沈陽某地下商城超長結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析

李 韌 楊 華

(遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

?

沈陽某地下商城超長結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析

李 韌 楊 華

(遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

采用有限元軟件，分析了沈陽某超長地下商城的溫度應(yīng)力，并根據(jù)計算結(jié)果，提出了設(shè)置后澆膨脹加強(qiáng)帶、采用補(bǔ)償收縮混凝土和按計算加大梁板配筋等技術(shù)措施，可有效降低溫度應(yīng)力的影響，限制結(jié)構(gòu)裂縫開展。

超長結(jié)構(gòu)，溫度效應(yīng)，應(yīng)力，樓板

存在于自然環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)，承受著日照輻射而引起的自然界氣溫的變化，其外表面溫度會迅速上升或降低。因混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性差，室內(nèi)、外形成溫差，結(jié)構(gòu)處于不同溫度狀態(tài)會產(chǎn)生溫度變形，變形受到約束時，便會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力將使結(jié)構(gòu)的薄弱位置產(chǎn)生裂縫甚至嚴(yán)重破損，會增加內(nèi)部鋼筋與空氣接觸的幾率，降低構(gòu)筑物的耐久性[1-3]。由此可見,考慮日照輻射和季節(jié)更替的溫度應(yīng)力分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要意義。

1 工程概況

本工程位于沈陽市和平區(qū)某公園,總建筑面積4.4萬m2,地下1層、2層為商場，地下3層為配套設(shè)備用房和地下車庫，地上為市民休閑健身廣場。選用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系,各樓層采用主、次梁樓蓋結(jié)構(gòu)，地下1層南北方向開洞將結(jié)構(gòu)分為兩部分，地下2層樓板局部開洞(見圖1),東西長150 m,南北長142 m。本工程長寬均超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于設(shè)置伸縮縫的最大間距，但未超過遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《地下混凝土結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)規(guī)程》中采取一定的構(gòu)造措施后不設(shè)永久變形縫的要求，如為砂土地基，不設(shè)永久變形縫的地下室長度可放寬到180 m。

《遼寧省建設(shè)工程施工圖設(shè)計文件審查要點》規(guī)定：采取設(shè)置施工后澆帶、補(bǔ)償收縮混凝土、增加溫度構(gòu)造鋼筋、加強(qiáng)外保溫等構(gòu)造措施后，地面以上混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距可最多超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定限值的20%；如超過規(guī)定限值的20%，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土收縮和溫度作用分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行構(gòu)件承載力和正常使用極限狀態(tài)驗算，并應(yīng)通過建設(shè)主管部門組織的專項審查。

2 溫度參數(shù)確定

2.1 氣象資料

按照GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，沈陽市基本氣溫最高為33 ℃，最低為-24 ℃。設(shè)置后澆帶的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，收縮等效溫降可近似取為-4 ℃[4]。室內(nèi)結(jié)構(gòu)：夏季室內(nèi)外溫差取10 ℃，冬季室內(nèi)外溫差取20 ℃，不考慮人工制冷或者供暖。峽谷部分連廊結(jié)構(gòu)裸露，溫差取0 ℃。沈陽地區(qū)多年的月平均氣溫統(tǒng)計見表1。

表1 沈陽地區(qū)多年的月平均氣溫統(tǒng)計表(1961年—1990年)

2.2 溫度效應(yīng)

對于平面超長的建筑結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件將對結(jié)構(gòu)樓層處沿水平方向的變形產(chǎn)生約束。如整體溫度出現(xiàn)相對于澆筑時的溫降時，梁板收縮應(yīng)變約束而受拉，豎向構(gòu)件受到相應(yīng)的水平剪力作用，產(chǎn)生剪切變形。

本工程因建筑中部的狹長開洞，將完整的結(jié)構(gòu)分為細(xì)長兩部分，在長度方向受土壓力和溫度效應(yīng)的共同作用下，應(yīng)對超長結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，提升結(jié)構(gòu)的安全度。

3 溫度效應(yīng)分析工況

3.1 施工階段

設(shè)計上沿結(jié)構(gòu)長度方向每隔40 m左右設(shè)置1道施工后澆帶，且不少于兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工完成后60 d再澆筑后澆帶混凝土。據(jù)表2給出的沈陽地區(qū)多年的月平均氣溫統(tǒng)計資料，后澆帶澆筑時間根據(jù)工程進(jìn)度定為4月份或10月份，溫度為10 ℃～20 ℃。

表2 施工階段溫度值 ℃

室內(nèi)、外結(jié)構(gòu)分別計算兩個工況：1)同時考慮升溫和混凝土的收縮徐變，該工況相當(dāng)于溫升11 ℃和19.5 ℃；2)同時考慮溫降和混凝土的收縮徐變，該工況相當(dāng)于降溫23.8 ℃和32.3 ℃。室外結(jié)構(gòu)工況僅用于峽谷附近連廊和懸挑構(gòu)件。

