某超長混凝土框架結構辦公樓溫度應力分析及設計措施

邰洋

華設設計集團股份有限公司 江蘇 南京 210014

1 工程概況

本工程位于江蘇省溧陽市，辦公樓單體建筑除辦公區域外合并包含部分商業及餐飲功能，其平面尺寸約為41.1m×125.5m，結構高度為12.15m，為地上二層混凝土框架結構。為保證該辦公樓使用功能的需求，本工程未設置伸縮縫。結構長度遠遠超過國家規范對混凝土結構設置伸縮縫間距的限制規定（規范規定室內環境鋼筋混凝土框架結構設置伸縮縫的最大間距為55m），因此該辦公樓屬于超長混凝土結構。

結合規范及本工程地質勘察報告，本工程結構計算參數如下表：

表1

辦公樓結構計算模型如圖1.1所示，混凝土強度等級均為C30，二層典型樓板厚度為120mm。

圖1 辦公樓結構計算模型

2 計算溫差的確定

2.1 環境溫差

根據本工程地質勘察報告，項目所在地屬亞熱帶季風區，全年平均氣溫17.5℃，其中：一月份3.2℃，七月份31.1℃。預計10月份封閉后澆帶，封閉期為60d，10月份溧陽平均氣溫約為19℃，據此求得最大升溫溫差12.1℃，最大降溫溫差-15.8℃。

2.2 混凝土收縮當量溫差

混凝土收縮也是引起超長混凝土結構構件開裂的主要因素之一，因此需要考慮其對超長混凝土結構的影響?；炷恋淖罱K收縮量與其施工質量、材料構成、環境影響等因素有關，分析時通常將混凝土的收縮值換算成等效溫差，與結構的實際溫度變化值疊加得到計算溫差。計算混凝土收縮量的方法參考了王鐵夢的《工程結構裂縫控制》[1]一書，混凝土在任意時間產生的收縮按下式計算：

根據公式ΔT=-εy(t)/α計算得到：

故而總降溫溫差為：-15.8-7.6=-23.4℃，升溫時可不考慮與混凝土收縮當量溫差疊加。

3 溫度效應計算結果分析

本工程采用北京盈建科軟件YJK2.0.3結構分析軟件進行溫度應力分析，以二層樓板為例。

計算溫度應力時采用彈性樓板假定，考慮到徐變應力松弛特性的非線性因素，計算中取徐變應力松弛系數0.3對計算結果進行折減。

取升溫15℃，降溫25℃，計算所得溫度應力云圖如圖2、圖3所示：

圖2 辦公樓二層樓板升溫工況下X向溫度應力

圖3 辦公樓二層樓板降溫工況下X向溫度應力

分析可知，在升溫工況下，樓板以受壓為主，最大壓應力0.7Mpa，遠小于混凝土的抗壓強度標準值；在降溫工況下，樓板拉應力均小于1.1Mpa，亦小于混凝土的抗拉強度標準值。此外，樓板在局部平面轉折處產生溫度應力集中，需采取適當的措施減小溫度應力的影響。

4 減小溫度應力措施

（1）設置溫度后澆帶。辦公樓設置二道間距約為40m的溫度后澆帶，后澆帶宜在兩側混凝土澆筑完成2個月（60天）以后進行澆筑，后澆帶混凝土采用同等級微膨脹混凝土，利用一定的膨脹應力補償結構合攏后的溫差收縮應力。

（2）加強梁、板構件構造鋼筋配筋措施。辦公樓二層樓板采用雙層雙向配筋，超長結構樓板貫通筋配筋率建議如表2所示。對于角部、平面不規則處同時加大配筋率。超長方向上的框架梁及次梁設置抗扭腰筋，同時要求樓板底部鋼筋在支座部分的連接滿足受拉錨固長度。

表2 超長結構樓板貫通筋配筋率建議

（3）選擇合理的材料，優先采取減小水化熱的措施，如選用水化熱較低的水泥，在保證混凝土強度的前提下，盡可能減少水泥用量等。

（4）加強混凝土澆筑后的養護工作，注意保持初澆混凝土處于濕潤狀態，澆筑混凝土應選擇溫度相對較低的時段。

5 結束語

本工程依據YJK軟件計算得出的樓板溫度應力云圖，對局部溫度應力較大處（主要是樓板開洞處、平面不規則處）進行了適當加強，同時從結構設計、材料、施工等方面提出了減小溫度應力的措施，進一步保證了結構的安全性。此外值得一提的是，由于溫度應力具有一定的復雜性與不確定性，設計人員應著重關注結構溫度應力的變化規律，而不要拘泥于具體的計算數值，對溫度應力的認識需重視概念，加強構造。