摘要：隨著現代建筑事業的快速發展和建筑物使用功能要求的不斷提高，現在的建筑物結構跨度越來越大。預應力鋼結構因其良好的受力性能和廣闊的應用前景已經越來越得到人們重視。本文論述了建筑新技術充分利用高強索的強抗拉性改善了整體結構受力性能，成為受力合理、制造運輸方便、施工簡單的自平衡體系，是具有良好應用價值和前景的新型結構形式。
　　關鍵詞：大跨度建筑；預應力；結構設計
　　
　　1．預應力對柱支承球面扁網殼穩定的作用
　　鋼扁網殼很多采用柱作支承。當柱間跨度較大時，為控制結構在豎向荷載作用下的變形和減小扁網殼支座的水平推力，一般采取以下措施：
　　1．1設置較大的鋼或鋼筋混凝土邊緣構件（邊梁、邊桁架）；
　　1．2在外加邊緣構件的體內或體外施加預應力，以協調扁網殼與邊緣構件的變形，減小邊緣構件的斷面尺寸；
　　1．3沿扁網殼周邊拉力環域施加適當預應力，為了簡單有時也直接在扁網殼相鄰支座之間布索。相對而言第3種方法比較經濟。對預應力扁網殼結構的分析，以前都采用線彈性方法。但在某體育館的結構設計中，其屋蓋為8柱支承周邊懸挑的預應力球面扁網殼。通過比較，表明預應力的施加能夠有效控制結構的變形，并降低用鋼量。
　　2．張力松弛法在預應力空間結構中的應用
　　張力松弛法是針對預應力空間網格結構設計與施工張力控制值計算問題而研究出的一種力學分析方法。這種方法不僅能計算索的張力施工控制值，而且能計算結構中所有構件在張拉施工任一階段時的內力、節點變位。當采用分組分批張拉施工方法時，每批索只要一次張拉到計算所得的張力施工控制值即可，當最后一批索張拉完畢，所有組索的實際內力將達到它們各自的張力設計值。這樣，目前通常所采用的分階段分組分批張拉，逐階段張力調整的施工方法將得以改善，張拉施工的工作效率將大大提高，施工成本大大降低。
　　2．1張力松弛法解決的問題
　　（1）計算結構中各構件在索張拉施工每一階段時的實際內力，包括在索張拉全部完成時各構件的最終實際內力；（過程內力計算）
　　（2）依據索張力設計值，根據張拉的實際情況，計算張拉各階段中索的張力施工控制值，以使張拉工作全部完成時，各組索的實際內力恰好等于其張力設計值；（以結果內力為目標反推算過程內力）
　　（3）用于預應力空間結構設計，進行合理布索與結構優化分析。
　　2．2預應力空間結構的主要優點及注意問題
　　預應力空間結構的主要優點在于增加結構的整體剛度和提高結構的承載力；減輕結構的重量；優化結構的空間利用并使結構更美觀。結構中的索若采用整體張拉方法則施工費用相當高昂；若采用分組分批張拉、逐步調整張力的施工方法，工藝簡單且易于操作，但施工的張力調整工作相當麻煩費時且費用亦較高且必須考慮以下問題：
　　（1）分批張拉時，后批索張拉必然會造成前面所有批索實際張力發生改變，這種變化既不是純粹的遞增關系也不是純粹的遞減關系，但這種變化并不是沒有規律的。
　　（2）當最后一批索張拉完畢時，除最后一批索外，所有的索的實際內力值均不是施工時的張力控制值，即：幾乎所有的索由于張拉施工的原因，其初始內力都發生了變化。
　　（3）預應力空間結構中有許多與剛性構件相連接的索，這些索分成若干個組，其中每組索包含同時張拉施工的索，各組索的劃分應根據結構索的分布情況以及施工的實際情況而定。
　　2．3關于使用張力松弛法的結論：
　　（1）張力松弛法主要應用于帶有施加預應力加強索的空間結構受力分析，可應用于張力施工控制值的計算，也可應用于張拉施工過程各階段中各索及桿件的實際內力值的計算。同時，還能計算結構中所有構件在張拉施工任一階段時的內力與節點變位。