3.2 使用階段

在結(jié)構(gòu)使用階段，室內(nèi)外存在一定溫差。除狹長開洞處構(gòu)件外的溫差相對穩(wěn)定，因溫差引起的水平變形相對較小，室內(nèi)、外溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響小，本次分析不考慮。

4 溫度效應(yīng)計算與分析

根據(jù)地下1層～地下3層所有梁板的溫度應(yīng)力圖分析結(jié)果，地下2層有局部連接處溫度應(yīng)力集中，梁板布置圖見圖2，降溫工況溫度效應(yīng)明顯，本文選擇該層進(jìn)行應(yīng)力分析。

4.1 梁應(yīng)力分析

從峽谷局部放大圖可知(見圖3～圖5)，地下2層梁最大拉應(yīng)力為3.6 MPa左右，放大圖1拉應(yīng)力在1.5 MPa～3.6 MPa，放大圖2拉應(yīng)力在1.5 MPa～3.5 MPa，放大圖3拉應(yīng)力在0.1 MPa～1.9 MPa；梁的軸向應(yīng)力在洞口周圍平行于洞邊布置的梁應(yīng)力較大，連廊處大跨的梁柱節(jié)點和洞口轉(zhuǎn)角處拉應(yīng)力集中；配筋設(shè)計時，應(yīng)加大縱筋和構(gòu)造鋼筋以承擔(dān)這些拉應(yīng)力，主要配置在梁的兩側(cè)，按腰筋的構(gòu)造配置。

4.2 樓板應(yīng)力分析

從局部放大圖可知(見圖6～圖8)，地下2層峽谷部分板最大拉應(yīng)力為5.6 MPa左右，位于樓板中部大洞口周邊部位；其余大部分部位的拉應(yīng)力不大于1.0 MPa。經(jīng)過分析，地下室樓板均

采用雙層雙向通長配筋后再附加支座鋼筋的形式，全截面額外增配溫度筋配筋率0.2%。

4.3 減少溫度應(yīng)力措施

為減小溫度效應(yīng)對地下室結(jié)構(gòu)的影響，采用如下的技術(shù)措施：

1)按圖9(灰色填充部分為后澆帶)設(shè)置伸縮后澆帶，范圍包括基礎(chǔ)底板、側(cè)墻至頂板，在后澆帶澆筑前,相關(guān)部位應(yīng)采取穩(wěn)固的支撐措施。

2)地下頂板和外墻均按照溫度效應(yīng)分析加大配筋面積，加大框架梁的構(gòu)造鋼筋，尤其是地下2層連廊部分。

3)采用高性能混凝土澆筑梁板，如摻加減水劑、混雜纖維和高濕度保溫養(yǎng)護(hù)等，能有效地減少混凝土收縮產(chǎn)生的初始裂縫，并緩解裂縫擴(kuò)展。

4)按設(shè)計參數(shù)建議后澆帶閉合時氣溫條件和混凝土澆筑時入模溫度。

5 結(jié)語

經(jīng)對本地下商城上述分析，有以下結(jié)論:

1)溫度效應(yīng)計算過程中參數(shù)取值對溫度應(yīng)力分析結(jié)果的精準(zhǔn)性有影響，各種參數(shù)的確定還需在工程實踐中不斷完善。溫度應(yīng)力分析結(jié)果揭示的一般規(guī)律性可用于超長結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中。

2)對于超長結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行溫度應(yīng)力分析和設(shè)計外，還應(yīng)在設(shè)計文件中對材料、施工方法、施工工期等提出與分析假設(shè)相符的要求，力爭將溫度效應(yīng)給建筑結(jié)構(gòu)帶來的影響降到最低，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。

[1] 潘金龍,齊長雨,黃毅方.超長大體積混凝土地下結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)的確定及仿真[J].浙江大學(xué)學(xué)報,2011,45(9):1680-1686.

[2] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997:1-16.

[3] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,2012.

[4] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[5] 張 堅，徐以緯，虞 煒，等.某超長混凝土結(jié)構(gòu)溫差效應(yīng)分析及構(gòu)造措施[J].建筑結(jié)構(gòu),2011,41(1)：63-67.

On analysis of temperature effect of super-long structure of some underground shopping mall in Shenyang City

Li Ren Yang Hua

(College of Civil Architectural Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

The paper adopts the finite element software, analyzes the temperature stress of some underground shopping mall in Shenyang City, and points out the allocation of post-pouring strengthening band and adoption of shrinkage-compensation concrete and calculation of widened beam plate reinforcement, so as to lower the temperature stress and limit the structural cracks.

super-long structure, temperature effect, stress, floor

1009-6825(2017)08-0041-02

2017-01-06

李 韌(1982- )，男，碩士，工程師

TU311

A