预应力钢结构十问

一、什么是预应力钢结构？

预应力技术古已有之，乃先人藉此改善生活用具的性能、加固补强劳作工具的一种工艺。譬
如，撑起布伞可以防雨挡风，这时就引入了预应力；木桶套箍，可以耐久

 防漏，这时就引

入了预应力。但是，在现代钢结构工程中引入预应力，却是

60 年前的事情。人们在钢结构设

计、制造、施工、加固过程中，人为地在承重体系中引

 入与外荷载应力符号相反的预加应力

以抵消荷载应力峰值，增强结构刚度及稳定性，改善结构其它属性以及利用预应力技术创
建新体系的都可称之为预应力钢结构。

 不论这类结构采用了任何材料的围护层，譬如，玻

璃幕墙结构、膜结构等，都归属于预应力钢结构学科。

二、预应力钢结构有哪些优点？

预应力钢结构的主要优点有四个。一是可以充分、反复地利用钢材弹性强度幅值，从而提高
结构承载能力。传统钢结构的承载力是从材料的零应力状态开始，逐渐加

 载而达到材料设

计强度而终止受力的，其承载力即为结构承受各种荷载的总和。而预应力钢结构承载力则始
于预应力产生的负应力状态。预应力钢结构受载后，材料

 经过负应力

→零应力→正应力→设

计强度应力，达到结构的承载力终值。所以，结构承载力提高部分是由材料从负应力至零应
力这一阶段贡献的。多次预应力钢结构

 具有多次从负应力至零应力的受载过程，因此，其

能多次作出贡献，所以具有更大的承载能力。

二是可以改善结构受力状态，降低应力峰值。譬如，受弯构件中的峰值弯矩，可以通过增加
撑杆施加预应力，将部分弯矩转换为轴向力。因此，将弯矩峰值降低，并减小构件截面，甚
至利用预应力技术创造出零弯矩的横向结构体系，如索穹顶。

三是可以提高结构刚度及稳定性，改善结构的各种属性。预应力产生的结构变形常与荷载下
变形反向，因而结构刚度得以提高。由于布索而改变结构边界条件，可以提高结构稳定性。
预应力可以调整结构循环应力特征而提高疲劳强度。降低结构自重而减小地震荷载，从而提
高其抗震性能等。

四是可以降低用钢量，节约成本。挖掘钢材强度潜力，改善结构边界条件，优化结构杆件、
截面尺寸，创新承重结构体系等优势的总和，必然反映在降低钢材总量

 上。在保证结构承

载和使用功能的前提下，节约材料消耗量、降低成本，就是设计人员在本职工作中体现

“低

碳经济

”、“绿色建筑”理念的大事。

三、预应力钢结构的经济效益如何？

预应力钢结构的经济性与结构体系类别、布索方案与工艺、荷载性质与力度、结构构造与节点、
安装方法与材料价格等众多因素有关。正常情况下，预应力钢结构比

 传统钢结构采用单次

预应力可节约

10%~20%的钢材；采用多次预应力可节约 30%~40%的钢材。而预应力创新体

系结构与传统结构相比要节约钢材

50% 以上或更多。总之，结构材料中的强度潜力越大，

采用预应力的经济效益越高。譬如，在实腹梁截面重心轴附近存有大量强度潜力，采用预应