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【摘 要】砌体结构采用预应力是一种新的结构，本文从设计选择及预应力砌体的截面、筋的布置、钢筋连接锚固及施加预应力等方面进行介绍，同时对可行性及经济性进行分析。
【关键词】砌体预应力；材料选择；钢筋连接锚固；施加预应力；经济性
Building masonry prestressed design and construction supervision
Ding Jun-hao
(New Jiang Qi project management consulting Co., Ltd Karamay Xinjiang 834000)
【Abstract】Masonry structure with prestressed is a new structure from the layout of the cross-section of the design choices and prestressed masonry, tendons, reinforced the connection anchorage with prestressed introduced at the same time to analyze the feasibility and economic.
【Key words】Prestressed masonry;Material selection;Reinforced Anchorage;With prestressed;Economy
预应力砌体结构墙体是一种新型的结构材料应用。近年来，它的研究与发展逐渐成为国际建筑工程界关注的热点。通过预应力砌体柱偏压实验和预应力砌体墙底周反复荷载及设计分析，结合预应力砌体设计和施工方面的经验。同时参照国内外预应力砌体的研究和实践总结，现就预应力的设计、施工提出了一些建议，并对预应力砌体结构应用的可行性和经济性进行分析。
1. 预应力砌体设计和施工问题
1.1 预应力材料和砌体截面的选择。
预应力砌体中的预应力筋和预应力混凝土基本相同，可以选用高强钢丝、钢丝线和高强钢筋（如精轧螺旋钢筋25）。但根据国外多年的实践经验，竖向后张拉构件建议选择高强钢筋。这是由于砌体的施工过程（既一块一块向上砌）使细软的钢绞线或钢丝束的架设变得十分困难，而高强钢筋的刚度较大，不需要太多的临时支撑，且更容易定位，施工操作相对方便。
合理的几何截面形状，可以充分发挥砌体材料的性能，达到经济的结构效果。设计以受弯为主的构件时，要注意提高截面Z/A的比值（Z为截面抵抗距，A为横截面面积）。对于一个给定的预应力，增大Z/A将使截面产生更大的抗弯能力，提高截面的利用率。因此，在预应力砌体设计中，建议使用几何形截面，如：横隔空心墙截面、带肋墙截面以及U形或槽形截面等。其中，横隔空心墙可以看作是一系列相连的T形截面，墙的转角可看作L形截面。
1.2 预应力筋的布置。
（1）预应力筋的布置对砌体的承载能力有较大影响。在书竖向偏心荷载或侧向荷载情况下，可以通过一个适当的偏心距来施加后张预拉力，预应力筋一般设在截面核心区以内，以保证构件不致因预应力而横向开裂。对于挡土墙以及类似的只在一个方向作用横向荷载的构件，最经济的方法是按最大偏心施加预应力。其偏心距一般要根据施工实际和构造设计加以修正。
（2）对于反复作用的荷载，如风荷载、地震荷载，通常在截面中心处施加后张预拉力。它是以预压力来抵抗外载荷产生的弯曲拉应力。横截面对称的构件，没一表面产生的弯曲拉应力一般相等。
（3）非对称截面在反复荷载作用下，结构外表面产生的应力会有相当大的差别，这是由于每一面的截面抵抗距Z不同的缘故。此时，可以采用偏心施加预应力的方法，来提高预应力的使用效率。
