超長框架－剪力墻結構溫度作用分析

蔡佩宏 徐建春

（1.中國輕工業長沙工程有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省輕紡設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

本工程為公寓式辦公建筑，地上22層，建筑面積2.4萬m2，結構總高度97.8m，結構形式為框剪結構，平面尺寸長度約為68m，超出規范框剪結構不大于50m的規定，屬于超長結構。

2 溫度作用分析

本工程溫度應力計算采用Midas Gen軟件。分析時全層樓板采用彈性膜假定。溫度作組合值系數取0.6。有溫度參與的荷載組合工況如下：

1.2DL±1.4TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6TL；1.2DL+1.4LL±1.4x0.6WL±1.4x0.6TL

1.2DL+1.4x0.7LL±1.4x0.6TL±1.4WL；1.2DL+1.4x0.7LL±1.4TL±1.4x0.7WL

2.1 溫差效應確定

由于混凝土的熱惰性，短時間的溫度變化不會對混凝土結構產生很大影響。溫差溫度計算主要考慮季節溫差和混凝土收縮當量溫差。根據《建筑結構荷載規范》及長沙市氣象資料考慮實際施工合攏時間，選取結構后澆合攏時機是春秋季節，五日平均氣溫不高于15℃。長沙全年日均最高氣溫、日均最低氣溫及溫差見下表：

部位合攏溫度（℃）最高氣溫（℃）最低氣溫（℃）升溫差（℃）降溫差（℃）上部結構15 34 2 19-13

混凝土收縮應變和徐變系數的定量計算可參考《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，采用的是歐洲混凝土協會（CEB）和國際預應力混凝土協會（FIP）建議的“CEB-FIP方法”。一般考慮收縮的影響，對于整體澆筑的混凝土結構，相當于降溫15℃。

2.2 混凝土綜合溫差計算

由于混凝土收縮應力是一個長期的過程，混凝土的徐變特性對收縮溫度應力均有一定的有利作用。本工程混凝土收縮徐變應力松弛系數取φ0=0.4。彈性計算中沒有考慮混凝土開裂后剛度下降的影響，在進行溫度分析時，可適當降低構件剛度來考慮開裂后剛度下降的影響。結構構件彈性剛度折減系數α取0.85。混凝土綜合降溫差△T=αφ0(△T1+△T2)，則有綜合降溫差△T=0.85×0.4×（-13-15）=-9.5℃；混凝土綜合升溫差△T=αφ0△T1，則有綜合升溫差△T=0.85×0.4×19=6.5℃。

2.3 樓板溫度作用分析

由于升溫過程混凝土受壓應力，樓板分析時，僅考慮降溫不利影響。本工程的層數較多，且溫度拉應力最大發生在最底層，挑選了三層樓板、七層樓板。溫度作用分析采用MIDAS，樓板采用彈性板假定，網格劃分最大為0.5×0.5m，添加系統溫度工況。

可以看出大部分樓板的應力在2.01MPa之內，均沒有超過混凝土抗拉強度標準值；樓板在靠近四個建筑角點部位出現了應力集中，這些部位中有極小的區域出現了應力大于混凝土抗拉強度標準值致使樓板有開裂的情況，樓板開裂后則由鋼筋承擔溫度應力，根據溫度荷載組合工況，溫度應力參與的組合值系數1.4×0.6TL。在溫度作用分析的基礎上，考慮溫度應力雙層附加的鋼筋用量。當2.7MPa時，100厚板每米附加鋼筋用量為315mm2；120厚板378mm2；150厚板472.5mm2。施工圖設計時將綜合考慮構造鋼筋利用率進行附加鋼筋設置。

圖1 三層板溫降工況應力云圖（sig-eff）

圖2 七層板溫降工況應力云圖（sig-eff）

可以看出溫度對七層樓板的作用相對于對三層樓板的作用進一步下降，出現極少部位出現了應力較大的情況，絕大部分區域樓板應力均非常小。可以忽略溫度對其樓板的作用。

3 結論

通過對三層及七層樓板應力對比可以發現，在結構四個角點處，均出現了應力過大的情況，所以考慮對全樓此部位的樓板均加強配筋。為減少溫度應力對結構的影響，構造上也采用了以下措施：1）設置后澆帶；2）要求嚴格按規范控制泵送商品混凝土的水膠比及粉煤灰摻量（不大于15%水泥用量），減小混凝土輸送泵以及施工材料運輸對樓板的直接震動影響；3）要求混凝土須加強養護，覆蓋養護時間不少于7天；4）在剪力墻筒角處附近的樓板以及細腰部位處的樓板均雙層雙向布筋。