超長混凝土結構概念設計與技術措施

李文瑞

(晉城市建筑設計院，山西晉城 048026)

0 引言

隨著社會的不斷進步與發展，各類公共建筑中超長混凝土結構不斷涌現，此類建筑由于功能需要或其他原因，超過GB 50010-2010混凝土結構設計規范中表8.1.1的長度而不設伸縮縫，此時應該考慮溫度變化和混凝土收縮對結構的影響，采取相應的措施。

1 溫度作用

1.1 溫度作用屬于非荷載效應的范疇

非荷載效應是指由于混凝土徐變、收縮、結構溫度變化、地基差異沉降等非直接荷載作用產生的結構變形及由此因變形協調而產生的約束力的效應。

1.2 溫度作用的構成

溫度作用是指結構或構件內的溫度的變化，在結構構件任意截面上的溫度分布，一般認為可以由三個分量疊加組成:

1)均勻分布的溫度分量。

2)沿截面線性變化的溫度分量(即梯度溫差)。

3)沿截面非線性變化的溫度分量。

1.3 溫度作用的設計簡化

建筑結構的溫度作用通常都是由上述三分量疊加后的共同作用，其中均勻溫度作用對結構影響最大，均勻溫度作用的取值及結構分析方法較為成熟，也是設計時最常考慮的。對梯溫度作用和非線性溫度作用的取值及結構分析目前尚無較為成熟統一的方法。因此，現行《建筑結構荷載規范》僅對均勻溫度作用做出規定，其他情況由設計人員酌情處理。目前常用的PKPM系列軟件中有關溫度作用的分析、計算也僅針對均勻溫度作用。

1.4 溫度作用對于結構的影響

1)以結構的初始溫度(合龍溫度)為基準，結構的溫度作用效應要考慮溫升(膨脹)和溫降(收縮)兩種工況。2)溫度作用通常具有周期性、伴隨建筑結構使用壽命終生。

2 混凝土收縮

1)混凝土在空氣中硬化時其體積會縮小，這種現象稱為混凝土的收縮。收縮是混凝土在不受外力情況下因體積變化而產生的變形。通常認為混凝土收縮是由凝膠體本身的體積收縮(凝結)和混凝土因失水產生的體積收縮(干縮)組成。

2)混凝土收縮在結構中僅存在收縮一種工況狀態，且收縮在結構早期發展較快，以后逐漸減慢，整個收縮過程可延續兩年以上，相對于建筑結構設計使用年限、混凝土收縮作用影響較大的時間較短。

3)混凝土收縮受結構周圍溫度、濕度、構件斷面形狀及尺寸，混凝土配合比、骨料性質、水泥性質、配筋情況，混凝土振搗及養護條件等多種因素的影響，要精確計算尚有一定困難，設計時通常以提出施工要求及采取各種構造措施進行處理。由于一般混凝土結構的溫度場，混凝土收縮等隨時間變化等因素難以準確量化，混凝土收縮徐變的彈塑性特征及收縮裂開后構件剛度的變化等因素使精確計算難以實現，因此實際工程設計時常以概念設計，技術措施結合輔助計算進行處理。

3 混凝土結構應對溫度作用、混凝土收縮作用的概念設計

3.1 “防”

1)在一定長度范圍內用變形縫將混凝土結構分割成獨立的結構單元，減小溫度作用、收縮作用的影響。

2)加強對結構體系的隔熱保溫措施，減小短時溫度變化的影響。

3)施工過程中，在結構適當位置設后澆帶，控制后澆帶合龍溫度，以減小收縮作用的影響。

4)合理布置結構剛度，如:框—剪結構中縱向剪力墻盡量避免設在縱向(長向)端開間，以避免由于溫度作用、收縮作用在結構中產生的附加應力。

3.2 “放”

采用滑動支座等多種形式，放松對桿件的約束，使其在溫度作用、收縮作用情況下能夠在一定范圍內自由伸縮，桿件內不應產生由于溫度、收縮作用引起的附加應力，比較經濟，常見于橋梁結構中，房屋建筑中不常見。

3.3 “抗”

在一定分析計算的基礎上采取增大結構剛度，加大配筋，必要時采取設置預應力鋼筋等措施、抵抗結構中由于溫度、收縮作用產生的附加應力，提高結構構件的抗裂性能。

4 超長混凝土結構應對溫度作用、混凝土收縮作用常用的技術措施

1)設計措施及效果見表1。

表1 設計措施及效果匯總表

2)施工措施，包括施工材料要求和工藝要求。

a.控制混凝土的強度值，要求施工完成后的混凝土強度不大于設計強度的1.2倍。

b.為降低混凝土水化熱采用礦渣水泥配置大體積混凝土。

c.配置混凝土的骨料含泥量控制在1%～1.5%。

d.混凝土配合比中摻加粉煤灰和礦粉，降低水泥用量，降低水灰比。

e.嚴格控制混凝土的坍落度為(140±20)mm。

f.制定混凝土養護保濕措施，拆模后混凝土周圍環境相對濕度達80%以上。

g.混凝土施工后澆帶的合龍溫度為10℃～15℃，盡可能低溫合龍。

本人認為:“低溫合龍”使得完工后混凝土主要處在“脹”的狀態，更好的發揮預應力的作用，同時減小水化熱和混凝土收縮的影響。

5 工程實例

某商業綜合體裙房4層，地下部位最大不設縫結構尺寸約113 m×223 m，地上部分最大不設縫結構尺寸約107 m×210 m，結構形式為框—剪，為超長混凝土結構。方案設計時，按規范要求結合當地氣候條件建立了溫度場，采用ANSYS與SATWE軟件進行了溫度應力分析，在分析的基礎上比較了剪力墻不同布置方式對結構中溫度應力和變形的影響，對于剪力墻布置進行了優化。

施工圖設計時采取了前述多條技術措施，目前該項目已通過施工圖審查，正在建設過程中。

［1］GB 50009-2012，建筑結構荷載規范［S］.

［2］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.

［3］劉小紅.概念設計在混凝土結構設計中的應用［J］.山西建筑，2013，39(2)：33-34.

［4］TAT多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件(薄壁柱模型)［Z］.

［5］束偉農.深圳寶安國際機場T3航站樓結構設計［J］.建筑結構，2013(25)：121-122.