　　（2）各組索的張力施工控制值均是針對某一特定張拉施工順序的，施工時的張拉順序不同，則計算所得的張力施工控制值也不同。本方法的計算結果應用于分組分批張拉施工時，必須按照計算時設定的施工張拉順序進行，否則最后的結果是錯誤的。每批索只要一次張拉到計算所得的相應的張力施工控制值即可，當最后一批索張拉完畢，所有組索的實際內力將達到它們各自的張力設計值。
　　（3）該方法還可用于預應力空間結構設計，進行合理布索與結構優化分析。
　　（4）張力松弛法是一種實用的、非常高效率的分析方法。
　　（5）張力松弛法可以推廣應用到任何形狀的預應力空間網格結構，無論結構中各根索的張力設計值相同或不相同。
　　3．張弦梁結構中的預應力作用
　　張弦梁結構是通過撐桿連接梁（拱）和索而形成的一種新型雜交結構形式，通過對下弦索施加預應力可以使結構形成整體共同參加工作。下弦索的預應力，通過撐桿使梁產生與使用荷載作用時相反的位移，從而部分抵消了外荷載的作用；聯系索與梁之間的撐桿對于上弦梁起到了彈性支撐的作用，可以減小上弦梁的彎矩；同時，下弦索負擔外荷載對上弦梁產生的外推力，從而不會對邊緣構件產生水平推力，整體結構形成自平衡體系。
　　通常認為隨著預應力的增大，結構的變形將減小；已有的一些對張弦梁結構的研究工作也得出類似結論，認為增大預應力可以有效的減小變形和上弦梁的正應力，有益于結構性能的改善。但是，分析該結構，必須區分其在施加預應力前后的狀態，即零狀態和初始態，本文定義零狀態為體系在無自重、無預應力作用時的放樣狀態；初始態為體系在自重和預應力作用下的自平衡狀態。為求解零狀態幾何參數和初始態預應力分布提出了逆迭代法，但是無法在此基礎上連續進行承受外荷載作用下的分析。因而以往的一些對張弦梁結構力學性能的研究并未區分這兩種狀態，同時對預應力張拉過程中的位移（初始態位移）和承受使用荷載作用下的位移（荷載態位移）也未區分，這就可能造成對該結構力學性能的誤識。
　　可以說，預應力的增大對于張弦梁結構位移的影響是很小的，尤其對豎向位移而言，更是微乎其微；在大跨度的情況下，由于僅僅依靠上弦梁的剛度是不足以抵抗結構自重和外荷載的，所以要通過預應力這個媒介，使梁、索、桿形成整體參與工作，從而使結構的整體剛度大大增加；但是單就預應力本身來講，它的增大導致所有內力項都增大，但并不能有效地增加結構的剛度，所以預應力所起的作用主要就是使屋架形成整體結構。
　　就預應力對張弦梁結構內力的影響來看，預應力的增大會導致結構所有內力項都相應增大，對于上弦梁的主要內力項彎矩的影響尤為顯著，這是不利于結構受力性能的改善的。所以，在實際工程中預應力的取值必須合理，該取值范圍應當是在使結構形成整體的時候，初始態至荷載狀態的過程中，應盡可能地減小上弦梁的彎矩和軸力。
　　4．大跨度預應力張弦鋼管桁架的應用
　　張弦梁結構是最近幾年發展起來的一種新型的大跨度鋼結構，隨著現代建筑美學的發展和使用功能的要求，現在的結構物跨度越來越大。對于大跨度或較大跨度的結構物大多采用鋼結構，當然也有用“膜”完成的，但充氣膜由于一些缺點近年來很少用，張力膜則也需要鋼索和鋼桿的支撐。大跨度鋼結構多用于多功能體育場館、會議展覽中心、博覽館、候機廳、飛機庫等。
　　預應力鋼結構因其良好的受力性能和廣闊的應用前景已經越來越得到人們重視。張弦梁結構由弦、撐桿和壓彎構件組合而成的新型自平衡體系。它充分利用高強索的強抗拉性改善了整體結構受力性能，成為受力合理、制造運輸方便、施工簡單的自平衡體系，是具有良好應用價值和前景的新型結構形式。
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