（4）在预应力砌体柱偏压实验中，分析发现，L形柱部分试件的破坏形式为劈裂破坏，分析其原因是由于预应力施加在L形凹角处，预留管道在凹角处形成缺陷，产生应力集中。实际设计中，可将凹角处的预应力筋一分为二，分别布置在L形的两翼，以防止在转角应力比较复杂的地方产生应力集中，同时可以加大预应力偏心距，提高构件的抗弯能力。
（5）砌体剪力墙中预应力筋的布置可分为集中式分布式两种。设计时，优先考虑分布式布置。从实验结果分析可以看到，集中布置预应力筋的墙体，由于砌体的内拱作用，预应力荷载大部分传递到边框的两侧，只有很少部分传给了中间砌体墙，预应力主要通过加强构造柱与圈梁“框”的作用，提高了墙体的抗剪能力。而分布配置预应力筋，预压应力向墙体的传递比较均匀，同时，预应力加强了芯柱混凝土对砌体的约束作用，破坏时裂缝细而密，表面预应力及各材料性能的利用率较高。
1.3 预应力钢筋的连接。
在后张法施工的砌体中，应考虑的一个主要问题就是钢筋自施工截面的伸出长度。从设计上的观点来看，并不需要钢筋的连接。但即使施工质量完全符合设计要求，钢筋的连接也还是十分必要的。这对减少施工的复杂性大有益，而施工方法的简单化也就意味工程造价的降低。
对于竖柱或墙，钢筋直径在20mm以下，从施工截面钢筋的伸长度可以在1.5～2.0m之间大于20mm直径的钢筋，长度可以防至3.0m。对小型空心砌块，由于是自身孔洞中布置钢筋，砌筑时砌块要将砌块套入，其伸厂度建议在1.5m左右，具体做法可根据实际环境、现场条件及设计要求，本着最简化施工原则来确定。
1.4 锚固措施。
预应力砌体使用的锚具和端部垫块与预应力混凝土基本相同，锚具有锥形锚、夹片锚、镦头锚和螺丝端杆锚具等多种，设计者可根据各自的适应范围，参照预应力混凝土选择合适的锚具。一般构件上部为张拉端，下部为固定端。固定端有两种锚固方式：一种是用与上部张拉端配套的锚具来固定，锚具和高强钢筋一起浇筑在混凝土中；另一种是直接将预应力钢筋浇筑在下部混凝土基础中，依靠钢筋和混凝土间的握裹力进行锚固。 高预应力度一般采用第一种锚固方式，在选择锚具及锚固方式时，要仔细考虑锚具的施工过程，既施工的可操作性。第二种锚固方式首先要保证钢筋锚固长度的规定，总锚长度不应包括封在保护层内的不黏结长度。
上部锚固的主要结构要求是允许不受约束地施加预应力，并将这个力按设计要求分布到周围的砌体上。施工中将预应力筋保护层挤入螺纹中，就会增大扭距扳手或千斤顶的反力，妨碍预应力的正确施加，故在上部锚固施工中，要考虑钢筋的伸长余量。下部锚固的主要要求是抵抗预应力对锚体的局部作用。
1.5 预应力筋的防护措施。
后张拉钢筋锈蚀是预应力砌体体系耐久性的考虑因素之一，特别是暴露位置，施工细部做得不好，将使预应力筋周围混凝土、砌体产生裂缝或剥落，导致结构性能的丧失。防腐蚀的方法有许多种，如：直接处理钢筋表面，采用涂料或包缠防腐材料已防周围环境的影响；用塑料套管和外包胶带防护；钢筋施加预应力后采用灌浆保护等。
1.6 施加预应力措施。
新建的砌体需要一定的凝固和硬化时间，然后才可施加预应力。从施工角度来讲，越早施加外荷载，施工越快；但从施工角度来讲，砌体养护的时间越长，水泥砂浆截面强度越高。一般砌筑后养护7d，可以对砌体施加预应力，施工后14d，可以在砌体上面任何部位施加预应力。施加较小的预应力，一般体系采用扭距扳手，较大的做千斤顶。
2. 预应力砌体结构的可行性与经济性
2.1 砌体的可行性。
预应力砌体能否具体实施，并具有生命力，被多设计和建筑单位采用，完全取决于预应力砌体在设计上和施工上是否具有可行性。方便、规范的设计和施工可以为预应力砌体结构的应用提供良好的条件。
结构体的耐久性和安全性是现代建筑界所关心的。砌体是最耐用的材料，砌体结构有着良好的耐久性和耐火性，可以很好地抵御自然界的侵蚀。从各国目前存留的古代建筑中，我们可以发现，很大部分是砌体结构的建筑，它们经历上千年的风雨沧桑，有些依然具有其当初建造时的使用功能，砌体施加预应力后同样可以保留砌体坚固、耐久的优点。而且，国外的的实践经验表明，后张预应力砌体经过40年的发展，甚至已经证明了它比同样年数建成的其他砌体更加经久耐用。
