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(qū)域外合并包含部分商業(yè)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(guī)范對混凝土結構設置伸縮縫間距的限制規(guī)定（規(guī)范規(guī)定室內環(huán)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(guī)范及本工程地質勘察報告，本工程結構計算參數(shù)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(huán)境溫差

根據(jù)本工程地質勘察報告，項目所在地屬亞熱帶季風區(qū)，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(jù)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。混凝土的最終收縮量與其施工質量、材料構成、環(huán)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(jù)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(shù)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?shù)拇胧p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(guī)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(yōu)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(yǎng)護工作，注意保持初澆混凝土處于濕潤狀態(tài)，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(jù)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(guī)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(guī)律，而不要拘泥于具體的計算數(shù)值，對溫度應力的認識需重視概念，加強構造。