力鋼結構發展迅速，原因何在
？

　　預應力鋼結構在國內外發展迅速的主要原因有三點：

　　一是符合工程結構發展趨勢，能夠滿足更大
、更輕、更好的技術要求，科技含量高。任何結構體係、計算理論、新型材料
、施工工藝發展前進的終極目標，總是要求結構物能跨度大些、自重輕些、性能好些。鋼結構比混凝土結構、磚石結構具有比容重輕、比強度高、加工性好、施工快捷等優點。鋼結構與預應力技術結合後，優點更為突出。預應力鋼結構設計理論完全符合鋼結構成型理論中的兼並功能、材料集中使用
、建立張力體係、引入預應力
、提高抗震性等諸多原則。經過一些工程實踐考驗後，在行業的認同下，很快就發展成為工程結構學科中的優秀體係。

　　二是符合加工批量化、構件商品化、施(shi)工(gong)裝(zhuang)配(pei)化(hua)的(de)現(xian)代(dai)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)要(yao)求(qiu)。預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)構(gou)件(jian)均(jun)可(ke)在(zai)工(gong)廠(chang)生(sheng)產(chan)與(yu)組(zu)裝(zhuang)，在(zai)工(gong)地(di)組(zu)裝(zhuang)成(cheng)部(bu)件(jian)或(huo)整(zheng)體(ti)
，屋(wu)蓋(gai)總(zong)體(ti)一(yi)次(ci)吊(diao)裝(zhuang)就(jiu)位(wei)
，可(ke)將(jiang)現(xian)場(chang)製(zhi)造(zao)工(gong)地(di)轉(zhuan)變(bian)為(wei)裝(zhuang)配(pei)工(gong)地(di)
，將(jiang)施(shi)工(gong)空(kong)中(zhong)作(zuo)業(ye)轉(zhuan)換(huan)為(wei)地(di)麵(mian)作(zuo)業(ye)，可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)安(an)全(quan)、快速的文明施工。

　　sanshifuhekechixufazhanyuanze，manzuditanjingjihelvsejianzhudeyaoqiu。kongzhiduiziranziyuandeguodusuoquyuxiaohao，gaibianduibukezaishengziyuandekaifayuliyongshixiandaijingjifazhanzhongyingdangzunshoudelinianyuzhuiqiu。yuyingligangjiegouzhongdejinshucailiaokeyihelishiyong
、節約使用
、反複使用、循環使用，十分符合可持續發展原則。預應力鋼結構與非預應力鋼結構相比可以節約大量材料和投資，鋼材屬於無害
、無汙染、可回收再使用的綠色材料，不危害生態環境，采用新材料的圍護結構依附於預應力鋼結構之上，使之造型新穎、輕巧靚麗
、極富現代氣息。

　　九、預應力鋼結構既然是一門新的學科，其結構設計應具有哪些新的內容？

　　預應力鋼結構是一門新的學科，是在鋼結構的基礎上引入預應力而發展起來的。預應力鋼結構設計的基本內容包括九點：一是結構選型與優化；二是施加預應力方法的選擇與論證；三是布索方案的經濟分析
；四是張拉階次與力度設計
；五是結構體係靜力和動力計算與分析；六是預應力損失及對結構影響

；七是結構構件及節點
、錨具設計；八是結構模型試驗及分析
；九是張拉工藝研究及施工模擬計算。

　　由(you)此(ci)可(ke)見(jian)，預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)結(jie)構(gou)比(bi)傳(chuan)統(tong)鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)設(she)計(ji)內(nei)容(rong)多(duo)
，但(dan)隻(zhi)要(yao)掌(zhang)握(wo)了(le)預(yu)應(ying)力(li)技(ji)術(shu)的(de)特(te)點(dian)，選(xuan)定(ding)了(le)合(he)理(li)的(de)施(shi)加(jia)預(yu)應(ying)力(li)方(fang)案(an)及(ji)工(gong)藝(yi)，是(shi)不(bu)難(nan)完(wan)成(cheng)優(you)秀(xiu)的(de)預(yu)應(ying)力(li)鋼結構設計的。

　　十、學結構的，或者是搞預應力混凝土的是不是很容易就可以進行預應力鋼結構的設計了？

　　鋼結構和預應力鋼結構的設計，在許多方麵有共性和相同、相通的地方
，但在結構設計的理念


、目標
、方法、手(shou)段(duan)等(deng)方(fang)麵(mian)又(you)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)。尤(you)其(qi)在(zai)利(li)用(yong)預(yu)應(ying)力(li)技(ji)術(shu)創(chuang)建(jian)嶄(zhan)新(xin)結(jie)構(gou)體(ti)係(xi)上(shang)
，兩(liang)者(zhe)的(de)設(she)計(ji)追(zhui)求(qiu)與(yu)途(tu)徑(jing)是(shi)大(da)相(xiang)徑(jing)庭(ting)的(de)。要(yao)掌(zhang)握(wo)預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)結(jie)構(gou)的(de)知(zhi)識(shi)需(xu)要(yao)有(you)認(ren)真(zhen)學(xue)習(xi)的(de)過(guo)程(cheng)
，不(bu)可(ke)能(neng)無(wu)師(shi)自(zi)通(tong)。我(wo)國(guo)在(zai)采(cai)用(yong)預(yu)應(ying)力(li)鋼結構工程的初期，曾出現過一些選型不當的結構體係、比例失調的造型尺寸、不節省鋼材的結構構件等
，這些問題完全可以通過加強專業學習、完善團隊建設等措施來改進。

　　預應力鋼結構、預應力鋼筋混凝土結構與鋼結構和鋼筋混凝土結構一樣
，是不同的學科。前者由鋼材構成，施加預應力的目的
，除提高結構強度
、穩定性、剛度外，主要是創建新型結構體係，賦予柔性結構以剛度，設計出零彎矩杆的嶄新結構體係。而預應力混凝土結構采cai用yong預yu應ying力li的de目mu的de，則ze是shi延yan緩huan混hun凝ning土tu中zhong裂lie縫feng的de出chu現xian並bing提ti高gao結jie構gou剛gang度du，隻zhi改gai善shan結jie構gou性xing能neng而er已yi，不bu能neng改gai變bian結jie構gou體ti係xi。兩liang者zhe的de預yu應ying力li，除chu技ji術shu有you相xiang通tong之zhi處chu外wai，其qi目mu的de、方法、工藝、力度、構(gou)造(zao)等(deng)皆(jie)不(bu)相(xiang)同(tong)，存(cun)在(zai)本(ben)質(zhi)上(shang)的(de)差(cha)異(yi)，混(hun)淆(xiao)不(bu)得(de)。所(suo)以(yi)，隻(zhi)掌(zhang)握(wo)預(yu)應(ying)力(li)混(hun)凝(ning)土(tu)知(zhi)識(shi)的(de)人(ren)，是(shi)很(hen)難(nan)成(cheng)功(gong)地(di)完(wan)成(cheng)預(yu)應(ying)力(li)鋼(gang)結(jie)構(gou)優(you)秀(xiu)設(she)計(ji)任(ren)務(wu)的(de)。