设计人员所担心的关键问题是钢筋的腐蚀。这主要来自砖和砌体本身多孔，水分会渗透到钢筋上去。但是，即使不考虑砖和砌块的保护，通过对钢筋防腐处理，再加上填充混凝土或砂浆形成的保护层，可使这一问题得到圆满解决。
2.2 性能好。
砖、砌体结构的保温、隔热性能良好，有着较好的节能效果。砌体施工工序简单，施工速度快，砖或砌块可以起到永久性模板的作用。在许多情况下，如以砌体墙承重代替框架，节能省工期，减少施工难度，降低造价。而且，预应力砌体不需要特殊的设备和技术，施工操作简单易学。因此在当前我国积极开发节能环保型新型建材、发展高强砌体材料的大环境下，很有推广价值和意义。
2.3 质量较易控制。
施工的方便性和标准化是可行性中的重要环节。设计人员要尽可能避免在砌体过程中使用异形砖、切块，或砍砖、砍砌块，避免采用较难的砌合形式，避免使用不同强度、类型的材料混合砌筑。施工的标准化能使不同的砌体块材数量种类以及砖和砌块混用情况减到最低限度。使结构构件在高度、长度、跨度和形式上标准化也是安全可能的，这样砌筑就可以很容易砌筑的规律，操作起来方便简捷。在我国，砖和砌块早已实现标准化，预应力砌体可以在现有的砌筑材料中进行选择。
综上所述，预应力砌体是在多门成熟的技术基础上发展起来的，并在世界上有了几十年的设计和施工实践经验，事实证明，预应力砌体施工相对简单，可操作性强，并且可以形成标准化施工，有着广阔的应用前景和市场需求。
参考文献
［1］ 王宗昌编著 建筑工程质量百问(第二版) 北京 中国建筑工业出版社 2005.7.
［2］ 王宗昌编著 建筑工程质量通病预防控制实用技术 北京 中国建材工业出版起社2007.11.
［文章编号］1619-2737（2012）07-15-680
［作者简介］ 丁军豪（1986.10-），男，学历：本科，职称：助理工程师，长安大学毕业，现从事建设工程监理工作。
【关键词】砌体预应力；材料选择；钢筋连接锚固；施加预应力；经济性
Building masonry prestressed design and construction supervision
Ding Jun-hao
(New Jiang Qi project management consulting Co., Ltd Karamay Xinjiang 834000)
【Abstract】Masonry structure with prestressed is a new structure from the layout of the cross-section of the design choices and prestressed masonry, tendons, reinforced the connection anchorage with prestressed introduced at the same time to analyze the feasibility and economic.
【Key words】Prestressed masonry;Material selection;Reinforced Anchorage;With prestressed;Economy
预应力砌体结构墙体是一种新型的结构材料应用。近年来，它的研究与发展逐渐成为国际建筑工程界关注的热点。通过预应力砌体柱偏压实验和预应力砌体墙底周反复荷载及设计分析，结合预应力砌体设计和施工方面的经验。同时参照国内外预应力砌体的研究和实践总结，现就预应力的设计、施工提出了一些建议，并对预应力砌体结构应用的可行性和经济性进行分析。
1. 预应力砌体设计和施工问题
