复杂建筑结构的预应力优化设计

摘 要：预应力结构作为目前我国建筑工程中的一种新型的结构体系,它是将预应力和钢筋混凝土结构有机的融合在一起,这就使得建筑物的结构性和经济性得到有效的提高.但是,从当前我国建筑工程预应力结构的实际应用情况来看,虽然预应力结构在使用的过程中,可以有效的提高建筑结构的承载能力和稳定性,但是这种结构在使用的过程中,容易受到各方面因素的影响,从而使得一些钢筋结构出现形变,这就对建筑工程施工有着一定的影响,因此我们就对其进行相关的优化设计.本文首先对预应力优化设计的相关内容进行分析,再根据实际案例,来对复杂建筑结构中优化设计方案进行探讨,以供参考.

关 键 词：复杂建筑；预应力结构；优化设计

在当前我国大多数建筑工程施工中,人们为了使得建筑工程管理的施工质量得到进一步的提高,人们就采用相关的优化措施来对其进行处理,从而使得建筑结构的稳定性和可靠性得到有效的提高,以确保我国建筑行业的可持续发展.而目前我们在对建筑预应力结构进行设计的过程中,有时会受到在各种外界环境的影响,而出现相关的质量问题,这就降低了建筑结构的稳定性和可靠性,导致建筑物中存在着许多的安全隐患.而且随着我国建筑行业的不断发展,建筑结构也逐渐的复杂化,这就使得建筑预应力结构中存在着问题也越来越明显.为此,我们就要采用相关的优化设计方案来对其进行处理,从而使得建筑预应力结构在使用的过程中可以达到一个最佳的状态.

一、预应力的概述

1.预应力的定义

所谓的预应力也就是人们在建筑工程施工中,为了改善建筑结构的稳定性、可靠性等各方面性能,在工程施工期间所预先实践的压力,从而抵消建筑荷载所产生的拉应力,这样不仅可以有效的保障建筑工程的施工质量,还减少了建筑结构安全隐患的发生.目前,在我国建筑工程施工中,预应力常用在混凝土结构当中,这就使得预应力混凝土结构在正常使用的过程中,其工作性能要比普通混凝土结构要强,这就使得建筑结构的整体性和稳定性的有效的提高.

2.预应力结构的概述

建筑工程构件在实际应用的过程中,除了要对构件所受到的混凝土模块自重的影响以外,还要对钢筋结构拉应力的影响,因此我们就可以在混凝土结构中施加一定的压力,从而使得混凝土构件的耐久性增强,使得建筑结构的稳定性和可靠性得到进一步的提升.而在工程中我们就将这种施加了预应力的构件,称之为预应力结构.目前,在我国建筑工程施工中,预应力结构已经得到了人们的广泛应用,这就使得建筑结构的功能和质量得到了有效的增强.

二、预应力优化设计的分析

1对预应力超静定结构的受力分析

在预应力结构进行设计的过程中,我们必须要对建筑结构中,调整力系和工作力系这两个方面的内容来对其进行判断.其中调整力系是指锚具和预应力钢筋结构在使用过程中,对建筑混凝土结构所产生的作用.而工作力系则是设计荷载对建筑结构产生的作用.在建筑工程施工中,如果混凝土中存在着工作力系,那么极其容易导致其混凝土结构受到破坏,从而使得建筑整体结构的稳定性和可靠性受到严重的影响,因此我们在建筑工程施工中,就要在其中施加一定的内力,来对其进行调整,从而提高建筑结构的稳定性.

检测使预应力筋的布束形式不够合理,预应力筋的数量就会有所增加,其对结构控制断面的内力调整的效果也是有差异的.所以,预应力筋的曲线几何位置是要在常规中进行反复调整的,除此之外,因受到梁截面面积的大小限制,梁端的锚具布置就会出现障碍,此时,就要进行粱下的直线预应力筋的布置.当设计荷载设定以后,混凝土的工作力系值就固定了下来,加之结构的设计要求,结构的设计参数都被限制在一定的程度内,通过这样的设定,预应力的设计也就拥有了一个合理的调整力系,使得结构的各项内容的检验都能够符合规定的要求.

(二)对预应力设计变量的分析

极限状态以及承载能力的极限状态是预应力结构中配筋设计所要满足的规范和规定,并对此进行变形、抗裂、承载力、和应力的验算.在实际设计中,一般利用结构的高跨比对结构的变形进行主要的控制,预应力筋的配筋则对抗裂进行控制.如果出现承载力的要求不能被预应力筋量满足时,就要进行对非预应力钢筋的增配工作.所以,作为预应力的初步设计,预应力配筋则可受到结构抗裂性的要求进行控制.混合式的曲线与直线配筋和单独的曲线配筋是预应力设计中常用的两种布束方式,在初步设计中,预应力的沿力筋可视为不变,其损失也就不需要进行考虑.依据等效荷载法,结构所受的曲线预应力作用可以被视为调整力系的作用.

三、工程实例分析

某市大剧院是该市的一项重大市政工程,大剧院的高度约为50米,面积可达5.2万平方米,是该市的一项标志性建筑,地下有四层,地上有十层,具备综合性、多功能的大厅、左右舞台、主舞台、音乐厅、后台等较多的附属结构.其建筑设计的要求非常严格,整体建筑结构尺寸和结构布置非常复杂,剪力墙、直柱、梁、曲柱、板组成等超静定结构是它所采用的结构体系.在结构设计中,侧墙长32米,高位25米,厚度为600毫米.以便于更好地满足建筑管道的布置要求,宽度为500毫米,沿墙长方向还设有7道竖向间隔缝,墙体由此被分为8个薄壁墙肢.

此外,为了能够根据空间布局要求满足大剧院的使用功能,其建筑跨度很大,并且使用了预应力混凝土梁结构.其中,该建筑的大厅的预应力梁跨度为25米,设计荷载也是比较的大.同时,为了使得该大剧院结构的稳定性有所增强,在结构设计的上方预应力梁现浇和剪力墙与其它结构体系还与前后剪力墙相连.受到设计载荷的影响,侧墙的薄壁墙肢所要承受的弯矩非常的大,该部位处于受压的偏心状态.由此可见.预应力设计的关键则是预应力的梁体设计的抗裂性要求的满足方式,合理的预应力优化设计能够使预应力的钢束能够得到合理的配置,还要能够使得剪力墙所承受的巨大弯矩有所减小.

根据该大剧院的大厅预应力结构分析,其优化设计中的实际结构是所建立的空间三维的计算模型的有限元软件ANSYS所建立的结构,通过该软件分析结构的各向受力.计算表明,预应力设计被薄壁墙肢上端的弯矩所控制,所以,建筑的三个控制截面分别为梁端截面、薄壁墙肢上端以及梁的跨中截面.

四、结束语

总而言之,在当前我国建筑行业发展的过程中,复杂建筑结构在逐渐的增多,这不仅提高了工程施工的难度,还使得预应力建筑结构的优化设计在实际应用的过程中,有着一定的挑战性,因此为了保障建筑工程的施工质量,施工人员一定要对其各个部位的建筑结构进行预应力优化设计,从而使得整体建筑的稳定性和可靠进行得到明显的增强.