超長結構的溫度作用設計

季保建

摘 要：本文針對一個實際超長結構工程進行溫度作用設計，通過驗算結構裂縫寬度進行結構設計，給其他設計人提供參考。

關鍵詞：溫度作用；超長結構；裂縫

0 引言

近年來，隨著建筑市場的發展，業主對結構的使用要求有所提高，特別是對地下車庫、地上的醫技中心，如果按規范設置伸縮縫，后期使用時會經常發生漏水的現象，還有由于結構的溫度收縮變形會在伸縮縫處有個很不美觀的縫隙，這對結構的后期使用非常不利。但由于每個區域的氣候不同，溫差取值不同，并且混凝土結構的收縮徐變影響對結構產生影響，但是規范沒有給出確切的系數，因此審查標準不一，給結構設計帶來了困難。

1 工程概況

本工程為營口地區的一個溫泉療養院，地上X方向長度為98米，屬于超長結構，模型如圖1所示。

本項目為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，地上6層，地下1層，，各樓層均采用主次、梁樓蓋體系。梁、板、柱、墻的材料均為混凝土。圖2顯示了地下一層頂板的洞口布局。

2 溫差取值

2.1 施工階段的溫差效應

由于本工程在施工時期，采取后澆帶的方法把結構分成幾個部分，再澆筑后澆帶之前結構不屬于超長結構，因此不考慮施工階段的溫度作用對結構的影響。3.2使用階段的溫差效應在使用階段，室內外存在一定的溫差。但結構的隔熱措施很好，因而結構外圍構件受室外溫度的影響不大，可以認為，室內、外溫差不會通過改變四周構件的溫度對結構產生不利影響。

2.2 施工階段到使用階段之間的溫差

進行溫度作用設計主要為這個時期的溫差。溫差的確定由以下幾點：1.后澆帶合攏時在10月份，溫度在10℃左右（t1）；2.結構在進入冬季前進行采暖措施，室內溫度能控制在0℃以上（t2）；3.混凝土當量溫差（t3）。根據王鐵夢等資料，現澆混凝土的收縮最終應變達3.24*10-4。地上兩層后澆帶合攏時已施工完成150天，?TS=ε/a=0.81*10-4/1*10-5=8.1℃。三層到六層由于后澆帶合攏時已施工完成120天，?TS=ε/a=0.972*10-4/1*10-5=9.72℃。由于計算時基礎按固定支座，實際上基礎和土體之間是有滑移的，因此溫度乘以0.8的折減系數，（這個系數的取值為經驗取值）。上述各溫差均由緩慢的溫度變化產生，通過對變形的約束使構件受力，可以考慮混凝土的徐變應力松弛特性。作為簡化計算，松弛系數根據有關參考文獻[1]的建議，取為0.3。計算時，將彈性計算的溫差內力乘以松弛系數作為標準值。得：?T=（t2-t1-t3）*0.8*0.3。

綜合以上幾點，地下室計算溫差取-3.6℃。地上兩層溫差取-4.34℃。三層到六層溫差取-4.73℃。

3 樓板溫度作用設計

溫度設計的主要目的是控制結構的裂縫寬度，因此，設計樓板時的主要任務為在準永久組合情況下的裂縫計算。計算裂縫的設計值S=1.0*恒荷載+0.5*活荷載+0.4*溫度荷載。樓板應力分析圖4所示，為一層樓板X向應力分布情況。從程序分析中可以看到，溫度作用下樓板應力較大處發生在邊角柱邊以及樓板洞口附近。最大拉應力發生在結構右上角為13MPa，樓板洞口削弱的最大應力發生洞口角處板頂為4.7MPa，絕大部分樓板應力為1.3MPa左右。一層板配筋采用雙層雙向配筋，因為X方向超長，局部應力大的地方，例如下圖標注的地方，配16@150鋼筋。

二層樓板X向應力分布情況，應力值比一層樓板小很多。最大拉應力發生在結構右下角為3.9MPa，大洞口上側應力在1.0MPa左右，大洞口下部應力為1.7MPa左右，大洞口左邊應力為0.3MPa左右，大洞口右邊為0.2MPa左右。因此我們在配置二層板配筋時，X方向負筋全部通長配置，以抵消溫度應力。在溫度應力大的地方配筋加大，如結構的右下角，配置了12@200的通長鋼筋。

樓板裂縫復核計算。截面形式：矩形；板厚度h=180mm；取寬度b=1000mm，受力狀態：偏拉構件受力特征系數αcr=2.4；恒荷載產生的彎矩標準值MGk=6kN·m；活荷載產生的彎矩標準值Mqk=5kN·m；溫度應力對截面產生的軸力標準值NTk=σ*b*h=700kN，由溫度荷載控制裂縫，因此設計值M=8.5（kN·m）N=700*0.4=280kN，混凝土強度等級：C30；混凝土軸心抗拉強度標準值ftk=2.01N/mm2，縱筋等級：HRB400；鋼筋強度標準值fyk=400N/mm2，混凝土Ec=30000N/mm2；（1）鋼筋Es=200000N/mm2，混凝土保護層c=15mm，受拉鋼筋合力點至截面近邊的距離as=20mm，受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離as'=20mm，受拉縱筋面積As=1333mm2，受拉縱筋等效直徑deq=16.00mm。裂縫計算等效應力σsk=150N/mm2：e'：e'=h/2-a'+Mk/Nk=100mm；（2）ρte=As/Ate=0.0278受力狀態為偏拉；（3）ψ：=0.787；（4）等效直徑deq=18.00mm，ωmax=0.106m；（5）驗算：0.106<[ωmax]=0.30mm，滿足。根據以上分析和計算結果可知，結構中樓板通過一定的加強措施，可以抵御溫差和收縮的非荷載效應的影響，尤其是加強邊角柱及樓板洞口附近的板配筋，效果明顯。

4 結論

對于憶江南溫泉療養院X方向平面超長結構，但經過多方面的綜合考慮，結構沒有設置伸縮縫，由此給建筑效果、結構布置及使用功能等都帶來了很大好處。通過溫差和混凝土長期收縮等非荷載效應對結構影響的分析，可以認為結構不設縫的方案是完全可行的。

為減少和抵御非荷載效應對結構的不利影響，我們采取了設后澆帶、增加構造配筋等各種對策和措施，從實際情況及計算過程中的相關數據來看，這些對策和措施是能夠實現的。

參考文獻

[1] 王鐵夢《工程結構裂縫控制》北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2] 建筑結構荷載規范.GB50009-2012北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 混凝土結構設計規范GB50010-2010北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4] 樊小卿《溫度作用與結構設計》建筑結構學報.1999.04.