1.1 预应力材料和砌体截面的选择。
预应力砌体中的预应力筋和预应力混凝土基本相同，可以选用高强钢丝、钢丝线和高强钢筋（如精轧螺旋钢筋25）。但根据国外多年的实践经验，竖向后张拉构件建议选择高强钢筋。这是由于砌体的施工过程（既一块一块向上砌）使细软的钢绞线或钢丝束的架设变得十分困难，而高强钢筋的刚度较大，不需要太多的临时支撑，且更容易定位，施工操作相对方便。
合理的几何截面形状，可以充分发挥砌体材料的性能，达到经济的结构效果。设计以受弯为主的构件时，要注意提高截面Z/A的比值（Z为截面抵抗距，A为横截面面积）。对于一个给定的预应力，增大Z/A将使截面产生更大的抗弯能力，提高截面的利用率。因此，在预应力砌体设计中，建议使用几何形截面，如：横隔空心墙截面、带肋墙截面以及U形或槽形截面等。其中，横隔空心墙可以看作是一系列相连的T形截面，墙的转角可看作L形截面。
1.2 预应力筋的布置。
（1）预应力筋的布置对砌体的承载能力有较大影响。在书竖向偏心荷载或侧向荷载情况下，可以通过一个适当的偏心距来施加后张预拉力，预应力筋一般设在截面核心区以内，以保证构件不致因预应力而横向开裂。对于挡土墙以及类似的只在一个方向作用横向荷载的构件，最经济的方法是按最大偏心施加预应力。其偏心距一般要根据施工实际和构造设计加以修正。
（2）对于反复作用的荷载，如风荷载、地震荷载，通常在截面中心处施加后张预拉力。它是以预压力来抵抗外载荷产生的弯曲拉应力。横截面对称的构件，没一表面产生的弯曲拉应力一般相等。
（3）非对称截面在反复荷载作用下，结构外表面产生的应力会有相当大的差别，这是由于每一面的截面抵抗距Z不同的缘故。此时，可以采用偏心施加预应力的方法，来提高预应力的使用效率。
（4）在预应力砌体柱偏压实验中，分析发现，L形柱部分试件的破坏形式为劈裂破坏，分析其原因是由于预应力施加在L形凹角处，预留管道在凹角处形成缺陷，产生应力集中。实际设计中，可将凹角处的预应力筋一分为二，分别布置在L形的两翼，以防止在转角应力比较复杂的地方产生应力集中，同时可以加大预应力偏心距，提高构件的抗弯能力。
（5）砌体剪力墙中预应力筋的布置可分为集中式分布式两种。设计时，优先考虑分布式布置。从实验结果分析可以看到，集中布置预应力筋的墙体，由于砌体的内拱作用，预应力荷载大部分传递到边框的两侧，只有很少部分传给了中间砌体墙，预应力主要通过加强构造柱与圈梁“框”的作用，提高了墙体的抗剪能力。而分布配置预应力筋，预压应力向墙体的传递比较均匀，同时，预应力加强了芯柱混凝土对砌体的约束作用，破坏时裂缝细而密，表面预应力及各材料性能的利用率较高。
1.3 预应力钢筋的连接。
在后张法施工的砌体中，应考虑的一个主要问题就是钢筋自施工截面的伸出长度。从设计上的观点来看，并不需要钢筋的连接。但即使施工质量完全符合设计要求，钢筋的连接也还是十分必要的。这对减少施工的复杂性大有益，而施工方法的简单化也就意味工程造价的降低。
对于竖柱或墙，钢筋直径在20mm以下，从施工截面钢筋的伸长度可以在1.5～2.0m之间大于20mm直径的钢筋，长度可以防至3.0m。对小型空心砌块，由于是自身孔洞中布置钢筋，砌筑时砌块要将砌块套入，其伸厂度建议在1.5m左右，具体做法可根据实际环境、现场条件及设计要求，本着最简化施工原则来确定。
1.4 锚固措施。
预应力砌体使用的锚具和端部垫块与预应力混凝土基本相同，锚具有锥形锚、夹片锚、镦头锚和螺丝端杆锚具等多种，设计者可根据各自的适应范围，参照预应力混凝土选择合适的锚具。一般构件上部为张拉端，下部为固定端。固定端有两种锚固方式：一种是用与上部张拉端配套的锚具来固定，锚具和高强钢筋一起浇筑在混凝土中；另一种是直接将预应力钢筋浇筑在下部混凝土基础中，依靠钢筋和混凝土间的握裹力进行锚固。 高预应力度一般采用第一种锚固方式，在选择锚具及锚固方式时，要仔细考虑锚具的施工过程，既施工的可操作性。第二种锚固方式首先要保证钢筋锚固长度的规定，总锚长度不应包括封在保护层内的不黏结长度。
