一、前言

預應力結構在國內高層結構中應用相對較少，主要還是局限在樓板體系中有部分應用。本文結合奧雅納部分高層結構在豎向構件、水平轉換構件采用預應力結構的案例，談?wù)勵A應力在高層結構應用拓展。主要內容節選自?shī)W雅納總工朱立剛的發(fā)言。

二、預應力結構的優(yōu)勢

1、預應力結構主要優(yōu)勢體現如下：

Minimum floor thickness—minimum storey heights 最小樓板厚度 最小層高

Long spans—minimum number of columns 大跨 最少的柱

Flexibility of layout 布置靈活性

Flat soffit—service benefit 平底 機電空間靈活

Enhance the stiffness 提高構件剛度

Minimum use of materials—sustainability 最少材料 可持續環(huán)保

Rapid speed of construction 快速施工  

Cost effective 造價(jià)優(yōu)勢

2、上面主要羅列了預應力結構的一些優(yōu)勢，通常我們在樓面體系中采用預應力是為了用最小的結構高度實(shí)現更大跨度。

在不影響建筑總高度前提下，一般使用預應力混凝土每10層就可以增加一層。

三、在樓面體系中應用

由于上述原因，國外住宅、辦公等建筑也較多采用平板預應力結構，如我們設計的美國高烈度區舊金山無(wú)限雙塔，42層，高140m。

英國曼徹斯特Beetham Tower，住宅/酒店，高度171m。

最、具挑戰的項目是韓國Songdo Block D24，高度160m，50層，抗側力體系采用核心筒單重抗側力體系，水平承重體系采用預應力“錯列”式懸挑墻+后張預應力樓板。

這個(gè)項目最、大創(chuàng )新應該是采用帶預應力的“錯列”式懸挑墻支撐懸挑14m的樓板結構。隔墻通常是用砌體建造的，本項目利用這些隔墻采用鋼筋混凝土建造，他們作為全高樓層的懸臂梁，將樓板的重量轉移回核心筒。

“錯列”懸臂墻連接上下樓板作為工型截面，以最、大限度地提高懸臂梁的抗彎效率。樓板作為懸臂梁的翼緣，通過(guò)樓板抗彎作用，解決了懸臂墻的彎曲效應，這些樓板本質(zhì)上提供了懸臂梁的后跨，把它們聯(lián)系在一起，平衡每層樓5個(gè)懸臂墻之間的荷載。

四、預應力結構在豎向抗側力體系中應用

由于大城市用地緊張，出現了越來(lái)越多的高密度城市社區，造成超高層建筑一個(gè)特點(diǎn)/難點(diǎn)就是高寬比較大。

1、香港K11 簡(jiǎn)介

高度：260m、8層裙房+58層酒店和住宅，高寬比達到1：12

1）結構抗側力體系研究

最終方案采用框架+核心筒+1道伸臂+2道腰桁架

伸臂設置在低區，減少核心筒傾覆彎矩。采用額外兩道腰桁架分別設置在25/F~27/F以及46/F~47/F，結構頂點(diǎn)位移1/408，滿(mǎn)足1/400，頂點(diǎn)加速度為13.6mill-g,滿(mǎn)足20mill-g最小舒適度要求。

2）剪力墻與巨柱拉應力

剪力墻與巨柱中拉力會(huì )造成混凝土開(kāi)裂，降低了混凝土剛度。

通常會(huì )采取如下措施：

?采取開(kāi)裂截面分析并確定有效剛度

?增加鋼骨，減少混凝土拉應力，從而減少裂縫寬度

?采取預壓力減少各種工況下拉力作用

除了K11外，我們在香港的243m的The HarbourSide 也采用預應力混凝土剪力墻體系。

五、偏心筒采用預應力相關(guān)研究

傳統高層建筑經(jīng)常采用框架+核心筒，但是偏心筒建筑方案目前獲得越來(lái)越多的建筑師青睞。偏心筒可以把交通核及機電房布置在景觀(guān)不好的一側，建筑可以最、大獲得景觀(guān)有利的使用面積。但是偏心筒也給結構帶來(lái)諸多的不利因素，包括結構扭轉不利、豎向載荷的不均衡可能帶來(lái)的側向變形、偏心筒凈拉力等問(wèn)題。

1、改善重力荷載下側向變形

國內某200m偏心筒案例研究，主要概況如下：200m/45層，核心筒高寬比：10(長(cháng)邊)/23(窄邊)

在通過(guò)在外墻施加部分預應力，我們可以看到可以能明顯減少偏心荷載下產(chǎn)生的水平位移，最、大水平位移由88mm減小至53mm，減少40%。

此外偏心筒由于筒體偏置，通常也會(huì )造成豎向荷載載荷差別，引起不同豎向構件間的較大位移差，會(huì )在水平構件間產(chǎn)生較大的附加內力。通過(guò)增加預應力后，能明顯減少框架柱與核心筒之間位移差，樓層越高，減小的比例越大。

2、改善豎向構件凈拉力問(wèn)題

由于偏心和缺少豎向靜載，核心筒墻的外側將處于恒拉力狀態(tài)。在風(fēng)/小震下很容易超過(guò)ftk,同時(shí)中震下2ftk要求也很難滿(mǎn)足，受拉剪力墻抗剪承載力目前計算研究還不充分，通常結構設計會(huì )采用增設鋼骨，但是較高的配鋼率即增加結構造價(jià)，施工也較麻煩。我們通過(guò)在外墻設置一定預應力鋼筋，增加后張預應力來(lái)抵消拉力，減少或取消鋼骨的含量，即確保偏心筒受力安全，經(jīng)濟上又具有一定優(yōu)勢。

型鋼配鋼率， 預應力鋼筋配筋率均為計算值；

鋼材及預應力鋼筋質(zhì)量按單片墻肢，底部9層（25m）統計；

鋼材綜合單價(jià)按10000元/t考慮；

預應力鋼絞線(xiàn)單價(jià)按15000元/t考慮。

六、總結

通過(guò)上面的部分案例，我們可以看出預應力這項傳統技術(shù)在高層/超高層應用依然前景廣闊，不僅僅在樓板體系具有比一般混凝土的優(yōu)勢外，在抗側力體系經(jīng)過(guò)合理設計。充分發(fā)揮預應力混凝土先天優(yōu)勢，提高混凝土抗側力構件剛度，尤其可以給“纖細”結構帶來(lái)更大經(jīng)濟作用。若對這方面應用感興趣的業(yè)主、建筑師，請聯(lián)系如下微信號。

參考資料

1、The concrete centre <Post-tensioned Concrete Floors>

2、Arup Paper and Jurnal

3、第、一屆全國預應力技術(shù)交流大會(huì )P《預應力結構在超高層項目中應用》