上部锚固的主要结构要求是允许不受约束地施加预应力，并将这个力按设计要求分布到周围的砌体上。施工中将预应力筋保护层挤入螺纹中，就会增大扭距扳手或千斤顶的反力，妨碍预应力的正确施加，故在上部锚固施工中，要考虑钢筋的伸长余量。下部锚固的主要要求是抵抗预应力对锚体的局部作用。
1.5 预应力筋的防护措施。
后张拉钢筋锈蚀是预应力砌体体系耐久性的考虑因素之一，特别是暴露位置，施工细部做得不好，将使预应力筋周围混凝土、砌体产生裂缝或剥落，导致结构性能的丧失。防腐蚀的方法有许多种，如：直接处理钢筋表面，采用涂料或包缠防腐材料已防周围环境的影响；用塑料套管和外包胶带防护；钢筋施加预应力后采用灌浆保护等。
1.6 施加预应力措施。
新建的砌体需要一定的凝固和硬化时间，然后才可施加预应力。从施工角度来讲，越早施加外荷载，施工越快；但从施工角度来讲，砌体养护的时间越长，水泥砂浆截面强度越高。一般砌筑后养护7d，可以对砌体施加预应力，施工后14d，可以在砌体上面任何部位施加预应力。施加较小的预应力，一般体系采用扭距扳手，较大的做千斤顶。
2. 预应力砌体结构的可行性与经济性
2.1 砌体的可行性。
预应力砌体能否具体实施，并具有生命力，被多设计和建筑单位采用，完全取决于预应力砌体在设计上和施工上是否具有可行性。方便、规范的设计和施工可以为预应力砌体结构的应用提供良好的条件。
结构体的耐久性和安全性是现代建筑界所关心的。砌体是最耐用的材料，砌体结构有着良好的耐久性和耐火性，可以很好地抵御自然界的侵蚀。从各国目前存留的古代建筑中，我们可以发现，很大部分是砌体结构的建筑，它们经历上千年的风雨沧桑，有些依然具有其当初建造时的使用功能，砌体施加预应力后同样可以保留砌体坚固、耐久的优点。而且，国外的的实践经验表明，后张预应力砌体经过40年的发展，甚至已经证明了它比同样年数建成的其他砌体更加经久耐用。
设计人员所担心的关键问题是钢筋的腐蚀。这主要来自砖和砌体本身多孔，水分会渗透到钢筋上去。但是，即使不考虑砖和砌块的保护，通过对钢筋防腐处理，再加上填充混凝土或砂浆形成的保护层，可使这一问题得到圆满解决。
2.2 性能好。
砖、砌体结构的保温、隔热性能良好，有着较好的节能效果。砌体施工工序简单，施工速度快，砖或砌块可以起到永久性模板的作用。在许多情况下，如以砌体墙承重代替框架，节能省工期，减少施工难度，降低造价。而且，预应力砌体不需要特殊的设备和技术，施工操作简单易学。因此在当前我国积极开发节能环保型新型建材、发展高强砌体材料的大环境下，很有推广价值和意义。
2.3 质量较易控制。
施工的方便性和标准化是可行性中的重要环节。设计人员要尽可能避免在砌体过程中使用异形砖、切块，或砍砖、砍砌块，避免采用较难的砌合形式，避免使用不同强度、类型的材料混合砌筑。施工的标准化能使不同的砌体块材数量种类以及砖和砌块混用情况减到最低限度。使结构构件在高度、长度、跨度和形式上标准化也是安全可能的，这样砌筑就可以很容易砌筑的规律，操作起来方便简捷。在我国，砖和砌块早已实现标准化，预应力砌体可以在现有的砌筑材料中进行选择。
综上所述，预应力砌体是在多门成熟的技术基础上发展起来的，并在世界上有了几十年的设计和施工实践经验，事实证明，预应力砌体施工相对简单，可操作性强，并且可以形成标准化施工，有着广阔的应用前景和市场需求。
参考文献
［1］ 王宗昌编著 建筑工程质量百问(第二版) 北京 中国建筑工业出版社 2005.7.
［2］ 王宗昌编著 建筑工程质量通病预防控制实用技术 北京 中国建材工业出版起社2007.11.
［文章编号］1619-2737（2012）07-15-680
［作者简介］ 丁军豪（1986.10-），男，学历：本科，职称：助理工程师，长安大学毕业，现从事建设工程监理工作。